十天学会智能车——基于STM32

 全国大学生智能车竞赛是一项以智能车为研究对象的创意性科技竞赛，融科学性、趣味性和观赏性为一体。智能车竞赛从技术上来说，涉及单片机技术、微机原理、模拟电子技术、数字电子技术、电机拖动、传感器原理与检测技术、电路原理、PID控制、卡尔门滤波、C语言编程、机械结构、电源技术等，几乎涵盖了自动化专业的方方面面；从非技术角度来说，它涉及竞赛策略、心理学、团队建设与团队精神等方面。因此，智能车竞赛对于参赛队员的锻炼是全方位的。也正因为如此，大多数初学者会感到入门难，特别是对于一些低年级大学生，因为知识储备不足，面对智能车不知从何下手，往往还没享受到智能车竞赛的乐趣，就先被困难吓倒了。本书就是基于这个出发点而产生的，手把手教读者学会怎么入手、提供，非常值得参考。

 

本书以全国大学生智能车竞赛为背景，以广泛使用的STM32为平台，以智能车制作过程中的学习顺序及遇到的技术问题为着眼点，系统讲述了智能车的制作和调试过程。全书共分10讲,其中，第1讲为智能车的发展、智能车竞赛历史和智能车技术概述；第2讲为STM32的入门知识，包括原理图及所用的编程环境，为智能车的软件设计打下基础；第3讲为智能车控制基础，主要是电机、舵机的控制，以及定时器/计数器的使用和模/数转换器；第4讲为智能车控制实战，主要是讲智能车各组成部分如何进行控制，包括人机界面及STM32的引脚模式；第5讲为智能车检测技术，主要是讲电磁检测的基本原理、转换技术及处理技术；第6讲为智能车控制算法，主要是讲负反馈控制思想，位置式和增量式PID，以及PID参数的调节；第7讲为智能车负反馈控制，主要是讲编码器原理、计数器及闭环调速和分段调速；第8讲为基于C#的软件编写，主要是讲智能车上位机辅助调试软件的编写；第9章为电路板设计与制作，这是智能车的硬件基础；第10讲为机械结构调校及优化方法，这是智能车的机械基础。

 

第1讲什么是智能车1

1.1智能车与智能车竞赛1

1.1.1汽车、汽车电子与智能车1

1.1.2智能车竞赛2

1.2智能车技术概述5

1.2.1传感器6

1.2.2信号处理和运算电路6

1.2.3执行机构7

第2讲STM32入门9

2.1STM32系列9

2.2原理图10

2.3初识IAR13

2.4点亮一个LED15

2.5IAR的快捷方式22

第3讲智能车控制基础23

3.1直流电机控制技术23

3.2伺服舵机原理30

3.3定时器/计数器31

3.4模/数转换器33

第4讲智能车控制实战36

4.1概述36

4.2例程使用方法38

4.3定时器/计数器41

4.4模/数转换器47

4.5OLED液晶屏49

4.6STM32的引脚模式55

4.6.1STM32的GPIO模式55

4.6.2I/O的功能模式55

第5讲智能车检测技术62

5.1概述62

5.2电磁检测的电路原理63

5.2.1LC谐振电路63

5.2.2运算放大电路64

5.2.3RC滤波电路68

5.2.4电磁信号的ADC采集70

5.3将传感器数据归一化72

5.4电磁传感器对应的偏差计算方法73

第6讲智能车控制算法76

6.1概述76

6.2小车控制思想78

6.3负反馈闭环控制系统81

6.4位置式与增量式PID83

6.5PID的三个环节85

6.6PID参数的影响效果87

6.7分段PID系数89

6.8模糊PID控制90

6.9三个实例92

第7讲智能车负反馈控制94

7.1概述94

7.2编码器介绍96

7.3STM32的计数器99

7.4闭环调速110

7.5分段调速117

第8讲基于C#的软件编写119

8.1概述119

8.2智能车与上位机119

8.3C#入门120

8.4C#必备知识介绍125

8.5C#的事件驱动机制127

8.6C#的串口通信编程129

8.7C#的曲线绘制135

8.8C#的异常处理机制138

8.9C#的文件读写操作142

第9讲电路板设计及制作151

9.1概述151

9.2PCB技术综述151

9.3Altium Designer入门152

9.4原理图库162

9.5PCB库164

9.6单片机最小系统PCB绘制示范167

 

9.7Altium Designer使用技巧174

第10讲机械结构调校及优化方法178

10.1“恩智浦”智能车竞赛车模种类178

10.2“恩智浦”智能车竞赛车模修改要求180

10.3“恩智浦”智能车竞赛车模简介及优缺点分析181

10.4常用的零件加工方式介绍184

10.5恩智浦智能车的机械调校185

附录A UXF101系列智能车套件197

附录BUXF101智能车组装说明199

B.1元器件目录199

B.2元器件清单200

B.3装配说明201

B.4UXF101智能车组装注意事项209

附录CUXF101智能车用户手册与常见问题解答210

C.1整车各部分说明210

C.2主板使用说明210

C.3参数说明211

C.4使用注意事项212

C.5常见问题解答212

参考文献219