基于STM32精准识别-万向运动无线智能小车云台
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摘 要：为了适应不同用户和功能的需求，我们设计了对于一种基于STM32可以自动精确识别目標、自动规划最优路线，实时避障的无线调控智能小车云台，小车云台可以搭载不同的功能模块或者器件进行相应工作，例如机械臂操作、载物台运输、水枪灭火等等。此小车云台具有多样的功能、灵活方便、智能控制等特点，在某些领域有着很大的优势。
关键词：STM32 智能控制 小车云台
中图分类号：TP23;TP368 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）11（a）-0111-03
在很多领域中，人们都需要运用机器来代替人类去完成复杂、繁重、精细、危险甚至人类无法完成的工作，而我们基于这样的需求，设计出一款功能多样、可以适应不同条件道路的智能小车云台，该智能小车云台可以搭载使用者所需求的器件或者工具，通过这款智能小车云台快速、平稳地去运行到指定地点工作，大大提高了工作效率，具有很强的适应性、稳定性、易操作等特点，有很高的应用场景与方式。
1 系统设计
1.1 硬件结构设计
车体架构采用麦克纳姆轮车模，整个车模的速度和运动方向是由四个麦轮的四个转速联合作用而实现的。麦轮车模有一套复杂的运动学和动力学模型，可以实现全向运动。对于小车的运行，可以实现精确的麦轮车模控制从而保障小车的灵活、轻巧的特点。
如图1所示，小车的结构主要包括八个模块：单片机控制模块、电源管理模块、无线传输模块、摄像头识别模块、避障模块、速度反馈模块、电机驱动模块、多功能云台模块、屏幕显示模块。
各个模块的主要功能：
单片机控制模块：小车所用的是恩智浦公司所生产的MK60系列单片机，作为系统的的核心模块 ，主要是将摄像头识别传回的数据进行相应算法处理与速度反馈模块进行实时相互协调，在单片机写好的程序中，根据避障模块的数据传输给四个电机相应的PWM控制信号，并且将对应数据实时通过屏幕显示。
电源控制模块：是整车各个模块相互配合的保障，一个稳定、持续的电源是小车可靠运行的基础，小车所用的电源是易拆卸的8V锂电池电源，其中核心板使用是整个系统的动力保障，可靠、稳定的电源是系统持续运行的必备条件，整个系统的供电是由7.2V锂电池提供的，运用 DC-DC电压变换原理，得到需要的电压，为不同模块提供可靠电源。
避障模块模块：该模块是防止小车卡死、保证小车通畅运行的主要措施，它可以实时监测小车所处环境的情况，根据障碍物的形状和大小，使小车作出相应的运动反应，从而使小车高效率的运行。
速度反馈模块：测量小车当前行驶速度，及时将车速信息反馈到主控芯片上，形成闭环系统，让小车适应不同地形的措施，也是提高控制精度的重要模块。
电机驱动模块：是整个系统的“飞毛腿”，也是算法高效运行的基础，良好的电机驱动更加有利于小车的快速加速和制动，是小车快速反应，保障小车进行高效率的进行运动。
多功能云台模块：该模块是小车进行不同功能的多样性替换模块，使用者根据自身条件与需求可以方便的选取功能模块，进行工作。
屏幕显示调试模块：辅助调试模块用于建立良好的人机交互界面，是验证编程错误的重要手段。它也是在运行时修改一些重要参数的便捷措施。修改一些重要参数可以大大节省调试过程，方便开发者调整和启动。
摄像头识别模块：该系统选取了OPENMV4 H7摄像头，该款摄像头自带处理芯片，大大减轻主控芯片的运算，且摄像头可以单独且简单地进行目标选取，目标可多样化如不同形状和颜色的物体，人脸、二维码、数字识别，红外检测，巡线等等目标，是小车的一双犀利的“双眼”。
无线控制传输模块：该模块可以使使用者远距离进行操控小车，或者下达相应指令，还可以快捷传输回监测的数据和小车的实时状况。
1.2 软件结构设计
编程使用了MK60系列芯片中的TIM模块、PIT模块、AD模块、I/O模块、PIT模块、PWM模块。当中四路电机由主控芯片发出PWM波来控制，通过摄像头和避障模块确定地形和目标位置，I/0块主要用作模块的数据传输。PIT模块作为定时器发生不同的时间段，给主控芯片处理中断任务，速度控制服务程序都写在了PIT中断当中。
如图2所示，可以看出软件的设计由三个部分组成：图像信息采集与处理、控制算法和速度反馈信息。
图像信息采集与处理：OpenMV配备了MicroPython解释器，这个可以用Python嵌入式编程。 使Python的程序更简单。例如，直接调用findoubs（）可以获得包含所有颜色块信息的列表。使用python巡回各色块，能得到他们的全部信息。对于这些复杂功能只要几行代码。同时，OpenMV采用着重叠可能的设计，能追加各种各样的shield。
控制算法：依据麦克纳姆轮小车基本控制方法，使用k60核心板的FTM0模块，输出四路PWM占空比值，用于闭环驱动四个电机正反转向和转速大小。调整四个PWM参数，即可方便地实现小车的速度快慢（和四种运动方向的控制。通过摄像头反馈的车辆方向修正参数 。由于麦轮车模四个麦轮既控制车辆运动速度，又控制车辆运行方向，因此要把车辆方向修正参数加到车子控制函数的四个电机控制PWM参数上，从而实现小车精确的控制运行。
速度反馈：为了达到更好的控制效果，对速度进行闭环控制是必要的。这里的速度控制策略是指小车达到设定的速度去运行—设定速度主要由道路的陡缓、直弯道、粗糙程度等决定，将情况实时不断地反馈给您主控芯片，结合相应的算法去实现对四个电机的控制。 2 应用
（1）一種移动式快递分拣搬运小车：随着电商的发展，快递在人们的生活中占得比例越来越重，通过智能小车云台对各个快递上的二维码识别从而分拣运输到指定的地点，帮助快递员对快递进行分拣和搬运，对于减轻快递员的工作强度，提高工作效率具有重要意义，一定程度上减少出错率。
（2）基于机械臂的智能小车：随着科学技术的发展，人类社会正朝着自动化、智能化的方向快速发展。另外，由于人手的局限性，且大多数机械手臂都具有很大的局限性，往往只能固定地进行工作。所以机械臂可以搭载智能小车云台，它可以在控制器发出指令后，通过终端无线连接发送给机械臂小车，小车根据指令与周围环境自动处理指令并执行与之对应的动作，此过程中便不再人为参与。
（3）智能灭火小车：随着社会与国家发展，现代火灾的危害较大且对于消防员也是一种生死考验，于是自动灭火装置可以搭载我们的智能小车云台，消防员可以通过终端控制已经加装防护小车进入火场，通过红外热成像摄像头去快速定位被困者，还可以实时传输火场数据，使消防员快速有效地进行灭火，从而最大限度地减小人员伤亡和财产损失。
3 结语
这款多功能智能小车云台其独特的性能与特点创造了一个空白市场，无论是民用、商用、军用等等，都具有其强大的适用性能，前景广阔。这款云台操作简易，可以通过可视化屏幕进行人机交互，实时进行调参，初始化，还可以远距离进行无线传输、调控，单独通过摄像头进行目标的确定，其操作只需几句简单的语句即可实现。其车载云台根据使用者需求随时随地简易更换，达到不同的功能需求，四路电机控制小车，灵活稳定的运行满足不同使用者对于不同地形的要求。总之，小车云台可以让使用者高效率完成复杂、危险、繁重的工作与要求。
参考文献
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