【STM32 HAL库】寻迹小车 开环控制 状态机 TB6612+TCRT5000+HC-05

前言

碎碎念一下，本篇博客为个人项目总结，因技术一般且记性较差（笑）故写此博客以供记录与复盘

硬件

硬件准备

模块	型号	数量	碎碎念
主控	极海APM32VBT6	1	因原主控指南者VET6故障，中途换成国产板子
电源	DC头锂电池	1	注意电池供电头应与DC/DC降压模块的口一致
DC/DC降压模块	XY-3606	1	注意与锂电池的适配性
电机驱动	TB6612	2	建议多买几个，TB6612容易炸，一炸等物流就要两三天，一定不要短路！！严重了直接板子电脑主板一块带走
电机+轮子套件	JGB37-520霍尔编码器电机	2	注意，电机架要能固定到小车板子上，最好买带编码器的，否则不能做后续的PID闭环控制
红外循迹传感器	TCRT5000	6+	越多越好，反正便宜，只有传感器数量上去了，后续PID循迹时小车速度才能上去，才能更稳
蓝牙透传模块	HC-05	1-2	建议备用一个
小车套件	酷点机器人小车套件	1	买哪家的都可，注意最好孔位多，要能适配你的板子以及好安装其他模块
耗材	杜邦线，转接线等等	充足	注意及时补充

模块说明

主控 APM32F103VBT6核心板

优点
啊这，实际上是手头没板子了，只能先用这个过度下
缺点
1.板载资源较少（4个定时器，不足以完成驱动电机以及编码器测速的功能
2.国产平替的板子再怎么说兼容性都不能100%等于STM32，且开源资料有限，谨慎考虑
建议
建议买个资源多点的板子，建议vet6起步，硬件资源有限真的有点难绷

DC/DC降压模块

功能
将锂电池输入进DCDC的12v转换为12v与5v输出

TB6612电机驱动

功能
本质上讲，TB6612是一个电子开关，它根据接收到的PWM信号，来控制”开“与”关“时间的比例，根据“占空比”，输出特定的电压，以此电压来驱动电机

TCRT5000红外循迹模块

功能
发射红外光到反射面，若反射面吸收，则接收不到反射回的红外光，则led熄灭，D0口输出高电平
所以在合适的阈值下，根据D0口的电平高低，就能判断处是否检测到黑线（黑线吸收红外线）

HC-05蓝牙透传模块

功能
将复杂的蓝牙协议简化为串口透传，本质上就是无线的串口通信

代码逻辑

宏观框架

状态机

状态机图

状态机伪代码

void fsm(void)
{switch(当前状态)
{case 空闲状态:{//电机停止 switch(当前事件){case 空闲事件:当前状态 = 空闲状态;break;case 循迹事件:当前状态 = 循迹状态; break;			default:当前状态 = 运动状态;break;}}break;case 循迹状态:{//循迹 switch(当前事件){case 空闲事件:当前状态 = 空闲状态; break;case 循迹事件:当前状态 = 循迹状态; break;	default:当前状态 = 运动状态;break;}}break;	case 运动状态:{switch(当前事件){case 空闲事件:当前状态 = 空闲状态; break;case 循迹事件:当前状态 = 循迹状态; break;case 直走事件://直走 break;case 后退事件://后退 break;case 左转事件://左转 break;case 右转事件://右转 break;case 加速事件://加速 break;case 减速事件://减速 break;case 速度最大事件://速度最大 break;case 停止事件://停止 break;}}break;}
}

状态机代码

void fsm(void)
{switch(cur_state)
{case S0_IDLE:{stop();switch(EvntID){case E0_IDLE:cur_state = S0_IDLE;break;case E1_TRACK:cur_state = S1_TRACK; break;			default:cur_state = S2_SPORT;break;}}break;case S1_TRACK:{track();switch(EvntID){case E0_IDLE:cur_state = S0_IDLE; break;case E1_TRACK:cur_state = S1_TRACK; break;	default:cur_state = S2_SPORT;break;}}break;	case S2_SPORT:{switch(EvntID){case E0_IDLE:cur_state = S0_IDLE; break;case E1_TRACK:cur_state = S1_TRACK; break;case E2_GO:go1();break;case E3_BACK:back();break;case E4_LEFT:left();break;case E5_RIGHT:right();break;case E6_SPEED_UP:speed_up();break;case E7_SPEED_DOWN:speed_down();break;case E8_SPEED_MAX:speed_max();break;case E9_STOP:stop();break;}}break;}
}

框架测试

以HC-05蓝牙透传模块控制小车为例

HC-05初始化

void hc05_init(void)
{HAL_UART_Receive_IT(&huart3, &receiveData,1);
}

接收完成中断回调函数中实现“当前事件”的更新，从而实现状态机的切换

/*
简述：重定义接收完成中断回调函数
详解：根据接收到蓝牙调试助手发送的数据，更新事件（以供状态机切换
*/
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{if(huart == &huart3){//用以调试（判断是否进入中断，判断当前receiveData值
//		printf("OK\n");
//		printf("receiveData = %d\n",receiveData-48);switch(receiveData-48){case 0:EvntID = E0_IDLE;printf("STOP\n");break;case 1:EvntID = E1_TRACK;printf("TRACK\n");break;case 2:EvntID = E2_GO;printf("GO\n");			break;case 3:EvntID = E3_BACK;printf("BACK\n");				break;case 4:EvntID = E4_LEFT;printf("LEFT\n");	break;case 5:EvntID = E5_RIGHT;printf("RIGHT\n");break;case 6:EvntID = E6_SPEED_UP;printf("SPEED_UP\n");break;case 7:EvntID = E7_SPEED_DOWN;printf("SPEED_DOWN\n");break;case 8:EvntID = E8_SPEED_MAX;printf("SPEED_MAX\n");break;case 9:EvntID = E9_STOP;printf("STOP\n");break;default:EvntID = E0_IDLE; // 默认情况下返回到空闲状态printf("ERROR_STOP\n");break;}HAL_UART_Receive_IT(&huart3, &receiveData, 1);}
} 

微观模块

也就是状态机伪代码中的基本的功能代码

电机模块

motor.c

#include "motor.h"uint16_t pulse_l,pulse_r;
float speed_l,speed_r;/*
简述：启动电机函数
详解：开启TIM定时器的PWM模式，开始产生PWM波，启动电机
*/
void Motor_Start(void)
{//启动左侧A相电机HAL_TIM_PWM_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_1);//启动右侧B相电机	HAL_TIM_PWM_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_4);}/*
简述：设置小车速度
详解：根据PWM占空比与小车速度关系，改变PWM比较寄存器值，从而改变占空比控制小车速度
*/
void Motor_SetSpeed(MotorDirection Mode,float speed_l,float speed_r)
{if(0 <= speed_l && speed_l <= 356)pulse_l = 1000 - 2.8086*speed_l;if(0 <= speed_r && speed_r <= 356)pulse_r = 1000 - 2.8086*speed_r;	if(Mode == FORWARD){HAL_GPIO_WritePin(AIN1_GPIO_Port,AIN1_Pin,GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(AIN2_GPIO_Port,AIN2_Pin,GPIO_PIN_SET);HAL_GPIO_WritePin(BIN1_GPIO_Port,BIN1_Pin,GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(BIN2_GPIO_Port,BIN2_Pin,GPIO_PIN_SET);}else if(Mode == BACKWARD){HAL_GPIO_WritePin(AIN1_GPIO_Port,AIN1_Pin,GPIO_PIN_SET);HAL_GPIO_WritePin(AIN2_GPIO_Port,AIN2_Pin,GPIO_PIN_RESET);	HAL_GPIO_WritePin(BIN1_GPIO_Port,BIN1_Pin,GPIO_PIN_SET);HAL_GPIO_WritePin(BIN2_GPIO_Port,BIN2_Pin,GPIO_PIN_RESET);	}	__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4,TIM_CHANNEL_1,pulse_l);__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4,TIM_CHANNEL_4,pulse_r);	}/*
简述：小车基本运动模式
详解：设置小车左右轮速度，从而改变小车运动方式
*/
void go(void)
{Motor_SetSpeed(FORWARD,52,50);
}
void go1(void)
{Motor_SetSpeed(FORWARD,100,95);
}
void stop(void)
{Motor_SetSpeed(FORWARD,5,5); 
}void back(void)
{Motor_SetSpeed(BACKWARD,100,100);}
void left(void)
{Motor_SetSpeed(FORWARD,1,70);
}void left1(void)
{Motor_SetSpeed(FORWARD,5,50);
}
void left2(void)
{Motor_SetSpeed(FORWARD,5,150);
}
void left3(void)
{Motor_SetSpeed(FORWARD,5,200);
}void right(void)
{Motor_SetSpeed(FORWARD,70,1);
}
void right1(void)
{Motor_SetSpeed(FORWARD,50,5);
}
void right2(void)
{Motor_SetSpeed(FORWARD,150,5);
}
void right3(void)
{Motor_SetSpeed(FORWARD,200,5);
}
/*
简述：小车加速函数
详解：获取小车1、2相电机对应的定时器的比较寄存器的当前值，并定义最小比较寄存器值，用以控制小车加速后速度上限
*/
void speed_up(void)
{uint16_t motor_a_compare,motor_b_compare;uint16_t min_compare = 700;uint16_t max_change_i;motor_a_compare = __HAL_TIM_GET_COMPARE(&htim4,TIM_CHANNEL_1);motor_b_compare = __HAL_TIM_GET_COMPARE(&htim4,TIM_CHANNEL_4);if(motor_a_compare>motor_b_compare)max_change_i = motor_b_compare - min_compare;elsemax_change_i = motor_a_compare - min_compare;for(float i = 0;i <= max_change_i;i+=0.001){__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4,TIM_CHANNEL_1,motor_a_compare - i);__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4,TIM_CHANNEL_4,motor_b_compare - i);}
}/*
简述：小车减速函数
详解：获取小车1、2相电机对应的定时器的比较寄存器的当前值，并定义最大比较寄存器值，用以控制小车减速后速度下限
*/
void speed_down(void)
{uint16_t motor_a_compare,motor_b_compare;uint16_t max_compare = 999;uint16_t max_change_i;motor_a_compare = __HAL_TIM_GET_COMPARE(&htim4,TIM_CHANNEL_1);motor_b_compare = __HAL_TIM_GET_COMPARE(&htim4,TIM_CHANNEL_4);if(motor_a_compare>motor_b_compare)max_change_i = max_compare - motor_a_compare;elsemax_change_i = max_compare - motor_b_compare;for(float i = 0;i <= max_change_i;i+=0.001){__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4,TIM_CHANNEL_1,motor_a_compare + i);__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4,TIM_CHANNEL_4,motor_b_compare + i);}
}
/*
简述：小车加速到最大速度函数
详解：for循环中比较寄存器值自减，实现小车速度自增（设置并控制速度上限（减速比较小，最大速度过大））
*/
void speed_max(void)
{uint16_t max_i = 270;static float i = 0;for(;i <= max_i;i+=0.001){__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4,TIM_CHANNEL_1,1000 - i);__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4,TIM_CHANNEL_4,1000 - i);}	
}

循迹模块

tcrt5000.c

#include "tcrt5000.h"DIRECTION mode;
DIRECTION LEFTMAX;
DIRECTION RIGHTMAX;/*
简述：判断当前位置状态
详解：根据红外传感器的D0值-->判断当前小车偏移量（LEFT1左一级偏移，LEFT2左二级偏移以此类推）
基本逻辑：先判断左右侧感应到黑线的最远端传感器，若左侧没感应到黑线，则以右侧感应到黑线的最远端传感器作为偏移程度；若右侧没感应到黑线则同理；若两侧都没感应到黑线或都感应到黑线，则直行
举例：若左1左2感应到黑线，左3没感应到黑线，则左MAX=左2。若右1右2右3都没感应到黑线，则右MAX=GO。此时偏移量mode=左MAX=左2，在循迹处左转程度为LEFT2对应的左转程度
*/
void GetDirection(void)
{//判断左侧传感器中感应到黑线的最远端传感器if(L3 == 1)LEFTMAX = LEFT3;else if(L2 == 1)LEFTMAX = LEFT2;else if(L1 == 1)LEFTMAX = LEFT1;else LEFTMAX = GO;//判断右侧传感器中感应到黑线的最远端传感器if(R3 == 1)RIGHTMAX = RIGHT3;else if(R2 == 1)RIGHTMAX = RIGHT2;else if(R1 == 1)RIGHTMAX = RIGHT1;else RIGHTMAX = GO;//判断偏移量if((LEFTMAX == GO) && (RIGHTMAX == GO))mode = GO;else if((LEFTMAX != GO) && (RIGHTMAX == GO))mode = LEFTMAX;else if((LEFTMAX == GO) && (RIGHTMAX != GO))mode = RIGHTMAX;elsemode = GO;
}/*
简述：循迹函数
详解：先更新当前位置状态，根据当前小车偏移量执行对应纠正偏移的动作
*/
void track(void)
{//先更新当前偏移量GetDirection();		//根据偏移量执行循迹操作（偏移量越大，转弯程度越大switch(mode){case GO:go();break;case LEFT1:left1();break;case LEFT2:left2();break;case LEFT3:left3();break;case RIGHT1:right1();break;case RIGHT2:right2();break; case RIGHT3:right3();break; 	}
}

蓝牙控制模块

#include "hc05.h"
uint8_t receiveData;
/*
简述：hc05蓝牙透传模块初始化函数
详解：开启中断接收
*/
void hc05_init(void)
{HAL_UART_Receive_IT(&huart3, &receiveData,1);}/*
简述：重定义接收完成中断回调函数
详解：根据接收到蓝牙调试助手发送的数据，更新事件（以供状态机切换
*/
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{if(huart == &huart3){
//		用以调试（判断是否进入中断，判断当前receiveData值
//		printf("OK\n");
//		printf("receiveData = %d\n",receiveData-48);switch(receiveData-48){case 0:EvntID = E0_IDLE;printf("STOP\n");break;case 1:EvntID = E1_TRACK;printf("TRACK\n");break;case 2:EvntID = E2_GO;printf("GO\n");			break;case 3:EvntID = E3_BACK;printf("BACK\n");				break;case 4:EvntID = E4_LEFT;printf("LEFT\n");	break;case 5:EvntID = E5_RIGHT;printf("RIGHT\n");break;case 6:EvntID = E6_SPEED_UP;printf("SPEED_UP\n");break;case 7:EvntID = E7_SPEED_DOWN;printf("SPEED_DOWN\n");break;case 8:EvntID = E8_SPEED_MAX;printf("SPEED_MAX\n");break;case 9:EvntID = E9_STOP;printf("STOP\n");break;default:EvntID = E0_IDLE; // 默认情况下返回到空闲状态printf("ERROR_STOP\n");break;}HAL_UART_Receive_IT(&huart3, &receiveData, 1);}
}