基于STM32开发的智能机器人系统

STM32发烧友

已于 2024-11-18 17:56:43 修改

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文章标签： stm32 机器人嵌入式硬件

于 2024-08-11 22:01:36 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/stm32d1219/article/details/141112828

1. 引言

智能机器人通过整合传感器、控制器和执行机构，能够自主完成环境感知、路径规划和任务执行。本文将介绍如何使用STM32微控制器设计和实现一个基础的智能机器人系统。

2. 环境准备工作

硬件准备

STM32开发板（例如STM32F103C8T6）
超声波传感器（例如HC-SR04，用于距离测量）
红外传感器（用于避障检测）
直流电机及驱动模块（例如L298N，用于驱动机器人移动）
舵机（用于转向控制）
电池供电模块
OLED显示屏（用于显示系统状态）
按钮和LED（用于用户交互）
面包板和连接线
USB下载线

软件安装与配置

Keil uVision：用于编写、编译和调试代码。
STM32CubeMX：用于配置STM32微控制器的引脚和外设。
ST-Link Utility：用于将编译好的代码下载到STM32开发板中。

步骤：

下载并安装Keil uVision。
下载并安装STM32CubeMX。
下载并安装ST-Link Utility。

3. 系统设计

系统架构

智能机器人系统通过STM32微控制器连接超声波传感器、红外传感器、直流电机、舵机和显示屏，实现自主导航和避障功能。系统包括环境感知模块、运动控制模块和用户交互模块。

硬件连接

将超声波传感器的Trig引脚连接到STM32的GPIO引脚（例如PA0），Echo引脚连接到STM32的GPIO引脚（例如PA1），VCC引脚连接到STM32的5V引脚，GND引脚连接到GND。
将红外传感器的输出引脚连接到STM32的GPIO引脚（例如PA2），VCC引脚连接到STM32的3.3V引脚，GND引脚连接到GND。
将直流电机的输入引脚连接到电机驱动模块的输出引脚，驱动模块的输入引脚连接到STM32的GPIO引脚（例如PA3和PA4），VCC引脚连接到电池模块，GND引脚连接到GND。
将舵机的控制引脚连接到STM32的PWM引脚（例如PA5），VCC引脚连接到STM32的5V引脚，GND引脚连接到GND。
将OLED显示屏的VCC引脚连接到STM32的3.3V引脚，GND引脚连接到GND，SCL引脚连接到STM32的SCL引脚（例如PB6），SDA引脚连接到STM32的SDA引脚（例如PB7）。
将按钮的一个引脚连接到STM32的GPIO引脚（例如PA6），另一个引脚连接到GND。
将LED的正极引脚连接到STM32的GPIO引脚（例如PA7），负极引脚连接到GND。

4. 代码实现

初始化代码

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "ultrasonic.h"
#include "infrared.h"
#include "motor.h"
#include "servo.h"
#include "oled.h"
#include "button.h"
#include "led.h"

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_TIM2_Init(void);
static void MX_I2C1_Init(void);

int main(void) {
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM2_Init();
  MX_I2C1_Init();
  
  Ultrasonic_Init();
  Infrared_Init();
  Motor_Init();
  Servo_Init();
  OLED_Init();
  Button_Init();
  LED_Init();
  
  while (1) {
    uint32_t distance = Ultrasonic_GetDistance();
    bool obstacle = Infrared_DetectObstacle();
    
    char displayStr[32];
    sprintf(displayStr, "Dist: %lu cm\nObstacle: %s", distance, obstacle ? "Yes" : "No");
    OLED_DisplayString(displayStr);
    
    if (obstacle) {
      Motor_Stop();
      Servo_Rotate(90); // 旋转舵机改变方向
    } else {
      if (distance < 30) {
        Motor_Backward();
      } else {
        Motor_Forward();
      }
    }
    
    if (Button_IsPressed()) {
      Motor_Stop();
      LED_On();
      OLED_DisplayString("Robot Paused");
      HAL_Delay(3000);
      LED_Off();
    }
    
    HAL_Delay(100);
  }
}

void SystemClock_Config(void) {
  // 配置系统时钟
}

static void MX_GPIO_Init(void) {
  // 初始化GPIO
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  
  GPIO_InitStruct.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_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

static void MX_TIM2_Init(void) {
  // 初始化定时器2用于PWM控制
  TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
  TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};

  htim2.Instance = TIM2;
  htim2.Init.Prescaler = 72 - 1;
  htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim2.Init.Period = 20000 - 1;
  htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
  if (HAL_TIM_Base_Init(&htim2) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
  sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
  if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim2, &sClockSourceConfig) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
  if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim2) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
  sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
  sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
  if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim2, &sMasterConfig) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
}

static void MX_I2C1_Init(void) {
  // 初始化I2C1
  hi2c1.Instance = I2C1;
  hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
  hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
  hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
  hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
  hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
  hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
  hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
  hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
  if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
}

控制代码

#include "ultrasonic.h"
#include "infrared.h"
#include "motor.h"
#include "servo.h"
#include "oled.h"
#include "button.h"
#include "led.h"

void Ultrasonic_Init(void) {
  // 初始化超声波传感器
}

uint32_t Ultrasonic_GetDistance(void) {
  // 获取距离
}

void Infrared_Init(void) {
  // 初始化红外传感器
}

bool Infrared_DetectObstacle(void) {
  // 检测是否有障碍物
}

void Motor_Init(void) {
  // 初始化电机驱动模块
}

void Motor_Forward(void) {
  // 控制电机前进
}

void Motor_Backward(void) {
  // 控制电机后退
}

void Motor_Stop(void) {
  // 停止电机
}

void Servo_Init(void) {
  // 初始化舵机
}

void Servo_Rotate(int angle) {
  // 控制舵机旋转到指定角度
}

void OLED_Init(void) {
  // 初始化OLED显示屏
}

void OLED_DisplayString(char *str) {
  // 在OLED显示屏上显示字符串
}

void Button_Init(void) {
  // 初始化按钮
}

bool Button_IsPressed(void) {
  // 检测按钮是否按下
}

void LED_Init(void) {
  // 初始化LED
}

void LED_On(void) {
  // 打开LED
}

void LED_Off(void) {
  // 关闭LED
}