基于CW32的遥控循迹小车

cathy 发布于：周一, 05/27/2024 - 14:07 ，关键词：

CW32

一、概述

CW32循迹、遥控小车具有循迹和遥控两种功能，小车的硬件模块由CW32F030C8T6小蓝板、智能小车控制底板、BT04-E 蓝牙模块、OLED屏幕、TB6612和红外循迹模块组成，电源采用可充电锂电池供电，建议不要使用 1.5V 干电池供电。

图1 CW32小车

二、硬件部分

2.1、主控板

小车主控板由小蓝板和控制底板组成，小蓝板通过排母与控制底板相连，控制底板上还预留了按键等功能。主控板的原理图分别如下：

图2-1 小车控制底板原理图1

图2-2 小车控制底板原理图2

2.2、蓝牙模块

蓝牙模块采用 BT04-E 模块，为单独小板，通过排母插在小车主控板上：

图2-3 BT04-E 模块

通过模块背面丝印可以确定与主控板的连接线序，主控板上为蓝牙预留的位置如下：

图2-4 主控板蓝牙位置

查找CW32F030的数据手册可知 PA2 和 PA3 为其串口2，调用串口2对其发送信息即可通过串口蓝牙助手接收对应的消息。

2.3、循迹模块

循迹模块通过排线与主控底板相连，参考原理图里的红外对管接口所对应的引脚。

图2-5 循迹模块

循迹模块的工作原理：传感器的红外发射二极管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时，红外接收管一直处于关断状态，此时模块的 CH 端为高电平，通过比较器后输出为低电平，指示 LED 被点亮; 当被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，红外接收管饱和，此时模块的输出端为低电平,经过比较器后输出为高电平，LED 灯熄灭。

由于黑色会吸收红外线，所以总结为：检测到黑线--灯亮、输出低电平；未检测到黑线--灯灭、输出高电平。

图2-6 循迹模块原理图

2.4、TB6612芯片

TB6612是一款常用的双路直流电机驱动器芯片，常用于控制小型电动机或机器人的运动。该芯片具有高效、可靠和灵活的特点，适用于各种电气控制应用。

图2-7 TB6612 和控制底板

TB6612芯片具有以下主要特性：

双路驱动：TB6612可以控制两个直流电机的转动，支持正转、反转和停止功能。因此，它可以同时控制两个电机的运动，实现平稳的双轮驱动或其他双电机配置。
高电流输出：该芯片能够提供高达1.2A的持续输出电流，并且具有1.5A的瞬时峰值电流能力。这使得TB6612在控制较大功率电机时表现出色，适用于一些对功率要求较高的应用场景。
低功耗：TB6612在待机模式下的功耗非常低，可以有效延长电池寿命，适用于依赖电池供电的设备和机器人。
内置保护功能：芯片内部集成了过温保护、过电流保护和欠压锁定等保护功能，可以保护电机和芯片本身免受损坏或过载的风险。
灵活的控制接口：TB6612支持多种控制接口，包括PWM控制、频率锁定和直接控制模式等，可以根据具体需求选择合适的控制方式。

TB6612 可以控制两路电机，分别由 AIN1、AIN2、PWMA、BIN1、BIN2、PWMB组成，下面是AIN和BIN不同输入时控制电机的转动方向真值表。PWMA 和 PWMB 输入不同占空比的 PWM 波可以控制电机的转速快慢。

IN1	IN2	电机状态
0	0	制动
0	1	正转
1	0	反转
1	1	制动

三、软件部分

3.1、循迹模块检测判断

循迹模块检测，根据 4 个灯的亮灭情况共有 16 种状态，每种状态对应小车在黑线上的一种情况，根据不同的情况有不同的控制策略。

void IR_Check(void)
{  
    IR_Sensor[0] = GPIO_ReadPin(CW_GPIOB,GPIO_PIN_12);  //存放循迹模块输入值  
    IR_Sensor[1] = GPIO_ReadPin(CW_GPIOB,GPIO_PIN_13);  
    IR_Sensor[2] = GPIO_ReadPin(CW_GPIOB,GPIO_PIN_14);  
    IR_Sensor[3] = GPIO_ReadPin(CW_GPIOB,GPIO_PIN_15);
    
    /*********************************只有一个灯亮****************************/  
    if(IR_Sensor[0] == 1 && IR_Sensor[1] == 1 && IR_Sensor[2] == 0 && IR_Sensor[3] == 1)      //略微偏离道路 偏左，需要右转  
    { Road_Error = 10; Flag_BaseSpeed = 10; }  
    else if(IR_Sensor[0] == 1 && IR_Sensor[1] == 0 && IR_Sensor[2] == 1 && IR_Sensor[3] == 1) //略微偏离道路 偏右,需要左转  
    { Road_Error = -10; Flag_BaseSpeed = 10; }  
    else if(IR_Sensor[0] == 1 && IR_Sensor[1] == 1 && IR_Sensor[2] == 1 && IR_Sensor[3] == 0) //较大偏离道路 偏左，需要右转  
    { Road_Error = 20; Flag_BaseSpeed = 20; }  
    else if(IR_Sensor[0] == 0 && IR_Sensor[1] == 1 && IR_Sensor[2] == 1 && IR_Sensor[3] == 1) //较大偏离道路 偏右，需要左转  
    { Road_Error = -20; Flag_BaseSpeed =20; } 
    
    /*********************************两个灯亮****************************/  
    else if(IR_Sensor[0] == 0 && IR_Sensor[1] == 0 && IR_Sensor[2] == 1 && IR_Sensor[3] == 1) //需要左转  
    { Road_Error = -40; Flag_BaseSpeed = 100; }  
    else if(IR_Sensor[0] == 0 && IR_Sensor[1] == 1 && IR_Sensor[2] == 0 && IR_Sensor[3] == 1) //直行  
    { Road_Error = 0; Flag_BaseSpeed = 0; }  
    else if(IR_Sensor[0] == 1 && IR_Sensor[1] == 1 && IR_Sensor[2] == 0 && IR_Sensor[3] == 0) //需要右转  
    { Road_Error = 40; Flag_BaseSpeed = 100; }  
    else if(IR_Sensor[0] == 1 && IR_Sensor[1] == 0 && IR_Sensor[2] == 1 && IR_Sensor[3] == 0) //直行  
    { Road_Error = 0; Flag_BaseSpeed = 0; }  
    else if(IR_Sensor[0] == 1 && IR_Sensor[1] == 0 && IR_Sensor[2] == 0 && IR_Sensor[3] == 1) //未偏离道路  
    { Road_Error = 0; Flag_BaseSpeed = 0; }  
    else if(IR_Sensor[0] == 0 && IR_Sensor[1] == 1 && IR_Sensor[2] == 1 && IR_Sensor[3] == 0) //保持之前的操作  
    { Road_Error = 0; Flag_BaseSpeed = 0; }  
    
    /*********************************三个灯亮****************************/  
    else if(IR_Sensor[0] == 0 && IR_Sensor[1] == 0 && IR_Sensor[2] == 0 && IR_Sensor[3] == 1) //需要左转  
    { Road_Error = -40; Flag_BaseSpeed = 100; }  
    else if(IR_Sensor[0] == 0 && IR_Sensor[1] == 0 && IR_Sensor[2] == 1 && IR_Sensor[3] == 0) //需要右转  
    { Road_Error = 20; Flag_BaseSpeed = 0; }  
    else if(IR_Sensor[0] == 0 && IR_Sensor[1] == 1 && IR_Sensor[2] == 0 && IR_Sensor[3] == 0) //需要左转  
    { Road_Error = -20; Flag_BaseSpeed = 0; }  
    else if(IR_Sensor[0] == 1 && IR_Sensor[1] == 0 && IR_Sensor[2] == 0 && IR_Sensor[3] == 0) //需要右转  
    { Road_Error = 40; Flag_BaseSpeed = 100; } 
    
     /*********************************零、四个灯亮****************************/  
     else if(IR_Sensor[0] == 1 && IR_Sensor[1] == 1 && IR_Sensor[2] == 1 && IR_Sensor[3] == 1) //没有检测到线，保持之前的操作  ;  
     else if(IR_Sensor[0] == 0 && IR_Sensor[1] == 0 && IR_Sensor[2] == 0 && IR_Sensor[3] == 0) //全是线，说明在十字路口，保持之前的操作  ;
}

3.2、PID计算控制

PID 计算控制根据红外循迹模块的亮灭情况，分别控制小车的基速和差速，从而控制小车运动的方向。

/** 
    * @brief       PID基速控制 
    * @param       Encoder：Flag_BaseSpeed ，Target：0 
    * @return      基速 PID 计算值 
*/

int PID_BaseSpeed(int Encoder,int Target)
{  
    float V_Base_Kp = 30,V_Base_Kd = 100; //Kp、Kd  
    static float Bias,PID,Last_Bias;      //本次偏差、PID计算值、上次偏差   
    
    Bias = Encoder - Target;              //计算本次偏差  
    PID = MAXOUTPUT - V_Base_Kp * Bias + V_Base_Kd * (Bias - Last_Bias); //PID计算  
    Last_Bias = Bias;                     //存储偏差  
    return PID;
}

/** 
    * @brief       PID差速控制 
    * @param       Encoder：Road_Error ，Target：0 
    * @return      差速 PID 计算值 
    */
    
int PID_DiffSpeed(int Encoder,int Target)
{  
    float V_Diff_Kp = 80,V_Diff_Ki = 0.08,V_Diff_Kd = 100;//Kp、Ki、Kd  
    static float Bias_D,PID_D,Integral_Bias,Last_Bias_D;  //本次偏差、PID计算值、积分累计值、上次偏差   
    
    Bias_D = Encoder - Target;  //计算本次偏差  
    Integral_Bias += Bias_D;    //积累偏差  
    PID_D = V_Diff_Kp * Bias_D + V_Diff_Ki * Integral_Bias + V_Diff_Kd * (Bias_D - Last_Bias_D);//PID计算  
    Last_Bias_D = Bias_D;       //存储偏差  
    return PID_D;
}

/** 
    * @brief       小车控制 
    * @param       无 
    * @return      无 
    */
void Car_Control(void)
{  
    OUTPUT_Left = PID_BaseSpeed(Flag_BaseSpeed,0) + PID_DiffSpeed(Road_Error,0);    //左轮占空比计算  
    OUTPUT_Right = PID_BaseSpeed(Flag_BaseSpeed,0) - PID_DiffSpeed(Road_Error,0);   //右轮占空比计算   
    
    if(OUTPUT_Left > MAXOUTPUT)OUTPUT_Left = MAXOUTPUT;    //限制大小  
    else if(OUTPUT_Left < 0)OUTPUT_Left = 0;  
    if(OUTPUT_Right > MAXOUTPUT)OUTPUT_Right = MAXOUTPUT;  
    else if(OUTPUT_Right < 0)OUTPUT_Right = 0;   
    
    GTIM_SetCompare3(CW_GTIM1,OUTPUT_Left);                //左轮  
    GTIM_SetCompare4(CW_GTIM1,OUTPUT_Right);               //右轮
}

3.3、遥控部分

遥控部分其实就是，通过串口蓝牙接收信息并向对应的方向运动，下面是蓝牙串口的中断服务程序：

// 串口2中断处理函数
void UART2_IRQHandler(void)
{  
    unsigned char TxRxBuffer; 
    if (USART_GetITStatus(CW_UART2, USART_IT_RC) != RESET)  
    {    
        USART_ClearITPendingBit(CW_UART2, USART_IT_RC); // 清除中断标志位    
        TxRxBuffer = USART_ReceiveData_8bit(CW_UART2);  // 将接收到的数据放入TxRxBuffer    
        USART2_RX_BUF[rx2Index] = TxRxBuffer; // 将接收到的数据放入缓冲区    
        if (rx2Index < USART2_REC_LEN - 1)    // 做数据长度的限制，留一个字节用于结束字符或者溢出检测    
        {      
            // 接收到的字符包含 \n 或者 \r 结束接收      
            if (USART2_RX_BUF[rx2Index - 1] == '\n' || USART2_RX_BUF[rx2Index - 1] == '\r')      
            {        
                USART2_RX_BUF[rx2Index] = '\0'; // 在最后一个字节加上空字符，表示字符串结束      
            }      
            else rx2Index++;    
        }     
        
        if(USART2_RX_BUF[0] == 't')Flag_Mode = 1 - Flag_Mode;  //发送字符 ‘t’来切换模式     
        
        if(Flag_Mode == 0)    
        {      
            if(USART2_RX_BUF[0] == '1')Flag_Start = 1;      
            else Flag_Start = 0;    
        }     
        
        else if(Flag_Mode == 1)    
        {      
            if(USART2_RX_BUF[0] == 'w')Flag_Direction = 1;     
            else if(USART2_RX_BUF[0] == 's')Flag_Direction = 2;      
            else if(USART2_RX_BUF[0] == 'a')Flag_Direction = 3;      
            else if(USART2_RX_BUF[0] == 'd')Flag_Direction = 4;      
            else Flag_Direction = 9;    
        }      
            rx2Index = 0; // 清除数据标志  
    }
}

四、调试

4.1、调试场地

调试场地对小车的要求包括直角、交叉点、弯道等，具体如下图所示：