如何去实现一种基于stm32的智能小车设计

如何去实现一种基于STM32的智能小车设计？

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张荣

2021-9-29 16:31:56

　　前言：
　　我们的智能车一共有三个轮子，两个轮子是通过电机控制的，还有一个轮子只起到固定作用。让电机转动起来很容易，给它通上电就行，难的是控制电机转动的速度和电机转动的圈数。
　　转弯的实现：
　　当两个电机转动速度相同时，小车就会直行；当左电机比右电机转动快时，小车就右转；当右电机比左电机转动快时，小车就左转。这个现象你可以想象一下，不难理解。
　　图中用红线圈起来的就是起固定作用的万向轮，手里抓着的就是直流电机。
　　一、让电机转起来
　　我们这里使用的是直流电机，常见的还有步进电机，两种电机的原理不同，驱动方式也不同。
　　直流电机两端接上电源就能转动，但电压要在电机承受范围内，不然容易烧坏电机。
　　直流电机就两根线，这里简称为A线、B线。
　　当你把A线接正极，B线接负极，电机就会转，当你把A线接负极，B线接正极，电机就会往相反的方向转，这就对应着小车的前进和后退行为。
　　我们一般不将电机直接连在GPIO引脚上，而是通过一个电机控制芯片来将stm32和电机连接起来。
　　常用的电机驱动芯片有很多，这里简单介绍一下TB6612。
　　这一个芯片可以控制A、B两个电机，AIN1 AIN2就是电机A作为输入的两根信号线，我们接到stm32的GPIO引脚上，AO1 AO2就是电机A作为输出的两个信号引脚，我们接到直流电机上，VCC、GND就不说了，重点关注一下PWMA和PWMB，这是电机驱动的重点所在——速度控制。
　　我们先小结一下：
　　1、电机就是用电器，通电它就转
　　2、为了安全，我们一般不直接将stm32和电机连接，而是在它们之间添加了一个电机控制芯片
　　3、控制直流电机“前进”或“后退”，只要调换正负极改变电流方向即可
　　二、让电机速度受控
　　让电机速度受控，说白了，电机的功率大它就转的快，功率小它就转的慢；再说得更白一点，直流电源电压越高电机就转的越快，电压越小电机就转的越慢。
　　通过PWM控制电机转速，你可以理解为就是改变了电压这个变量。
　　PWM是什么？
　　PWM（Pulse Width Modulation）脉冲宽度调制，为了直观地表达清楚，画张图：
　　

　　上图中，两根红色虚线之间就是一个周期T，第一根蓝线，在每个周期内状态稳定不变化；但第二根蓝线，在每个周期内高低电平所占时间各位一半。
　　“脉冲宽度调制”就是说，我们可以随意调整每个周期内高低电平所占时间的比例，这里的“宽度”其实就是持续时间。
　　你可能还是不理解，通过改变每个周期内高低电平所占时间的比例就能让电机变速吗？就以上面这张高低电平都占50%的图为例，你可以理解成在这种方式下输出的平均电压其实是（0+3.3）/2，电压变了，功率也就变了，电机转速也就变了，这里和高数里的极限思想有些许异曲同工之妙。
　　与PWM相关的还有一个名词叫“占空比”，占空比指的是“有效电平”在一个周期内所占时间的比例，这个“有效电平”可以是高电平，也可以是低电平，这一点要注意。
　　当我们把有效电平定义为高电平时，当占空比从0%慢慢变化到100%，那么电机的速度就会是逐渐增大的；反之，电机转速逐渐减小。
　　PWM的调制实现其实是定时器应用的一种体现方式，这里不再细致展开了，如果你对PWM的原理还有疑惑，麻烦移步传帮带公众号——“游侠嵌入式”，此处就不展开了。
　　三、动手实践
　　这里仅贴出部分重要代码
　　Mvoid Motor_Init（void）
　　{
　　//设置PWM的定时器输出引脚模式
　　RCC-》APB2ENR |= 1《《2;
　　RCC-》APB2ENR |= 1《《5;
　　GPIOA-》CRH &= 0XFFFFFFF0;
　　GPIOA-》CRH |= 0X00000003;
　　GPIOA-》ODR |= 1《《8;
　　//设置控制直流电机顺时针、逆时针转动的引脚模式
　　RCC-》APB2ENR|=1《《3;
　　GPIOB-》CRL&=0XFFFFF00F;
　　GPIOB-》CRL|=0X00000330;
　　GPIOB-》ODR|=2《《1;
　　}
　　Motor_Init函数是对电机的初始化，包括PWM的输出引脚模式、控制直流电机顺时针、逆时针转动，说白了就是GPIO设置为输出。
　　void TIM1_PWM_Init（u16 arr，u16 psc）
　　{
　　//此部分需手动修改IO口设置
　　RCC-》APB2ENR|=1《《11; //TIM1时钟使能
　　GPIOA-》CRH&=0XFFFFFFF0; //PA8清除之前的设置
　　GPIOA-》CRH|=0X0000000B; //复用功能输出
　　TIM1-》ARR=arr; //设定计数器自动重装值
　　TIM1-》PSC=psc; //预分频器设置
　　TIM1-》CCMR1|=7《《4; //CH1 PWM2模式
　　TIM1-》CCMR1|=1《《3; //CH1预装载使能
　　TIM1-》CCER|=1《《0; //OC1 输出使能
　　TIM1-》BDTR|=1《《15; //MOE 主输出使能
　　TIM1-》CR1=0x0080; //ARPE使能
　　TIM1-》CR1|=0x01; //使能定时器1
　　}
　　这部分代码是对PWM定时器的一个设置，注释也标得很详细，结合定时器的知识进行理解即可。
　　这个模块的实验代码，我只写了一个电机的，另一个电机大家可以在理解的基础上自己补上。

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张英

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张荣

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