基于视觉传感器的自主扫雷机器人设计与实现


    中文摘
    摘:
    世界安全形势扫雷车出现减少国员扫雷程中员伤亡扫雷车实性强更适合军事化领域者民领域应具光明发展前景针情况毕业设计扫雷车进行研究
    设计基STM32处理器扫雷车控制系统包含视觉识测距避障驱动资源配置控芯片采STM32F103系列核心板中避障部分HCSR04超声波模块结合外部中断1视觉识采openmv4摄头模组相关算法实现强烈雷进行识车驱动PWM技术两组车轮转速进行控制通速度差实现转
    显然扫雷机器运会未安全防范事业做出重贡献课题助解扫雷机器智车研究应


    关键词:STM32超声波避障电机控制PWM





    毕业设计说明书英文摘

    Title The Design of mine clearance robot

    Abstract
    In today's world security situation many countries have begun to develop various dangerous operational robots such as antiterrorism explosionproof robots and rescue robots for disaster protection and rescue based on national security Demining is also an important part of the security strategy So the mine clearance robot appeared Due to the fast speed and high precision of robotic minesweeping it is most important to avoid casualties and give it a bright future
    This design is based on the STM32 processor's autonomous mine clearance robot control system which mainly includes visual recognition ranging obstacle avoidance drive and resource configuration The main control chip uses the STM32F103 series core board Among them the obstacle avoidance part mainly uses the HCSR04 ultrasonic module combined with external interruption The visual recognition part mainly uses the Openmv4 camera module to realize the identification of mine by related algorithms The trolley drive uses PWM techique to control the wheel speed and achieve steering through the speed difference
    Obviously the use of autonomous mine clearance robot will make an important contribution to the future of safety This topic will help to understand the research and application of mine clearance robots and intelligent cars


    Keywords STM32Ultrasonic obstacle avoidanceMotor controlPWM






























































    前 言

    世界安全形势世界国家研制种特种设备机器说水机器研制钻机器研制飞天机器研制等等国家研制特种机器目减少国家部操作员伤亡机器中国重点研制扫雷机器联合国童基金会1996年发出篇报告称球60国家中约埋藏达700种雷累计数量高达11亿颗相怕数字二十年前统计结果雷国家民群众然环境着难预估重危害传统工扫雷然识率高忽视扫雷员士兵造成身安全伤害风险扫雷排雷成世界国迫眉睫项挑战务
    机器扫雷速度快精度高避免员伤亡巨优势受国方士高度关注鉴情况智移动扫雷设备研究变越发重课题围绕问题展开机器扫雷背景国外研究现状入手实现方案相关软硬件设计进行讨总结探寻种基视觉传感器扫雷机器设想制作出简易够实现基功移动设备中基础技术原理进行学理解初步掌握单片机传感器





















    第章 绪

    11 引言
    国家早已明确表示禁止雷数亿枚雷埋世界数量雷生活周边居民受安全影患危险周边居民心会潜藏雷炸死炸伤目前研制扫雷机器已势趋完善扫雷机器应进雷区减少居民伤亡
    根完全统计周边国家战场弥留区存着亿颗雷雷时刻影响着周围居民生命安全没提供准确数意想雷甚第二次世界战时期留关雷存官方证明早已考究众国家里潜藏雷国家非正发生战乱中东阿富汗区次亚洲老挝柬埔寨越南区区国家恐怖分子恐怖组织活动投入种武器2015年全球约6000雷受伤死亡中民占例童占例高达30现数探雷排雷技术工手动进行危险系数极高前区进行排雷作业工外老式传统型碾压式雷扫机扫雷机身重量潜藏雷引爆行动缓慢常会排雷爆破车雷震坏实际排雷应中损坏率解决现状代传统工扫雷方式设计机器扫雷问题展开研究
    根求车实现行走踪避障动定位等功属移动机器类机器种较高行智机器作机器研究领先部分智机器身携带传感器接受环境讯息作出反馈检测身状态作出调整实现复杂环境代工执行高难度作业够工干涉觉避开障碍达导航移动目套高效高精度机器系统类机器传统机器点移动定位求更高扫雷执行作业扫雷执行作业安全完成特殊情况采工远
    程控制提高系统设计行性便捷性更程度发挥机结合功


    12 选题背景意义
    雷炸弹检测排目前世界范围普遍士兵相关专业士进行手动排查潜危害风险言喻外期非工扫雷方案排雷车滚筒车类技术够先进原始类似耕机样原理先增接触面压力通翻滚停捶表实现雷区雷诱导式引爆仅精度低需增接触面积压力体积质量成倍增长进带造价偏高效率低次原理导致体型限制类机械旦遇非正常表环境高低山坡崎岖狭隘路等会出现风险性局限性甚导致车体倾斜翻车等情况员造成巨伤害
    排雷机器取代受专业训练排雷兵特种犬消雷烈性爆炸物降低训练排雷员成需学会机器操作训练时间会先出缩短作种智防爆安全装备时重减少员伤亡取代优势着机器技术热门AI技术发展扫雷机器代工实现高效范围扫雷工作相关研究发展必然趋势广泛机器探雷排雷情况工程师摆脱风险高效率低作业时间漫长矿井探测排雷工作层面讲机器显著降低员伤亡率实实提升排雷效率单纯排雷
    种智型扫雷装置技术含量高体较传统排雷车缩重量相应变轻十分利复杂环境运作通种扫雷设备协助专排雷车辅助专业团队侦察雷扫雷成低廉时兼顾高安全性非常适合面积广国际道义扫雷务会安全维务扮演重角色出现会机器非正常环境危险条件作业等相关领域研究工作作出贡献成机器领域重分支具十分宝贵科研价值现实意义
    13 研究现状
    基确保事扫雷排雷相关员士兵安全机器雷排装置正紧张开发中机器排雷避免员伤亡合理性价等优点执行战争结束区排查清理工作相合适
    世纪八十年代期美国已发起关扫雷机器扫雷相关研究积极研发设计类设备美国联合机器开发项目包括军队特装备种远程雷检测机器防爆机器反恐机器等等政府军队力支持Magic ClawPike PotterMine Hunter等型号智机器相继公开投入时记录数表明机器确实战区发挥出超前水性美国军事行动带巨帮助美军阿富汗伊拉克数十探测爆破排雷机器初装甲师团7爆破机器已消千枚未爆炸雷90年代美军爆炸物务组18台清洁机器伊拉克军队残留爆炸装置哑炮雷清起重作
    欧美区科学家研制出种传统雷机器机器装置种机器装置三部分组成第部分行动部分组成部分雷排车行动复杂雷场进行变行驶第二部分雷检测部分雷检测部分通高标准金属探测器探测三米左右方果发现潜安全影患会激发第三部分第三部分雷标志装置雷检测标志装置会雷相应位置标志出鲜艳黄色标志然车继续前进行雷扫整探测程做相高性动化摩托罗拉中央处理模块处理部件完成机器指令发出执行务检测雷时喷漆标记标记完成绕开雷继续执行探雷务
    邻国日作机器技术相领先国家世界参柬埔寨雷重灾区国际道义援助基原积累扫雷机器研发验日技术部门研发款名彗星2机器实现探雷作时兼具排雷功说技术含量相高功机器特点识正常金属制雷探查普通扫雷设备法识高分子聚合物雷益安装种特殊感应雷达雷数量密集国家区域种机器取效果成相高
    存维护困难频率限问题外欧洲发达国家挪威捷克斯洛伐克等国际维行动号召相继开发出独具特点创新新型排雷防爆机器保障国民安全世界维行动作出贡献
    现中国防爆机器链条锤扫雷艇定源扫雷艇中排雷机器广泛恐怖袭击策底盘操作链条锤排雷车已完成云南军事现场进行实试验定性雷检测装备已完成步会基陆军实战台设备投入实际战斗中
    未仅仅机器扫雷技术结合卫星机高空雷探测出现采智集成化扫雷排雷步完成技术时新AI技术微处理器技术开发雷探测雷扫描车激光机器技术遥控雷扫描车新发展突破传统盲扫转变成精确定位扫描相信久会埋藏世界雷会彻底清
    国第五步兵维团部队中智扫雷机器研制程中国科研员设计研发出种完全国研制高性智扫雷机器国研制扫雷机器具超高性战场生存力具超牛战场复杂环境行动力国研制扫雷机器爬五十公分垂直墙面通长达三十公分沟渠颠簸战场环境中意前进









































    第二章 概述

    21 扫雷车系统概述
    设计基视觉传感器扫雷车代工传统扫雷方式整套控制系统具功:扫雷测距避障巡航报警等功模块组成包括:中央处理模块电机驱动电路模块报警模块超声波避障模块视觉识模块电源模块车通视觉传感器检测雷时中央处理器处理闪灯发出警报原停留2秒通电机驱动模块驱动车继续扫雷遇障碍物时超声波测距模块识出距离通驱动模块驱动车做出避退等动作系统原理图

    图 1


    22 扫雷车相关技术概述
    设计关扫雷车设计实现种技术传感器技术基python底层openmv图数处理技术数包传送技术声学测距范畴超声波测距技术动控制技术

    23 系统设计求概述
    (1) 视觉传感器扫雷
    (2) 识雷闪灯报警
    (3) 报警时停留2秒继续扫雷
    (4) 遇前方障碍物转弯退避


    第三章 系统设计

    31 扫雷车系统总体设计框图
    扫雷机器系统设计包含视觉识测距避障驱动资源配置控芯片采stm32f103系列核心板中避障部分HCSR04超声波模块结合外部中断1设计视觉识采Openmv4摄头模块算法实现强烈雷进行识阈值调颜色调车驱动部分便控制场扫描排雷序遵循进远左右逐排雷结合雷权值作排雷序避障部分采中断进行障碍减速停车转继续排雷
    电源部分采12V1800mAh电池相应DCDC升降压稳压模块DCDC12V降压5V模块控供电12V作二轮驱动系统总体框图示


    图 2

    介绍系统软硬件设计模块功算法程序


    32 中央处理模块
    众周知中央处理模块套系统核心脑体中位样传感器部件传输信息汇集中央处理模块进行筛选分析通算法程序运算数发出应指令信号指挥部件做出正确动作反应
    次设计选智控制设备中广应STM32单片机种基ARMV7架构Cortex系列标准架构ARM约10年前推出问世出现满足更市场户越越样化复杂功需求成流性较高单片机芯片根面领域系列分ARM三功系列中A系列开放复杂操作系统复杂应RReal缩写实时系统MMicro缩写特微控制领域低成研究开发STM32处理器出现高功率低成嵌入式应微控制系统工业控制系统车身系统线网络等高性系统提供基础实现编程复杂性高性系统低功耗低成科研公司雷清车集成芯片半导体组成哦雷七路车公司st公司st公司生产出种m3颗新开发项目m3颗新处理器设计第1基v7m架构32标准处理器种处理器具功耗消耗低技术低优点款处理器中间延时时间超级短调试量超级低十分超方便优势许处理器中立马显现出展现出强魅力直现STM32处理器分两系列分F101F103中F101系列基础入门系列CPU频率设置36MHzF103系列功性加强系列CPU频率高72MHz片RAM较外围资源较丰富两种型号软件PIN封装兼容拥样片flsah资源种种优点台进行软件更新开发变快捷高效
    文中具体介绍stm32f系列中终端32位LV控处理器具体功具体组成部分种32位芯片公司半导体出品较留项目核cor tex m组成种芯片fl ash分成三类第1类容量芯片16k32k第2类中容量芯片64k128k第3种容量芯片256k384k512k款芯片集成定时器中种功CAn功adc功SPI功I2C功USB功款处理器访问周期达125d秒款处理器运单周期法硬件出发运算效率提升款处理器中储存器
    16k512k字节闪存程序处理器组成公司生产处理器电源理功超级厉害电源理功20~36伏供电电断电复位设计十分巧妙编程电压监测器416MHC震荡体中嵌出厂调校8mh z rc振荡器产生CPU时钟p ll带校准32khzrc振荡器姐款雷排智功车采低功耗三种模式第1种模式睡眠模式第2种模式停机模式听筒模式机模式款智车中备继承供电系统模数转换器1212位模数转换器转换时间达16输入通道转换范围升36伏双采系统保持功温度传感器系统科学家研制款智车中部处理器程中处理器端口容忍达5v信号
    款智排雷车调试模式中调试模式串行单线条sw djtag接口调试模式居然装达8定时器三16位定时器定时器达4传输者捕获p wm脉技术通道编程码输入调试模式中16位带死区控制急刹车功电机控制p wm高级控制定时器两门狗定时器两门狗定时器分两种类型第1种类型独立类型第2种类型窗口类型系统定时器24位置简述计时器达9通信接口款车通信接口中两L2C接口三USARt接口两SP l接口can接口两USB20全速接口款处理器计算单元目前先进96位新密码代码crc计算单元



    33 摄头模块
    331简介
    设计基视觉传感器扫雷机器作核心部分视觉传感器车眼睛样重测试stm32f103单片机普通摄头涉图处理原帧率低法满足设计求开发简单时保证高识速度准确度采时流行Openmv摄头模组
    作功丰富性强摄头模组Openmv体积硬件排布紧凑
    简单价格低廉中央处理部分stm32系列单片机模块换型号摄头设计语言基通C语言外Python接口高效便捷方便开发者编译降低编程门槛容易实现较复杂核心功户利Python语言Openmv具备种样丰富功独想法创意够开发设备实现
    Openmv拥种视觉识算法类脸识算法色块寻找捕捉算法边缘检测算法标识物踪算法手势追踪等等仅普通开发者爱者实现趣功求更高工业商业需专业功满足实现例指定物体标识追踪生产线合格物件检测未授权物体入侵等体积重量轻安装机车机器类DIY娱乐产品想象电子狗装脸识功做出反应机器增加身边空间识功然四处碰壁智车增加导航寻路功然控便然专业员生产线加合格品筛选条码识功户亲身体验会发现需懂基础程序编程简易代码方便容易实现种视觉识功核心基32系列单片机提供种类繁外部接口相完善系统硬件需资源满足者拓展更功需求USB接口连接电脑配套调试软件辅助户完成开发调试更新固件等工作TF卡槽装载TF卡保存程序者拍摄图片单片机模块控制硬件Arduino树莓派等样接受单片机制优点方便种模块组合完成更复杂功

    332 Openmv机器视觉应方法
    机器视觉说眼东西现机器代眼东西机器然直观东西机器代眼进行测量判断物体距离传说中机器东西机器视觉系统通机器视觉产品摄取目标转换成图信号传送专处理器系统摄取目标形态信息根素分布亮度颜色特征转变数字信号电脑集成系统分析然图信号进行种运算抽象
    模型特征进行判定然通现场操作员控制现场车设备动作进行扫雷排
    目前机器视觉系统发展已十分完善机器系统短时间获取量信息然集成芯片处理信息加工控制系统更加完善现代化生产程中教机器视觉系统广泛应工程皆成品检测质量控制检查理等等领域总说机器视觉系统特点生产性柔性动化程度非常高适合类工作危险环境工作环境者类视觉难满足求机器视觉代工视觉进行生产环境监测检验工厂化生产批量工厂化生产工检查产品合格率效率低准机器检查成品合格率提高产品生产效率质量工厂动化生产更加完善机器更容易实现机器物品信息集成功实现计算机集成制造业基技术种技术国早掌握国工厂动化生产中会运机器检测物品成功率标准
    目前机器视觉产品制作中工程制作7部分组成接简述7程具体容第1部分工业相机工业镜头组成部分相眼睛东西属成器件视觉系统套套样成系统相互组成录机分辨物体形状时控制获取相机通道数根应相机获取需单色视频进行复合信号转换进行非标准逐行扫描信号线扫描性号高分辨析信号等等信号统总第2部分光源东西必须光光东西光源作机器视觉系统辅助成器线成质量坏光源起重作种形状LED灯屏光灯光圈卤素灯容易光源机器视觉系统应必少第3部分传感器部分传感器部分说机器视觉控制系统里面较重部分通常光电开关接开关形式组成判断测象位置状态东西需传感器判断东西状态样需传感器判断传感器
    告知图采集正确途径第4部分图采集部分图采集部分通常插卡式形式装c盘中图采集卡工作相机输出信号传输电脑机然相机模拟信号数字信号转成定数图模式图模式通数线数字电信号形式显示显示器图采集器控制相机参数说触发信号曝光时间快门速度控制图采集器卡通常硬件结构针类型相机时总线形式第5部分PC台什PC台PC台电脑PC视觉系统核心电脑图需里完成图技术处理绝部分控制逻辑检测种类型应通常频率较高CPU处理器样处理器功越强处理时间会越少时会增加电脑处理功效率通常减少现场工作环境震动灰尘温度外干扰素通常会选择工业级电脑第6部分事件处理软件视觉处理软件相脑神反应部分完成数字图数处理然通定运算出结果输出结果通信号坐标位置字符串等等形式传送具体视觉软件显示器中机器常世界软件处理器cc++图库图形式编程环境专功LCD检测vga检测模板准等等通目定位测量条码单点检测等等第7部分视觉处理器控制单元控制单元包括运动控制电转化单元控制旦视觉软件完成图分析需外部单元进行通信产生生产力控制简单控制利部分图卡带开关进行控制相复杂控制需控制单元运行控制
    接分析完整视觉系统工作程视觉系统工作程中第1程通弓箭定位检测器探测物体运然通摄系统物体纳入视野中心然采集图部分图发送触发脉第2程通图采集部分事先设置程序定位功分摄机明系统发起信号摄机开机明系统开灯第3程相机停止扫描程需新开始扫描摄头必须停进行摆动瞄准物体
    移动方启动脉前直处等状态程中需摄头开始新反弹提前需开曝光机构曝光机构通计算机编码处理系统事先编程灯光系统永远相机开机前开开灯光明会启动脉灯光开启时间摄机曝光时间相匹配程相机曝光需开始图进行接收模拟信号输出图采集部分接收模拟信号会直接吸收摄机中摄机图生成数字化视频数然数字化视频数存放处理器计算机存中然型工业电脑中处理器会图进行处理分析识然许需结果测量数电脑分析系统会数进行分析然流水线产品进行控制定位纠正增加型生产链产品质量生产效率
    333 Openmv4运算处理力
    open mv4采现高性微控制系统种微控制器stm32h7stm32h7高性微控处理器运行400MHZ左右关科学统计核跑分两千二十分款高性微控制器跑分效果市面流软件相匹配功强mcuOPenv4相组合产生出性强悍轻松OpenMV4台秒直接运行颜色踪脸识检测等机器视觉算法带基caffe深度学框架cnn神网络框架openmv运行CIFAR10CIFAR10 Fast  MNIST Smile Detection等模型支持拆卸式摄头模块包括0V77250V2640MT9V034OV9650等摄头

    OpenMV4芯片采stm32H743vit6频400M存2M处理速度远超OpenMV3OV2640灰度MT9V034彩色MT9V034拆卸方式家意更换想镜头型号限度进行类图采集外通镜头更换
    Openmv底层python已封装系列封装库:
    API:find_blobs
    thresholds颜色阈值通法子判断种颜色通参数作列表列表中颜色色块象bao b调动seo de方法判断颜色什色块roi感兴趣区
    x_stride 查找色块x方宽度素默认2
    y_stride 查找色块y方宽度素默认1
    area_threshold 面积阈值果旦色块面积电脑中会觉面积滤掉
    pixels_threshold 素数阈值果值出现电脑会值然排会出现电脑处理器中
    merge 合果设置True纸全部合起进行综合运算处理blob 注意:会合blob什颜色果想混淆种颜色blob需分调颜色阈值find_blobs
    blobs imgfind_blobs([red])find_blobs象返回blob列表
    blobs列表里包含blob象blobs象色块blobs象包含色块信息
    blob方法:
    blobrect() 返回色块外框——矩形元组(x y w h)直接imagedraw_rectangle中
    blobx() 返回色块外框x坐标(int)通blob[0]获取
    bloby() 返回色块外框y坐标(int)通blob[1]获取
    blobw() 返回色块外框宽度w(int)通blob[2]获取
    blobh() 返回色块外框高度h(int)通blob[3]获取
    blobpixels() 返回色块素数量(int)通blob[4]获取
    blobcx() 返回色块外框中心x坐标(int)通blob[5]获取
    blobcy() 返回色块外框中心y坐标(int)通blob[6]获取
    blobrotation() 返回色块旋转角度(单位弧度)(float)果色块类似铅笔值0~180°果色块圆值果色块完全没称性会0~360°通blob[7]获取
    blobcode() 返回16bit数字bit会应阈值
    调find blobs做色块追踪处理器时采原理款色块追踪处理器拥全幅图扫描功然种功优点缺点第优点说运算速度超快教色块起扫描进全图扫描种色块追踪处理器缺点色块数量时候会干扰系统判断导致终失败部分需扫描款处理器会扫描进
    处绿色目标物作样数现象图片:












    图11

    处理速度:














    图12
    34数包传送技术
    JSON(JavaScript Object Notation JS 象简谱)
    数包传送技术种较属轻量级数交换格式种交换格式传统xm1更加轻巧达节约传输数占宽度时间提高传输数时间效率数包传送技术通简洁清晰层次结构Json成理想数交换语言通种交换语言更加容易阅读编写种程序网络传输种数时间缩短增加网络传输效率增加机器工作效率需记种文字符串JSON组成种文字符串应该储存某种属性中种属性responsetext
    属性毒区种数程中函数解析json然种函数特殊函数分javascripteval函数种计算机中特定语言函数
    JSON注意事项:
    (1)名称必须双引号(:)包括
    (2)值双引号包括字符串数字truefalsenullJavaScript数组子象
    接简说说java中常编写方法编写方法意思
    jsondumps(): Python 象编码成 JSON 字符串
    jsonloads():已编码 JSON 字符串解码 Python 象
    jsondump():Python置类型序列化json象写入文件
    jsonload():读取文件中json形式字符串元素转化Python类型










    底层中具体采Pythonstm32 H7处理器摄头模组需涉摄头模组控stm32f103数传送问题传送数方法stm32 H7串口3(UART3)stm32f103控串口2(USART2)直接进行双线异步数传送传送数值两:特征点数量总体巡线特征值偏左偏右量串口直接传送数方法通信容易产生数遗漏丢数信号线影响采json数包方法接收端进行数校验解析方式图:
    解包数
    解析校验帧头帧尾
    USART串口
    加帧头
    帧尾
    双数包






    控端

    Json包



    Openmv端



    图13


    35 超声波避障模块
    超声波避障模块相车眼睛收集外界环境信息发送单片机中央处理器计算出数发出指令实现躲避障碍物功整套程行走时眼睛前方物体挡住通脑判断绕开物体选择正确路径样道理前市面基原理实现避障测距功模块例较常红外线检测光学检测次实验超声波检测量研究表明超声波传输中量亏损降速度慢方性较确定介质中传播距离长超声波测距方面量仪器设备通检测距离超声波快速便捷数运算简化时满足精度求较高工业生产实时性需求开发者研究员进行移动智设备设计开发次设计选型号HCSR04超声波模块价格低廉形状巧便安装成扫雷车二选择
    市面超声波传感器利原理普勒原理东圃原理说通京正体外发射超体感知超频高超声波然种超声波通控制模块检测反射回检测反射回频率种超声波波频般25~40khz波超声波传感器运作工作程中超声波发射出超声波发射区域物体进行断运动超声波会面反射出段频率段带波动频率称普勒效应通反射回频率判断物体指定区域运动位置移动速度方通判断分析控制开关
    接口:VCC 接 5V电源 GND 线TRIG 触发控制信号输入 ECHO 回响信号输出TRIGECHO接STM32意GPIO口
    设计实现基HCSR04超声波测距模块通stm32f103外部中断系统定时器系统实时扫描机器前方否障碍物判断距离阈值软件设置调整
    stm32f103控外部中断机制中初始化应方法分析判断
    ①中断机制:STM32 GPIO配置成外部中断触发源点 STM32 强处STM32 通根引脚序号众中断触发源分成组面7中断装置:PA0PB0PC0PD0PE0PF0PG0第组终端装置序次匹配分类种然类划分性质装置16 组种中断装置机制原理控制中规定组终端装置控制开关闭合说装置组中控制外部闭合系统工作16外部中断STM32F103 中断控制器支持 19 外部中断事件请求中断设状态位组类终端装置中装置中组判断外部装置否中断情况发生STM32F103 19 外部中断4种情况
    第1种情况线16通 PVD 输出
    第2种情况线17:通 RTC 闹钟事件
    第3种情况线18:通 USB 唤醒事件
    第4种情况线0~15:合理匹配外部 IO 口输入中断



















    图21

    ②中断配置程:
    1配置触发源GPIO口:

    GPIO作传统触发源需GPIO口配置成输入模式触发模式中种

      第1种GPIO_Mode_AIN 利模拟输入(ADC模拟输入者低功耗省电)完成配置口输入

      第2种GPIO_Mode_IN_FLOATING 通浮空输入达目

      第3种GPIO_Mode_IPD 通带拉输入达目

    第4种GPIO_Mode_IPU 通带拉输入 达目


    AFIO复时钟功:


    GPIO口中断线映射起:


    中断线进行中断初始化:


    6外部中断服务函数编写:

      外部中断函数分:

      EXPORT   EXTI0_IRQHandler          

      EXPORT   EXTI1_IRQHandler       

      EXPORT   EXTI2_IRQHandler         

      EXPORT   EXTI3_IRQHandler        

      EXPORT   EXTI4_IRQHandler          

      EXPORT   EXTI9_5_IRQHandler        

      EXPORT   EXTI15_10_IRQHandler

      中断线 04 中断线应中断函数中断线 59 中断函数 EXTI9_5_IRQHandler中断线 1015 中断函数 EXTI15_10_IRQHandler 









    HCSR04测距模块基参数:
    1 工作电压:45V55V55V限超出
    2 工作电流:1mA20mA
    3 工作频率:40Khz
    4 识工作距离:4mm4m(备注识距离4毫米远4米数持续输出需预先设置)
    5 测量温度:0度100度精度1度
    6 测量光程度 :明显判断出黑色白色者光亮暗淡间效果
    7 数输出方式:两种第1种icc第2种uart者57600bps


    HCSR04测距模块时序:










    HCSR04超声波模块测距原理利正常条件声学中音速340ms模块trig端接受高电时连续发送8高电脉时echo端输出高电接收回传信号时改输出低电利控TIM2定时器EXIT4中断源(优先级组设置2)记录高电时间:

    La340*TIME(S)(米)

    计算出La障碍物距离

    324PID动控制技术
    种动控制化技术程中控制程中偏差例进行控制Pld控制器控制系统中三部分进行控制第1部分例部分第2部分积分部分第3部分微分部分通三部分协调解决动控制器动控制技术更加完善目前市面动控制器动控制技术决定简单易实现适性十分广泛运领域种动控制器动控制器控制参数数相互独立应特点通调节种例积分微分间规律然进行连续产品连续动态系统品质校正进行方法解决判断种动控制技术参数整定方法结构简单轻便传统应程中控制点包括三种较简单例积分微分控制算法导致三种控制算法第1种控制算法增量式算法第2种控制算法位置算法第3种控制算法微分先行算法然三种例积分微分算法控制系统简单特点基满足般控制系统需数需求
    离散化公式:
    △u(k) u(k) u(k1)
    △u(k)Kp[e(k)e(k1)]+Kie(k)+Kd[e(k)2e(k1)+e(k2)]
    进步改写成
    △u(k)Ae(k)Be(k1)+Ce(k2)
    增量算法中选择功种第1种选择滤波选择滤波选择说滤波选择输入加前置滤波器输入控制算法定值会发生突然变化定惯性延缓然慢慢进行变化会突然进行变化第2种系统中动态程中逐渐加速增量式算法程中例相基分项符号具关系简单说说关系果控量系统继续偏离定值符号会模样果控量改进方样知识两符号发生相反变化时特性控量接定值时相反毕业作会阻碍积分作避免积分超调带机器震荡明显利种机器控制果控量远未达定接知识接时发生变化程中会积分获例间发生微妙变化者反移动会导致降低进行缓慢减慢会进行数分析操作效率减少避免种情况发生需增加动态加速程首先需设定偏差范围种偏差范围控量接定值时正常规律进行调节果种例作正负发生量偏差程中需利种方法符号偏差量积分项相致然正常规律进行调节例作正负利种算法数变化动态进行效控制运第3种pid增量算法饱作中进行保护作抑制prd增量算法程中执行原件身机器物理积分储存单元果定值发生突然变化程中部分算法例会发生突然变化例部分微分部分计算出控制量正常值会机器执行元件承受限额远远达负载量执行文件控制增量会受现实控制抑制企业进行继续计算余计算部分会丢失系统动态程变长样会导致系统工作效率减缓需制定完善计划种现象避免发生改善种现象发生目前广泛应纠正种缺陷方法累计补偿法累计补偿款意思系统运算程中超出执行机构执行力程中需超部分进行累积积累起暂缓进行执行力运算然系统繁忙
    工作程中进行补充执行运算

    PID位置算法
    离散公式:
    u(k)Kp*e(k) +Ki*
      
    +Kd*[e(k)e(k1)]
    利位置式算法选择功算式方法两种
    第1种利滤波:阶惯性滤波第2种利饱作抑制
    接简单说说两种方法第1种方法遇限消弱积分法种方法说控制变量进入保护区需机型销售分享运算进行停止者增粉象运算种计分方法进行回正常尺度运算简单说计算程序运输程中果数已超出程序判断限制范围需偏差符号进行程序表明系统判断否超调区域程序符号出现种分析相应偏差记录入积分项第2种方法积分分离法积分分离法应基pid控制中具较浮动劳动幅度改变定值时种方法会较偏差系统具惯性候性减缓系统积分项目运算力执行运算系统出现较超调量长时间波动特温度成分变化缓慢程发生现象会积分分离法中发生更加严重采积分分析法中避免措施偏差量较程中取消积分运算作偏差较时候积分运算作投入进解决种较扰动幅度改变定值问题发生外通积分分离数值确定具体象具体求明确化说数值求太达积分分离目控量法跳出积分分离区域者数值太空调法跳出积分分离区需进行pd控制较幅度角度幅度改变定制情况减缓发生

    离散化公式:


      




    |e(t)|>β时
    q0 Kp(1+TdT)
    q1 Kp(1+2TdT)
    q2 Kp Td T
    u(t) u(t1) + Δu(t)
    7种符号含义
    第1种符号含义u(t) 讲控制器输出值
    第2种符号含义e(t) 讲控制器输入设定值间误差
    第3种符号含义Kp 讲函数例系数
    第4种符号含义Ti 讲函数积分时间常数
    第5种符号含义Td 讲微分时间常数(方Kd表示)
    第6种符号含义T 讲函数调节周期
    第7种符号含义β 讲函数积分分离阈值
    防止种问题出现研究出种方法做效偏差法效偏方法根p ID位置算出控制量超出限额范围控制量实际取边值进行边值计算种方法应控制量偏差值作效偏差值记录积分累积进入实际偏差进入积分累积种方法计算出控制量没执行程中具体应效避免偏差量者情况发生
    车控制系统中定值发生幅度变化时部分作会输出值进行幅度变化样会利日常生产中操作会降低日常生产中生产效率粉象计算程中需考虑定制空调进行严格控制需采微分先行pid计算方法种方法做测量值微分pid算法
    种积分运算方法公式:
    离散化公式:
    参数说明
    纯滞象补偿
    控制点采Smith预测器种预测器控制象补偿环节起控制组成控环节然程序计算中变成简单惯性环节计算
    PID参数进行重新整顿程中发生pid参数影响三种情况
    第1种情况例系数Kp系统性产生影响系统例系数加会导致种系统动作灵敏速度加快稳态误差减果发生Kp偏振荡次数加调节时间加长Kp太时系统会趋稳定Kp太会系统动作缓慢Kp选负数kp值选择负数时三部分决定第1部分执行机构第2部分传感器部分第3部分控制象部分三部分综合特性进行起决定果Kc符号选择象状态(pv值)会离控制目标状态(sv值)越越远避免种情况发生出现种情况kp值定取相反第2种情况积分控制Ti系统性影响积分作系统稳定性降Ti(积分作强)会整积分系统极稳定时候消稳态误差提高整系统控制精度整系统工作效率增加第3种情况微分控制Td系统性影响利微分作改善动态特性发生Td偏时超调量较调节时间较短Td偏时超调量较调节时间较长综合两种情况发生td 情况时超常量变较调节整控制系统调节时间增加控制系统运行效率

    车设计采两轮驱动方式stm32f103DSP功强进行高精度浮点运算采PID(例积分微分)算法控制车该算法涉三参数KpKiKd中Kp例控制参数Ki积分控制参数Kd微分控制参数Kp系统快速性关键性作Ki系统稳定性关键性作Kd系统准确性性关键性作
    通调节KpKiKd综合提高系统快速性稳定性准确性车控制中减少转弯角度超调欠调车转弯时角度控制更快速稳定准确
    受控芯片性影响处理PID三参数时采方法:

    例控制:直接前差分值例系数Kp * Error
    积分控制:角度偏差值积分系数Ki * SumError
    微分控制:前两次角度偏差值差微分系数Kd * dError中dError LastError PrevError(LastError次差分值PrevError第二次差分值)

    输出量计算公式:

    Out Kp * Error + Ki * SumError + Kd * dError








    ①参数调整程:

    例系数Kp调整 Ki0Kd0
    尝试值
    现象
    处理方法
    60
    车剧烈震荡
    该值减4
    20
    车较震荡
    该值减15
    05
    车转弯灵
    该值加05
    10
    车略微震荡
    采前值

    表41





    微分系数Kd调整 Kp1Ki0
    尝试值
    现象
    处理方法
    10
    车剧烈震荡
    该值减09
    01
    车预测灵
    该值加02
    03
    车预测较灵
    该值加01
    04
    车预测灵敏
    采前值

    表42


    积分系数Ki调整 Kp1Kd04
    尝试值
    现象
    处理方法
    005
    车稳
    该值加1
    105
    车稳
    该值减055
    05
    车稳
    该值减04
    01
    车稳
    采前值

    表43

    面参数调整程确定PID算法三参数值分:Kp1Ki 01Kd04车前行稳定准确迅速

    3PWM功率调制技术

    1PWM输出原理

    果发生定时器工作程中专门选择数进行计算PWM模式需前计算值设定CNTCCRx捕获较寄存器CCRx值(预装载值) CNTCCRx 时GPIO口 输出低电0CNT达 ARzR达数动重装载需整数重新重新进行计算重新计算次断循环改变 CCRx 值改变 PWM 输出占空改变 ARR 值改变 PWM 输出频率

                                    
    2PWM定时器

    STM32 定时器三种类型第1种类型TIM6 第2种类型TIM7前说两种类型定时器产生 PWM 输出第3种类型高级定时器 TIM1 TIM8 第3种高级类型时产生达 7 路 PWM 输出仅仅通通定时器时产生4路 PWM 输出通常生产程中TIM2定时器CH1CH2产生两路PWM输出满足日常需

    pwm定时器中通定时器 TIM2 产生两路 PWM 输出需配备两种重载寄存器第
    1种重点计算器动重载寄存器TIM2_ARR第2种重载寄存器预分频器TIM2_PSC控制寄存器TIM2_CR1 捕获较模式寄存器TIM2_CCMR1捕获较寄存器TIM2_CCER捕获较寄存器TIM2_CCR1TIM2_CCR2 果高级定时器TIM1TIM8需配置刹车死区寄存器TIMx_BDTR

    3寄存器配置步骤

    (1)开启 TIM2 时钟

    果需TIM2 TIM2 时钟必须先行开启设置APB1外设时钟寄存器RCC_APB1ENR两数进行立添加相应应部分统计

    (2)通道CH1CH2应GPIO 口时钟

    TIM2定时器CH1CH2应GPIO口 PA0PA1通设置RCC_APB2ENR时钟GPIO口

    (3)PA0 端口配置PA1端口配置

    两种端口配置方法般采复式推挽输出模式进行配置

    (4)TIM2_ARR配置TIM2_PSC配置

    通常说ARR定时器计数限16位寄存器ARR定时器限限范围1~65535PSC定时器分频系数通值计算出PWM频率根电机适合频率进行分配

    进行预装载TIM2>CCMR1 相关位控制CCRX预装载TIM2>CR1APER位控制ARR动重装载

    (5) 设置 TIM2_CH1TIM2_CH2 PWM 模式通道方

    电机越转越快配置 TIM1_CCMR1 相关位控制设置PWM 模式1外配置 CH1CH2 输出设置TIM1_CCMR1 CC1S[10] CC2S[10] 00(寄存器默认 0里省略)

    (6) CH1 CH2 输出 TIM1

    进行配开启输出程中开启 TIM2  CH1CH2 输出 TIM1 时钟ch1会通 TIM2_CCER 寄存器设置输出单通道开关ch2会通 TIM2_CR1 寄存器设置需找寄存器设置关键整 TIM2 总开关设置两寄存器样
    TIM1 CH1CH2  PWM 波输出样增加机器运行效率

    (7) 设置 MOE  输出 PWM  输出

    普通定时器完成设置输出 PWM 高级定时器需刹车死区寄存器(TIM1_BDTR) MOE 位整 OCx( PWM)输出











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    文档贡献者

    王***朝

    贡献于2020-09-01

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