基于STM32开路清障车控制系统设计.docx

摘要IAbstractII弓I言11总体方案论证与设计31.1 设计方案31.2 主控模块的选型和论证32系统硬件电路设计52.1 主控模块设计52.1.1 STM32单片机概述52.1.2 STM32单片机最小系统电路52.2 MCU主要实现功能62.3 火焰传感器72.4 超声波模块82.5 驱动模块102.6 稳压模块112.7 继电器模块123系统软件设计143.1 编程工具Keil简介143.2 程序设计原理143.3 小车功能设计154系统调试16结论18参考文献19附录1系统原理图21附录2主要程序22致谢30摘要近年来随着科技的快速的向前推进，伴随着单片机及其应用方面的技术不断开发与优化，单片机大量应用于生活的各个领域，高性价比和功能更为强大的单片机甚至应用于军事科研领域，警用机器人就大量使用单片机作为主控芯片，更强大的功能，也为机器人完成复杂的任务提供高质量的保障。为了应对未来复杂的战场和道路情况，警用机器人虽然可以完成城市反恐任务，但是对于复杂地形，却缺乏一定的环境适应能力，对于野外使用，阻碍众多；军队中的侦察和探明路况的任务，任务繁杂，但又是行军中不可或缺的重要一环，结合这两种情况，一种能够适应野外复杂地形，并且兼顾清理障碍的野外作战的开路清障车应运而生。开路清障车可以通过车载的各个高性能模块，应对道路上的各种突发情况，利用火力模块进行大型障碍物清理，火焰模块解除火情，从而降低野外行军风险，为部队快速开辟安全道路，实现快速高效的行军。本次设计利用STM32单片机芯片为核心控制器实现开路清障车控制系统的逻辑控制，包含火焰传感器、驱动模块、超声波模块等外围电路。通过实践结果表明，以STM32系列芯片为主的设计可以满足整体需求，预期的功能均可实现。关键词：单片机；警用机器人；超声波模块；传感器AbstractAlongwiththerapidadvanceofscienceandtechnologyinrecentyears,withthecontinuousdevelopmentandsingle-chipcomputertechnologyanditsapplicationtooptimize,MCUusedineveryfieldoflifeingreatquantities,cost-effectiveandmorepowerfulSCMappliedinmilitaryscientificresearch,andevenpolicerobotisextensiveuseofsinglechipmicrocomputerasmaincontrolchip,themorepowerfulfeatures,alsoprovidesthehighqualityfortherobottoaccomplishcomplextasks.Inordertocopewiththecomplexbattlefieldandroadsituationinthefuture,althoughthepolicerobotcancompletetheanti-terroristtaskinthecity,itlackstheabilitytoadapttotheenvironmentforthecomplexterrain.Thetaskofreconnaissanceandroadconditionexplorationinthearmyiscomplicated,butitisalsoanindispensableandimportantpartofthemarch.Incombinationwiththesetwosituations,akindofopenroadclearingvehiclethatcanadapttothecomplexterraininthefieldandtakeaccountoftheobstaclesinthefieldoperationcameintobeing.Theopen-circuitblockremoverscandealwithvariousemergenciesontheroadthroughvarioushigh-performancemodulesonthevehicle,usethefirepowermoduletocleanuplargeobstacles,andtheflamemoduletoremovethefire,soastoreducetheriskofwildmarching,openupasaferoadforthetroopsquickly,andrealizefastandefficientmarching.ThisdesignUSEStheSTM32microcontrollerchipasthecorecontrollertorealizethelogiccontroloftheopencircuittroubleshootingvehiclecontrolsystem,includingtheflamesensor,drivingmodule,ultrasonicmoduleandotherperipheralcircuits.TheresultsofpracticeshowthatthedesignofSTM32serieschipscanmeettheoverallrequirementsandalltheexpectedfunctionscanberealized.Keywords:SingleChipMicrocomputer;Policerobots;ultrasonicmodule;Sensor引言1作用和意义在部队行军中，部队大都会派遣侦察兵，在前方进行侦察并探明路况，为大部队开拓道路，当遭遇到中大型的障碍物时候，需要汇报回大部队，大部队派出工兵或者装甲车进行爆破清理。对于瞬息万变的战场，这无疑会耗费大量的时间和精力甚至贻误战机。而在城市反恐作战中，特警配备有排爆机器人，用于运输危险品，远程排爆作业，用来降低人员伤亡，增加安全保障，可以应对一般的反恐作业。为了应对未来复杂的战场和道路情况，排爆机器人虽然可以完成城市反恐任务，但是对于复杂地形，却缺乏一定的环境适应能力，对于野外使用，阻碍众多；军队中的侦察和探明路况的任务，任务繁杂，但又是行军中不可或缺的重要一环，结合这两种情况，一种能够适用于适应野外复杂地形兼顾清理障碍的野外作战的开路清障开路车应运而生。可以为行军降低风险，节省人力物力21。本次课题所研究的开路清障车车可以为大部队快速开辟行军路线，清理沿途障碍，对于不同的道路情况，可以进行灭火，开辟隔离区，清除道路障碍物，并且做到低风险高机动，可以大大节省部队行军所需的时间，同时此次的开路清障车整体所需材料简易，造价较低，也具有良好的推广性和实用性。2研究概况及意义单片机的优点是体积小、扩展灵活、高性价比、高可靠性和功耗低，单片机从开始试验到现在的广泛应用，仅仅使用了几十年的时间，从最开始的大型设备，到现在的精密仪器都可以见到他们的身影。遍布于大多数电子设备之中。单片机是微型控制执行器的简称，它能够实现基本的计算机功能，是最简单的计算机，称得上是应用最多的计算机了，因为它小巧而精致，使用范围比较广阔。平常用到的手机、电脑、家用电器等产品中配有单片机，单片机在信息安全控制系统发挥出重大的作用2o本文利用单片机为核心控制实现了一个基于STM32的开路清障车控制系统。在设计之中，所使用到的硬件方面的模块有单片机主控模块、火焰传感器、驱动模块、超声波模块等。本文先对要采用的主要芯片以及各个模块进行分析，选择要制作物理对象的组件，选择一系列需要的组件，包括满足系统要求的各种指定型号，课题总体系统方案的设计，硬件方面具体的方案及实现，物理调试和试验完成后，记录每次调试和比较得到的数据错误味找到引用源。3研究的具体工作(1)采用火焰感知模块实现火情的感知，火焰模块中含有红外火焰传感器，以及灭火装置，检测火焰并解除火情。(2)采用超声波模块实现对道路上障碍物检测，为车辆避障和清障提供准确的障碍物位置以及障碍物的清理情况。(3)采用火力系统作为本次设计的主动清障单元，仿照枪械激发装置，发射弹药对目标障碍物进行清理，为车辆前进清除较大的障碍物，使车辆可以快速开辟安全通道，快速通过。4解决的主要问题本课题是设计类课题，在设计之初，对于整体设计可能遇到的问题有了一个整体的预估，所需重点解决的问题：(1)车辆稳定性不足：车辆的运行时候，由于地形复杂，有高坡，低谷，碎石等，这要求车辆要有足够的抓地力，为解决这个需求，本次设计中仿照涡轮增压的原理，利用风扇对车辆进行负压，使得其稳定性增加，同时负压能够使车辆可以承受射击装置。(2)车辆清障方式单一：在清理大中型障碍物时，常用的将障碍物整体移走的方法难以实现，需要将中大型障碍物分割处理，再分次移开，为应对这种情况，本次设计采用枪械的发射装置对障碍物进行射击，击碎障碍物，然后进行进行清理。1总体方案论证与设计1.1 设计方案以基于STM32的开路清障车控制系统设计，根据功能来进行划分，包括：主要的控制模块（单片机最小系统）、进行检测的模块（火焰传感器、超声波模块）、驱动模块。在这个以单片机作为核心的基于STM32的开路清障车控制系统设计，作为主控的单片机模块是系统的核心处理部分，可以协调其他模块一起工作，下面就针对这几个模块的选型进行讨论。设计框图，如图Ll所示。超声波模块单片机电源图11设计框图1.2 主控模块的选型和论证本次设计从功能上进行分析，对于主芯片的选择，查阅了相关的资料，并综合的分析了在设计之中的实用性与可靠性，综合拟定的有以下两种比较可行的参考方案：方案一、采用STC89C52单片机。STC89C52单片机是51系列的单片机，来源于STC公司，继承51系列单片机的优良传统误!未找到引用源。而其中有8k的存储空间，可烧录进入大量的程序，具有很多传统的51系列单片机优秀的编写方式，更灵活、效率更高，在解决问题时也更有效。方案二：STM32单片机是专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计的，其STM32系列分类众多，可选择性更强，其中STM32F为通用系列，STM32F103为主流级单片机，拥有72MHZ的CPU,最高可以达到IM的FlaSh容量，且兼具电机控制功能，现在也是越来越流行的趋势。本次设计中，需要用到多个电机，且需要对多个电机控制，这对软件和硬件都有一定的要求，52单片机虽然可以基本满足，但是操作起来极为繁琐，而STM32拥有更高的处理速度和更多的扩展功能，性价比更高，根据以上所述综合考虑，最终本次的课题设计的主芯片选择的是STM32系列单片机。2系统硬件电路设计2.1 主控模块设计2.1.1 STM32单片机概述STM32这一款单片机是ARM公司推出了其全新的基于ARMv7架构的32位CortexM3(72MHz)M4(168MHz,额外增加了浮点运算)微控制器内核误!未找到引用源。STO32作为最新一代的单片机，有更强大的功能，更高的性能比。所以，本次设计采用了STM32芯片，一方面它的性能高，方便学习更多新的嵌入式技术；另一外面，跟紧时代的步伐，让自己在未来步入社会的时候更具优势误!未找习用源。要完成本系统的设计，需要用到串口1、串口2、JTAG、LED、3.3v、5v引出等基本外设。串口1主要负责调试代码，与外接模块进行通信，直到各个模块能实现项目里的基本功能。连接过程中，应要认真对照着芯片原理图来进