基于STM32F407VET6单片机的自动泊车系统设计--含设计报告和文档资料_基于stm32和openmv的电赛校赛自动泊车项目源码+项目说明+报告-优快云博客

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基于STM32F407VET6单片机的自动泊车系统设计

摘要

本文介绍了一个基于STM32F407VET6单片机的自动泊车系统的实现。该系统利用OpenMV模块、循迹检测模块、蜂鸣器模块和前轮转向式四轮车构建而成，旨在完成色块识别和自动泊车功能。系统通过模块化设计实现了从车库检测到自动泊车的一系列功能，能够适应不同场景下的自动泊车需求。

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系统概述

功能需求

在相邻车库有车的情况下完成倒车入库和侧方位入库。
在相邻车库无车的情况下完成倒车入库和侧方位入库。
能够连续完成上述功能组合。

核心组件

STM32F407VET6：作为核心处理器。
OpenMV：用于色块识别。
循迹检测模块：用于检测地面库线。
蜂鸣器模块：用于声光提示。
直流电机和舵机：用于控制小车的运动。

方案论证

供电方案

方案一：电源直接给系统供电，存在电量损耗快的问题。
方案二：电源接入稳压模块给系统供电，确保电源电压稳定且可实时监测。

电机驱动方案

方案一：使用继电器，电路简单但不易精细控制。
方案二：使用分立元件构成电机驱动电路，结构简单但稳定性差。
方案三：使用DRV8701E作为电机驱动芯片，具有抗电磁干扰、驱动力强等优点，最终选用此方案。

摄像头方案

方案一：使用MT9V034神眼摄像头，特征识别函数编写复杂且识别精度低。
方案二：使用OpenMV，能够高效实现核心机器视觉算法，最终选用此方案。

理论分析与计算

PWM波配置

使用STM32F407的定时器2和定时器3生成PWM波，通过调整PWM波占空比来控制电机转速和舵机旋转角度。
定时器2的PWM波周期为0.02s，定时器3的PWM波周期为0.01s。

车库检测方法

对摄像头采集的视频进行实时色块检测，设定一个30×140的ROI区域，统计黑色像素点个数，当像素数达到设定阈值时，发送高电平信号给单片机，完成车库检测。

电路与程序设计

系统总体设计

核心处理器：STM32F407VET6。
主要模块：OpenMV模块、循迹检测模块、蜂鸣器模块、直流电机、舵机等。

单元电路设计

单片机最小系统：包括MCU、晶振和复位电路。
电机驱动模块：使用DRV8701E芯片。
独立按键模块：四位独立按键。
巡线避障模块：使用TCRT5000传感器。

系统程序设计

主程序流程：初始化各模块，按键扫描，执行倒车入库或侧方位入库操作，完成停车后出库。
定时器配置：生成PWM波控制电机和舵机。
电机控制：控制小车前进和倒退。
编码器：检测小车运行轨迹。
舵机控制：控制前轮转向。
色块识别：通过OpenMV模块识别车库。

测试方案与结果

测试仪器

电动车、秒表、比赛赛道。

测试方案

邻库有车：分别在距起点5cm、15cm、30cm处启动电动车，记录倒车入库和侧方位入库的时间和角度。
邻库无车：移除邻库车辆，重复上述测试。

测试结果

邻库有车：倒车入库和侧方位入库均能顺利完成，倒车时间在3秒左右，车身与库边夹角在10°左右。
邻库无车：同样能够顺利完成，倒车时间和角度与邻库有车情况相似。

结论

该系统通过模块化设计，成功实现了自动泊车功能。无论是在邻库有车还是无车的情况下，都能够准确识别车库并完成倒车入库和侧方位入库操作。系统性能稳定，满足设计要求。

附录

部分程序代码

#include "stm32f4xx.h"
#include "usart.h"
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "pwm.h"
#include "timer.h"
#include "led.h"
#include "key.h"
#include "sensor.h"
#include "beer.h"
#include "speed.h"
#include "ste.h"
#include "Encoder.h"

int Flag_finish = 0;
int count_j = 0;

int main(void) {
    LED_Init();
    LED_Close();
    delay_init(168);
    delay_ms(7000); // 等待OpenMV完成初始化
    TIM5_Int_Init(2000, 8399);
    uart_init(115200);
    Beer_Init();
    speed_Init();
    Sensor_Init();
    ste_Init();
    KEY_Init();
    TIM_ETR_Init();
    LED_Open(); // 各初始化完成标志

    while (1) {
        if (KEY_Num == 0) {
            KEY_Num = KEY_Scan(0);
            count_j = 0;
        }
        if (KEY_Num != 0 && count_j == 0) { // 有输入时延时2s
            if (KEY_Num == 1) {
                LED_Open();
                Beer_Open();
                delay_ms(500);
                Beer_Close();
                delay_ms(1500);
                count_j++;
            } else if (KEY_Num == 2) {
                Beer_Close();
                Beer_Open();
                delay_ms(500);
                Beer_Close();
                delay_ms(1500);
                count_j++;
            }
        }

        // 前进识别
        if ((KEY_Num == 1 || KEY_Num == 2) && Flag_back == 0) {
            Forward_PWM(3000);
        }

        if (KEY_Num == 1 && Flag_back == 1) { // 倒车入库
            Backward_PWM(0);
            delay_ms(100);
            STE_PWM(0);
            TIM_SetCounter(TIM4, 0);
            Backward_PWM(3000);
            while (TIM_GetCounter(TIM4) < 170);
            TIM_SetCounter(TIM4, 0); // 向后

            STE_PWM(-300);
            Backward_PWM(0);
            delay_ms(100);
            Forward_PWM(4000);

            while (TIM_GetCounter(TIM4) < 400);
            Forward_PWM(0);
            STE_PWM(400);
            delay_ms(100);
            Backward_PWM(4000);
            Beer_Open();
            delay_ms(500);
            Beer_Close();
            while (Sensor1() == 0);
            while (Sensor2() == 0);
            delay_ms(200);
            STE_PWM(0);
            TIM_SetCounter(TIM4, 0);
            while (TIM_GetCounter(TIM4) < 280);
            Forward_PWM(0);
            TIM_SetCounter(TIM4, 0); // 已入库

            Beer_Open();
            delay_ms(500);
            Beer_Close();
            delay_ms(4500);

            Forward_PWM(4000); // 出库
            // while (Sensor1() == 0 && Sensor2() == 0);
            TIM_SetCounter(TIM4, 0);
            while (TIM_GetCounter(TIM4) < 250);
            STE_PWM(400);
            TIM_SetCounter(TIM4, 0);
            while (TIM_GetCounter(TIM4) < 1050);
            // 进入完成阶段标志
            Flag_finish = 1;
        }

        else if (KEY_Num == 2 && Flag_back == 1) { // 侧方位
            TIM_SetCounter(TIM4, 0);
            Forward_PWM(3000);
            while (TIM_GetCounter(TIM4) < 400);
            TIM_SetCounter(TIM4, 0);
            Forward_PWM(0);
            Beer_Open();
            STE_PWM(200);
            Backward_PWM(4000);
            delay_ms(500);
            Beer_Close();
            while (Sensor1() == 0);
            STE_PWM(-325);
            TIM_SetCounter(TIM4, 0);
            while (TIM_GetCounter(TIM4) < 600); // 已入库
            Backward_PWM(0);
            Beer_Open();
            delay_ms(500);
            Beer_Close();
            delay_ms(4500);

            Forward_PWM(4000); // 出库
            while (Sensor2() == 0);
            delay_ms(400);
            STE_PWM(325);
            TIM_SetCounter(TIM4, 0);
            while (TIM_GetCounter(TIM4) < 770);

            // 进入完成阶段标志
            Flag_finish = 1;
        }

        if (Flag_finish == 1 && Flag_back == 1) { // 完成阶段标志
            STE_PWM(0);
            TIM5_Int_Init(2000, 8399);
            TIM_SetCounter(TIM4, 0);
            Forward_PWM(3000);
            while (TIM_GetCounter(TIM4) < 500);
            Forward_PWM(0);
            TIM_SetCounter(TIM4, 0);
            Flag_finish = 0;
            Flag_back = 0;
            KEY_Num = 0;
        }
    }
}