STM32循迹PWM调速及阿克曼舵机转向

1，准备

红外循迹模块，L298N电机驱动模块，STM32C8T6最小系统，SG90舵机，KEIL5

2，涉及的理论知识和硬件参考

理论

阿克曼转向是一种现代汽车的转向方式，在汽车转弯的时候，内外轮转过的角度不一样，内侧轮胎转弯半径小于外侧轮胎。下图就是理想的阿克曼转向。

根据阿克曼转向几何设计转向机构，在车辆沿着弯道转弯时，利用四连杆的相等曲柄，可以使内侧轮的转向角比外侧轮大大约 2~4 度，使四个轮子路径的圆心大致上交会于后轴的延长线上瞬时转向中心，从而让车辆可以顺畅的转弯。

如果把每个轮子的运动半径画出来的话，就会得到图上所示画面。倒库比正着往里开更容易，因为后轮的运动半径小于前轮的运动半径，所以相对于两前轮而言，后轮的运动范围更小，这也就意味着更容易将车“塞” 进停车位。

在车辆转弯的时候，内侧车轮的转弯半径明显会短于外侧车轮。这时，如果我们希望两个转向轮可以正常转弯，就需要让内侧车轮的转角大于外侧车轮。

小车硬件

（1）红外循迹模块

一般就是数字红外输出和模拟红外输出，两种都可以，最终都是检测红外光返回是否符合要求。比如数字红外，当检测到黑线时，大部分红外光被吸收，红外模块引脚输出高电平1，当无黑线时，红外模块引脚输出低电平0。

（2）L298N驱动模块

这WE里采用六线接口L298N，即ENA，ENB，IN1，IN2，IN3，IN4.根据资料说明，由于本代码采用PWM调速，所以ENA，ENB作为PWM接收端。

（3）SG90舵机

SG90舵机的控制需要一个20ms时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms~2.5ms范围

PWM周期为20ms = (7200*200)/72000000=0.02所以TIM_Period = 199，TIM_Prescaler = 7199

（4）STM32C8T6最小系统

通用定时器2和4,GPIO，时钟配置等。这里有个细节就是定时器与管脚选择有关，需看最小系统芯片原理图为基础配置定时器。

3，代码实践（以下代码已完整，可自行调试）

（1）配置各个控制连接引脚及功能

void OUT_Init(void)//控制电机引脚配置
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);PIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);}

void TIM2_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)//PWM控制调速电机输出配置
{  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);//开启定时器2时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);  GPIO_PinRemapConfig(GPIO_FullRemap_TIM2,ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc;TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure); TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse =0; TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; TIM_OC3Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);  TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse =0; TIM_OC4Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); TIM_OC3PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);       TIM_OC4PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);   TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, ENABLE); TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);  }

void TIM4_PWM_Init(u16 arr1,u16 psc1)//PWM输出控制舵机角度引脚及功能配置
{ GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE);                                           GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8; //B_8引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr1; TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc1;  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure); TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low; TIM_OC3Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure); TIM_OC3PreloadConfig(TIM4, TIM_OCPreload_Enable);   TIM_ARRPreloadConfig(TIM4, ENABLE); TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);  }

void INFR_Init(void)//红外引脚接收引脚配置
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//GPIOB时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);//GPIOC时钟//此处由于引脚数量限制开启两个GPIO始终端口GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;//此处配置为浮空输入模式，便于检测红外模块高低电平状态，以此判断循迹状态GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7);GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_15;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_15);}

（2）电机运动模式配置

void forward(void)
{   TIM_SetCompare3(TIM4,187);//-------PB_8----定时器4通道3控制舵机转向TIM_SetCompare3(TIM2,1000);//-------ENA--PB_10--定时器2通道3电机调速GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);//-----IN1--PB_12GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13);//----IN2--PB_13TIM_SetCompare4(TIM2,1000);//-------ENB---PB_11-定时器2通道4电机调速GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);//----IN3---PB_0    GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);//-----IN4---PB_1
}void turnleft(void)//
{       TIM_SetCompare3(TIM4,150);TIM_SetCompare3(TIM2,50);//-------ENA--PB10--GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);//-----IN1GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13);//----IN2TIM_SetCompare4(TIM2,1000);//-------ENB---PB11-GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);//----IN3GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);//-----IN4
}
void turnright(void)//
{TIM_SetCompare3(TIM4,100);TIM_SetCompare3(TIM2,1000);//-------ENA--PB10GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);//-----IN1GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13);//----IN2   TIM_SetCompare4(TIM2,50);//-------ENB---PB11GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);//----IN3GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);//-----IN4
}
void stop(void)
{TIM_SetCompare3(TIM2,1500);//pwmTIM_SetCompare4(TIM2,1500);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);//·GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);//GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);
}void turnleft2(void)//
{TIM_SetCompare3(TIM4,150);TIM_SetCompare3(TIM2,50);//-------ENA--PB10--GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);//-----IN1GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13);//----IN2TIM_SetCompare4(TIM2,1000);//-------ENB---PB11--GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);//----IN3GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);//-----IN4
}
void turnright2(void)//
{TIM_SetCompare3(TIM4,100);TIM_SetCompare3(TIM2,1000);//-------ENA--PB10GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);//-----IN1GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13);//----IN2   TIM_SetCompare4(TIM2,50);//-------ENB---PB11GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);//----IN3GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);//-----IN4
}

（3）实现主函数搭配功能融合

int main(void)
{int LXJ0,LXJ1,LXJ2,LXJ3,XJ4,RXJ5,RXJ6,RXJ7,RXJ15=0;INFR_Init();OUT_Init();delay_init();TIM4_PWM_Init(2000,719);TIM2_PWM_Init(2000,719);delay_ms(500);elay_ms(500);delay_ms(500);delay_ms(500);¯while(1)
{ LXJ0=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_0);//读取红外引脚高低电平，LXJ1=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1);//以此判断是否在黑线上LXJ2=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_2);LXJ3=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_3);  XJ4=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_4);RXJ5=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_5);RXJ6=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_6);RXJ7=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_7);RXJ15=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_15);if((XJ4==1&&LXJ1==0&&LXJ2==0&&LXJ3==0&&RXJ5==0&&RXJ6==0&&RXJ7==0&&RXJ15==0&&LXJ0==0)){     forward();               }else if(LXJ3==1|XJ4==1&&LXJ0==0&&LXJ2==0&&LXJ3==0&&RXJ5==0&&RXJ6==0&&RXJ7==0&&RXJ15==0&&XJ4==0){       turnright();        }else if(XJ4==1|RXJ5==1&&LXJ1==0&&LXJ0==0&&LXJ3==0&&RXJ5==0&&RXJ6==0&&RXJ7==0&&RXJ15==0&&XJ4==0){      turnleft();                          }else if(LXJ0==1|LXJ1==1|LXJ2==1&&LXJ1==0&&LXJ2==0&&LXJ0==0&RXJ5==0&&RXJ6==0&&RXJ7==0&RXJ15==0&&XJ4==0){     turnright2();    }else if(RXJ6==1|RXJ7==1|RXJ15==1 &&LXJ1==0&&LXJ2==0&&LXJ3==0&&RXJ5==0&&RXJ6==0&&RXJ7==0&&RXJ15==0&&XJ4==0){     turnleft2();     }

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