原標(biāo)題：基于stm32紅外遙控自動泊車尋跡小車（含源碼）

基于STM32紅外遙控自動泊車尋跡小車設(shè)計方案

一、項目概述

本設(shè)計旨在開發(fā)一款基于STM32微控制器的紅外遙控自動泊車尋跡小車，通過集成紅外傳感器、超聲波模塊、電機驅(qū)動及無線通信模塊，實現(xiàn)小車的路徑追蹤、避障及自動泊車功能。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，便于調(diào)試與擴展，適用于教育、娛樂及工業(yè)領(lǐng)域。

二、優(yōu)選元器件清單及選型依據(jù)

1. 主控芯片：STM32F103ZET6

• 作用：作為系統(tǒng)的核心控制單元，負責(zé)數(shù)據(jù)采集、處理、控制算法執(zhí)行及外圍設(shè)備通信。

• 選擇理由：STM32F103ZET6基于ARM Cortex-M3內(nèi)核，具有72MHz主頻，512KB Flash及64KB RAM，支持豐富的外設(shè)接口（如PWM、ADC、I2C、SPI、USART等），適用于復(fù)雜控制任務(wù)。其高性價比及強大的處理能力，能夠滿足自動泊車尋跡小車的實時控制需求。

• 功能：執(zhí)行控制算法，管理傳感器數(shù)據(jù)，驅(qū)動電機及外設(shè)。

2. 電機驅(qū)動模塊：L298N

• 作用：驅(qū)動直流電機，實現(xiàn)小車的前進、后退、轉(zhuǎn)向及速度控制。

• 選擇理由：L298N支持雙路H橋驅(qū)動，可提供最大2A的持續(xù)電流，支持PWM調(diào)速，具備短路保護及過熱保護功能，適合驅(qū)動小車電機。其穩(wěn)定性高、易于控制，且與STM32兼容性好。

• 功能：接收STM32的PWM信號，控制電機轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。

3. 紅外傳感器：HJ-IR2

• 作用：用于路徑檢測及避障功能，檢測地面黑線及障礙物。

• 選擇理由：HJ-IR2是一款反射式紅外傳感器，具有靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強的特點。其輸出信號可直接連接STM32的GPIO口，便于實現(xiàn)路徑追蹤及避障算法。

• 功能：檢測地面黑線，輸出數(shù)字信號至STM32；檢測障礙物，輸出低電平信號。

4. 超聲波模塊：HC-SR04

• 作用：測量小車與障礙物之間的距離，提供精確的環(huán)境信息。

• 選擇理由：HC-SR04是一款常用的超聲波測距模塊，具有2cm-400cm的測量范圍，精度可達3mm。其接口簡單（Trig/Echo），易于與STM32連接，適用于自動泊車及避障場景。

• 功能：發(fā)射超聲波，測量反射時間，計算距離并發(fā)送至STM32。

5. WIFI模塊：ESP8266

• 作用：實現(xiàn)小車與上位機（如手機、電腦）的無線通信，便于遠程監(jiān)控及控制。

• 選擇理由：ESP8266是一款低功耗、高性價比的WIFI模塊，支持AT指令集及TCP/IP協(xié)議棧，易于與STM32集成。其通信距離遠、穩(wěn)定性高，適合用于數(shù)據(jù)傳輸及遠程控制。

• 功能：接收上位機指令，發(fā)送小車狀態(tài)信息至上位機。

6. 電源模塊：18650鋰電池組

• 作用：為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定的工作電壓。

• 選擇理由：18650鋰電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長、自放電率低等優(yōu)點。采用兩節(jié)18650鋰電池串聯(lián)，可提供7.4V電壓，滿足電機及外設(shè)的供電需求。

• 功能：通過降壓模塊（如AMS1117）為STM32及傳感器提供3.3V電壓，直接為電機驅(qū)動模塊提供7.4V電壓。

7. 車模及電機：四輪驅(qū)動小車套件

• 作用：提供小車的機械結(jié)構(gòu)及動力來源。

• 選擇理由：四輪驅(qū)動小車具有穩(wěn)定性高、承重能力強的特點，適合復(fù)雜路況。配套電機具有足夠的扭矩及轉(zhuǎn)速，能夠滿足小車的運動需求。

• 功能：驅(qū)動小車運動，執(zhí)行轉(zhuǎn)向及速度控制指令。

三、電路框圖設(shè)計

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|     STM32F103ZET6    |

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|  PWM輸出  |  ADC輸入  | USART通信 | I2C/SPI接口 |

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|            |           |            |

v            v           v            v

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|   L298N電機驅(qū)動  |  |   HJ-IR2紅外傳感器   |  |   HC-SR04超聲波模塊  |  |   ESP8266 WIFI模塊   |

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|            |           |            |

v            v           v            v

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|    直流電機      |  |   地面黑線檢測     |  |   障礙物距離測量    |  |   無線通信         |

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|            |           |            |

v            v           v            v

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|    小車運動      |  |   路徑追蹤       |  |   自動避障       |  |   遠程監(jiān)控       |

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四、系統(tǒng)設(shè)計

1. 硬件設(shè)計

1.1 電源電路設(shè)計

• 采用兩節(jié)18650鋰電池串聯(lián)供電，提供7.4V電壓。

• 使用AMS1117-3.3穩(wěn)壓芯片，將7.4V電壓降至3.3V，為STM32及傳感器供電。

• 電源電路需考慮電池過充、過放保護，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

1.2 電機驅(qū)動電路設(shè)計

• L298N電機驅(qū)動模塊與STM32的PWM輸出引腳連接，實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速控制。

• 通過控制L298N的輸入引腳電平，實現(xiàn)電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停止。

• 電機驅(qū)動電路需考慮電磁干擾問題，采用隔離措施（如光耦隔離）提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

1.3 傳感器接口電路設(shè)計

• HJ-IR2紅外傳感器的輸出引腳與STM32的GPIO口連接，實現(xiàn)路徑檢測及避障功能。

• HC-SR04超聲波模塊的Trig/Echo引腳與STM32的GPIO口連接，實現(xiàn)距離測量。

• 傳感器接口電路需考慮信號濾波及抗干擾設(shè)計，提高測量精度。

1.4 WIFI通信電路設(shè)計

• ESP8266 WIFI模塊與STM32的USART接口連接，實現(xiàn)無線通信。

• 通過AT指令集配置WIFI模塊的工作模式（如AP模式、STA模式），實現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)。

• WIFI通信電路需考慮天線設(shè)計及信號屏蔽，提高通信質(zhì)量。

2. 軟件設(shè)計

2.1 主程序設(shè)計

• 初始化STM32的外設(shè)（如PWM、ADC、USART、I2C等）。

• 循環(huán)檢測傳感器數(shù)據(jù)（如紅外傳感器、超聲波模塊）。

• 根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)執(zhí)行控制算法（如路徑追蹤、避障、自動泊車）。

• 通過WIFI模塊與上位機通信，接收指令及發(fā)送狀態(tài)信息。

2.2 路徑追蹤算法設(shè)計

• 采用PID控制算法，根據(jù)紅外傳感器的檢測值調(diào)整小車方向。

• 通過PWM控制電機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)小車的平穩(wěn)運動。

• 路徑追蹤算法需考慮黑線寬度、光照條件等因素，提高追蹤精度。

2.3 自動泊車算法設(shè)計

• 利用超聲波模塊測量停車位尺寸及障礙物位置。

• 根據(jù)測量結(jié)果規(guī)劃泊車路徑（如倒車入庫、側(cè)方位停車）。

• 通過控制電機轉(zhuǎn)向及速度，實現(xiàn)小車的自動泊車。

• 自動泊車算法需考慮路徑規(guī)劃、速度控制、避障等因素，確保泊車安全及效率。

2.4 WIFI通信協(xié)議設(shè)計

• 定義通信指令集（如前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、自動泊車等）。

• 通過USART接口發(fā)送AT指令至ESP8266，實現(xiàn)WIFI連接及數(shù)據(jù)收發(fā)。

• 設(shè)計數(shù)據(jù)幀格式（如幀頭、指令碼、數(shù)據(jù)長度、校驗碼等），提高通信可靠性。

3. 系統(tǒng)集成與調(diào)試

• 將各模塊按照電路框圖連接，進行硬件調(diào)試。

• 編寫及燒錄程序至STM32，進行軟件調(diào)試。

• 通過上位機（如手機APP、電腦軟件）監(jiān)控小車狀態(tài)，調(diào)整控制參數(shù)。

• 在不同環(huán)境下測試小車性能（如光照條件、障礙物分布），優(yōu)化算法及參數(shù)。

五、總結(jié)與展望

本設(shè)計開發(fā)了一款基于STM32紅外遙控自動泊車尋跡小車，通過優(yōu)選元器件、合理設(shè)計電路及算法，實現(xiàn)了小車的路徑追蹤、避障及自動泊車功能。該系統(tǒng)具有穩(wěn)定性高、擴展性強、易于控制等優(yōu)點，適用于教育、娛樂及工業(yè)領(lǐng)域。未來可進一步優(yōu)化傳感器算法、提高控制精度及通信穩(wěn)定性，拓展更多應(yīng)用場景（如物流倉儲、服務(wù)機器人等）。