【STM32项目】STM32F103开发板二次开发智能小车

背景：辅助驾驶目前已经被广泛应用于车辆和飞行器的自动安全控制。比如车辆的自动牵引力控制，可以在车辆发生打滑时自动反打方向和刹车，防止汽车进入漂移或甩尾状态；飞行器的自动攻角控制可以在飞机攻角过大时自动推杆降低攻角，防止飞机进入失速状态。我们今天要聊聊的一种辅助驾驶是让小车直行时能自动避让障碍物。

我去年在社区得到了一台自动循迹和避障的小车，来自慧净电子。小车前方的左右各有一个红外避障模块。

王燕

2019-9-24 20:18:36

小车本身有一块STM32F103开发板作为控制器和一块基于293D芯片的电机驱动板。小车的固件可以实现几种功能：

1、自动黑线循迹，

2、前进和避障（小车不能控制，上电后就不断向前开，遇到障碍物就转向），

3、蓝牙和WIFI遥控（通过蓝牙转串口或WIFI转串口接口输入控制信号，但是避障功能就没了）。

慧净的STM32F103控制板已经做出了串口控制接口。所以，我们只要通过串口输入相应的命令就可控制电机运动了。具体的串口控制协议如下图所示：

硬石F4工控板带有网络功能，可以通过网络给硬石F4板子前进、转弯或后退的指令，以此操作小车。

当小车靠近障碍物的时候，再前进就会撞车。

WIFI转串口模块可以实现遥控功能，但是没有任何辅助驾驶控制。然而，当我们使用硬石F4工控板代替WIFI模块以后，可以实现的功能就多啦。

王燕

2019-9-24 20:19:35

我做了这应用——硬石F4辅助驾驶控制器。

原理上，硬石F4实现网络TCP控制，然后通过串口总线与慧净的小车控制板通讯。也就是说，硬石F4做控制器，而把慧净的小车控制主板当电机驱动板来用了。

2 要实现的功能

网络TCP服务，这个使用硬石F4的教程里有个历程，我们可以基于它的框架来做。我们可以自创个个小车的网络控制协议解析代码，比如用W A S D表示前后左右方向。

用硬石F4的UART4（PC10和PC11）实现异步通讯，给慧净的板子发指令。其中慧净的接口协议在第一章已经给了。我们需要根据TCP解析到的WASD来确定前进后退还是转向。其中，当要前进时，要先检测一下是否有障碍物。左边有障碍物的话，用右转替代前进。

其中，UART4在CN10接口上，如下图所示。

自动避障的思路是这样的，当使用硬石F4的通用输入接口INPUT1和INPUT2读取小车的左右红外避障传感器信号，如果有障碍物就自动转弯（即使收到向前的信号）。硬石的输入接口有光耦隔离，非常安全。我们分别使用下图中CN22接口上的3-4和5-6端口连接左右避障传感器的输出，如下图所示。要用到的GPIO是PG1和PG2。

3 具体的开发过程

网络TCP服务的建立和数据接收，这部分在硬石的历程里本来就有，我们就不说了，我们只说说增量的工作。工程文件非常巨大，所以这里我不提供完整的工程文件了。这篇文章主要是聊聊代码的写法和算法思路。

首先，添加UART和GPIO的板级的BSP驱动文件到TCP Server例程。分别把c和h文件添加到src和inc目录。然后在工程里添加BSP驱动代码，如下图所示。

UART4的定义在bsp usart文件，如下定义了引脚和波特率：

当避障传感器给光耦输入信号时，光耦输出高电平（后来调试时候发现反了）。我们使用PG1引脚检测左边的避障传感器，PG2检测右边的。所以我没这样定义PG1和PG2两个引脚。GPIO的设置代码如下。（后来实际调试中又把INPUT IDLE 改成1了）

GPIO读取时候为了防止信号抖动干扰，我们设计一个延时算法来读取GPIO。下图展示了PG1的代码，PG2具有相同的形式。间隔1毫秒读两次，如果都是读到有信号，就表明有障碍物，输出GPIO_ON。

GPIO PG1和PG2的初始化代码，还有UART4的初始化代码都要添加到主函数里去，如下图所示：

有了板级支持以后，我们就可以添加各种花里胡哨的用户代码了。

王燕

2019-9-24 20:20:24

下面我们来添加一个辅助驾驶程序carctrl文件，放到用户代码目录，如下图

这个mycar函数会从tcp程序里接收字符。当接收到A S D时，相应地进入左转、后退或右转程序。但是当收到w时，具体动作要根据是否有障碍，所以进入一个叫car test的自动避障函数。避障函数名叫test是因为这个函数目前还处于测试阶段，具体的参数还要不断调试优化。

carctrl文件里写入了车辆行走控制的代码，这个是根据慧净板子的数据接口写的。举个例子，前进的代码如下图所示。转向和后退函数与前进有相同的形式。这是直接把慧净板子当电机驱动板进行控制的函数。

自动避障算法car test函数的具体形式如下图所示。当收到W时候，会进入car test函数。没有障碍就正常进入CarGo函数，也就是前进。如果左边有障碍，就控制小车右转，反之亦然。如果左右同时检测到障碍物，可能就要发生正碰了，所以让车轮倒转100毫秒（不然刹不住车），然后右转弯。大家会发现，我的if else做了好几次，这是因为写这个代码时候我没有打草稿，边写变改造成的（原来以为只有一两个状态）。而且代码飞流直下三千尺却一行注释也没有。这是个不好的示范，请大家尽量规避这种写法。当if else较多的时候，我比较建议用switch语句。