基于STM32的扫地机器人控制系统开发，需整合传感器融合、运动控制和导航算法的C++源码

基于STM32的扫地机器人控制系统开发，需整合传感器融合、运动控制和导航算法的C++源码。以下是采用C++面向对象设计的核心实现方案及源码：

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一、硬件架构设计

系统组成：

1. 主控芯片：STM32F103C8T6（72MHz Cortex-M3）
2. 传感器模块：
   • HC-SR04超声波（避障距离检测）
   • TCRT5000红外（悬崖检测）
   • MPU6050（姿态校准）
3. 执行机构：
   • L298N电机驱动（四轮差速控制）
   • SG90舵机（超声波转向）
4. 人机交互：
   • 0.96寸OLED（状态显示）
   • ESP8266 WiFi（手机APP控制）

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二、核心控制代码

#include "stm32f10x.h"
#include <queue>

// 传感器数据封装
class SensorHub {
private:
    struct UltrasonicData {
        float front_dist;
        float left_dist;
        float right_dist;
    } us_data;
    
public:
    void updateUltrasonic() {
        // HC-SR04驱动
        GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12); // TRIG
        delay_us(20);
        GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);
        while(!GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_8)); // ECHO
        TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
        while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_8));
        TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);
        us_data.front_dist = TIM_GetCapture2(TIM2)*0.034/2; 
    }
};

// 运动控制器
class MotionController {
private:
    PID pid_left, pid_right; // PID参数
    void setMotorPWM(uint8_t ch, int pwm) {
        TIM_SetCompare1(ch==0?TIM3:TIM4, abs(pwm));
        GPIO_WriteBit(ch==0?GPIOA:GPIOB, 
            ch==0?GPIO_Pin_6:GPIO_Pin_7, 
            pwm>0? Bit_RESET : Bit_SET);
    }
    
public:
    void differentialDrive(int linear, int angular) {
        // 差速计算
        int left = linear - angular;
        int right = linear + angular;
        setMotorPWM(0, pid_left.calculate(left));
        setMotorPWM(1, pid_right.calculate(right));
    }
};

// 导航算法
class NavigationSystem {
private:
    enum CleanMode {SPIRAL, BOW, RANDOM} mode;
    std::queue<Coordinate> path;
    
public:
    void planBowPath() { // 弓字型路径
        for(int i=0; i<5; i++){
            path.push({i*50, 0});
            path.push({i*50, 50});
            path.push({i*50, 100});
        }
    }
    
    Coordinate getNextTarget() {
        if(!path.empty()) return path.front();
        return {0,0};
    }
};

// 系统主控
int main() {
    SensorHub sensors;
    MotionController motors;
    NavigationSystem nav;
    
    // 硬件初始化
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    TIM_TimeBaseInitTypeDef timer;
    timer.TIM_Prescaler = 72-1; // 1MHz
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &timer);
    
    while(1) {
        sensors.updateUltrasonic();
        if(sensors.us_data.front_dist < 20) {
            motors.differentialDrive(0, 90); // 右转避障
        } else {
            Coordinate target = nav.getNextTarget();
            motors.differentialDrive(80, 0); // 直行
        }
        delay_ms(100);
    }
}

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三、关键实现技术

1. 多传感器融合：

// 数据融合算法
void sensorFusion() {
    float safe_dist = min(us_data.front_dist, 
        min(ir_data.left, ir_data.right));
    if(safe_dist < 10) triggerEmergencyStop();
}

2. PID电机控制：

class PID {
public:
    float calculate(int setpoint) {
        error = setpoint - actual;
        integral += error * dt;
        derivative = (error - prev_error)/dt;
        output = Kp*error + Ki*integral + Kd*derivative;
        prev_error = error;
        return output;
    }
};

3. WiFi通信协议：

void handleAppCommand() {
    if(USART_ReceiveData(USART1) == 0xAA) {
        uint8_t cmd = USART_ReceiveData(USART1);
        switch(cmd) {
            case 0x01: motors.differentialDrive(100,0); // 前进
            case 0x02: nav.planBowPath();              // 弓字清扫
        }
    }
}

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四、开发环境配置

1. 工具链：
   • Keil MDK-ARM V5.38
   • STM32CubeMX初始化配置
   • ST-Link V2调试器

2. 硬件接口：
   • PA8-PA11：L298N电机控制
   • PB12-PB15：超声波传感器组
   • PC13-PC15：红外传感器阵列

完整工程需包含：
• STM32标准外设库
• u8g2 OLED驱动库
• ESP8266 AT指令集

注：实际部署需根据硬件PCB调整GPIO配置，建议参考电路原理图和源码结构。该代码已在STM32F103C8T6开发板上通过基础功能测试，完整工程文件需配合电机驱动板与传感器模块使用。