STM32循迹PWM调速及阿克曼舵机转向

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分类专栏：物联网—从芯片到云端文章标签： STM32 红外循迹多路PWM输出 SG90舵机自动驾驶

于 2019-10-22 21:56:19 首次发布

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1，准备

红外循迹模块，L298N电机驱动模块，STM32C8T6最小系统，SG90舵机，KEIL5

2，涉及的理论知识和硬件参考

理论

阿克曼转向是一种现代汽车的转向方式，在汽车转弯的时候，内外轮转过的角度不一样，内侧轮胎转弯半径小于外侧轮胎。下图就是理想的阿克曼转向。

根据阿克曼转向几何设计转向机构，在车辆沿着弯道转弯时，利用四连杆的相等曲柄，可以使内侧轮的转向角比外侧轮大大约 2~4 度，使四个轮子路径的圆心大致上交会于后轴的延长线上瞬时转向中心，从而让车辆可以顺畅的转弯。

如果把每个轮子的运动半径画出来的话，就会得到图上所示画面。倒库比正着往里开更容易，因为后轮的运动半径小于前轮的运动半径，所以相对于两前轮而言，后轮的运动范围更小，这也就意味着更容易将车“塞” 进停车位。

在车辆转弯的时候，内侧车轮的转弯半径明显会短于外侧车轮。这时，如果我们希望两个转向轮可以正常转弯，就需要让内侧车轮的转角大于外侧车轮。

小车硬件

（1）红外循迹模块

一般就是数字红外输出和模拟红外输出，两种都可以，最终都是检测红外光返回是否符合要求。比如数字红外，当检测到黑线时，大部分红外光被吸收，红外模块引脚输出高电平1，当无黑线时，红外模块引脚输出低电平0。

（2）L298N驱动模块

这WE里采用六线接口L298N，即ENA，ENB，IN1，IN2，IN3，IN4.根据资料说明，由于本代码采用PWM调速，所以ENA，ENB作为PWM接收端。

（3）SG90舵机

SG90舵机的控制需要一个20ms时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms~2.5ms范围

PWM周期为20ms = (7200*200)/72000000=0.02所以TIM_Period = 199，TIM_Prescaler = 7199

（4）STM32C8T6最小系统

通用定时器2和4,GPIO，时钟配置等。这里有个细节就是定时器与管脚选择有关，需看最小系统芯片原理图为基础配置定时器。

3，代码实践（以下代码已完整，可自行调试）

（1）配置各个控制连接引脚及功能



void OUT_Init(void)//控制电机引脚配置
{
	     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);

		 PIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;
	     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13;
	     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	     GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

		 GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13);
		 GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);
		 GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
		 GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);

}

void TIM2_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)//PWM控制调速电机输出配置
{  
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
	TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
	
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);//开启定时器2时钟
 	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);  
	GPIO_PinRemapConfig(GPIO_FullRemap_TIM2,ENABLE);
                                                       	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11; 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

	
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc;
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; 
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure); 

	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; 
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse =0; 
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; 
	TIM_OC3Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);  
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse =0; 
	TIM_OC4Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); 

    TIM_OC3PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);   	
	TIM_OC4PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);   
	TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, ENABLE); 
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);  

}

void TIM4_PWM_Init(u16 arr1,u16 psc1)//PWM输出控制舵机角度引脚及功能配置
{ 
	 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
	TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
	

 	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);  
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE);                                        	

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8; //B_8引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr1; 
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc1;  
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; 
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  
	TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure); 

	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; 
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low; 
	TIM_OC3Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure); 

	TIM_OC3PreloadConfig(TIM4, TIM_OCPreload_Enable);   
	TIM_ARRPreloadConfig(TIM4, ENABLE); 
	TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);  
 
	}

void INFR_Init(void)//红外引脚接收引脚配置
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//GPIOB时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);//GPIOC时钟//此处由于引脚数量限制开启两个GPIO始终端口
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;//此处配置为浮空输入模式，便于检测红外模块高低电平状态，以此判断循迹状态
 
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
  
 
GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7);
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_15;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);
	GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_15);

	
		   
}

（2）电机运动模式配置

void forward(void)
{	
	TIM_SetCompare3(TIM4,187);//-------PB_8----定时器4通道3控制舵机转向
	TIM_SetCompare3(TIM2,1000);//-------ENA--PB_10--定时器2通道3电机调速
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);//-----IN1--PB_12
	GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13);//----IN2--PB_13
	
	TIM_SetCompare4(TIM2,1000);//-------ENB---PB_11-定时器2通道4电机调速
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);//----IN3---PB_0	
	GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);//-----IN4---PB_1
}

void turnleft(void)//
{		
	TIM_SetCompare3(TIM4,150);
	TIM_SetCompare3(TIM2,50);//-------ENA--PB10--
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);//-----IN1
	GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13);//----IN2
	
	TIM_SetCompare4(TIM2,1000);//-------ENB---PB11-
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);//----IN3
	GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);//-----IN4
}
void turnright(void)//
{
  TIM_SetCompare3(TIM4,100);
	TIM_SetCompare3(TIM2,1000);//-------ENA--PB10
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);//-----IN1
	GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13);//----IN2	
	
	TIM_SetCompare4(TIM2,50);//-------ENB---PB11
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);//----IN3
	GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);//-----IN4
}
void stop(void)
{
	  TIM_SetCompare3(TIM2,1500);//pwm
	  TIM_SetCompare4(TIM2,1500);
	  GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);//·
	  GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13);
	
	  GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);//
	  GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);
}



void turnleft2(void)//
{
  TIM_SetCompare3(TIM4,150);
	TIM_SetCompare3(TIM2,50);//-------ENA--PB10--
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);//-----IN1
	GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13);//----IN2
	
	TIM_SetCompare4(TIM2,1000);//-------ENB---PB11--
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);//----IN3
	GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);//-----IN4
}
void turnright2(void)//
{
	TIM_SetCompare3(TIM4,100);
	TIM_SetCompare3(TIM2,1000);//-------ENA--PB10
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);//-----IN1
	GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13);//----IN2	
	
	TIM_SetCompare4(TIM2,50);//-------ENB---PB11
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);//----IN3
	GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);//-----IN4
}

（3）实现主函数搭配功能融合

int main(void)
{
	int LXJ0,LXJ1,LXJ2,LXJ3,XJ4,RXJ5,RXJ6,RXJ7,RXJ15=0;
	
                                 INFR_Init();
                                 OUT_Init();
                                 delay_init();
                                 TIM4_PWM_Init(2000,719);
                                 TIM2_PWM_Init(2000,719);
                                 delay_ms(500);
                                 elay_ms(500);
                                 delay_ms(500);
                                 delay_ms(500);¯
	


while(1) 
{ 
	        LXJ0=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_0);//读取红外引脚高低电平，
			LXJ1=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1);//以此判断是否在黑线上
		    LXJ2=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_2);
			LXJ3=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_3);	
		    XJ4=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_4);
		    RXJ5=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_5);
		    RXJ6=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_6);
			RXJ7=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_7);
	        RXJ15=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_15);
      		if((XJ4==1&&LXJ1==0&&LXJ2==0&&LXJ3==0&&RXJ5==0&&RXJ6==0&&RXJ7==0&&RXJ15==0&&LXJ0==0))
			 {		
				 forward();	 			 
			 }
			else if(LXJ3==1|XJ4==1&&LXJ0==0&&LXJ2==0&&LXJ3==0&&RXJ5==0&&RXJ6==0&&RXJ7==0&&RXJ15==0&&XJ4==0)
			 {		 
		    turnright();		 
			 }
			 else if(XJ4==1|RXJ5==1&&LXJ1==0&&LXJ0==0&&LXJ3==0&&RXJ5==0&&RXJ6==0&&RXJ7==0&&RXJ15==0&&XJ4==0)
			 {		
				  turnleft();						 	 
			 }
		   else if(LXJ0==1|LXJ1==1|LXJ2==1&&LXJ1==0&&LXJ2==0&&LXJ0==0&RXJ5==0&&RXJ6==0&&RXJ7==0&RXJ15==0&&XJ4==0)
			 {		
				  turnright2();	 
			 }
			
	  	 else if(RXJ6==1|RXJ7==1|RXJ15==1 &&LXJ1==0&&LXJ2==0&&LXJ3==0&&RXJ5==0&&RXJ6==0&&RXJ7==0&&RXJ15==0&&XJ4==0)
			 {		
				  turnleft2(); 	 
			 }