基于STM32F103C8T6和L298N的智能避障小車設(shè)計(jì)方案

智能避障小車作為機(jī)器人領(lǐng)域一個(gè)經(jīng)典的入門級(jí)項(xiàng)目，融合了嵌入式系統(tǒng)、傳感器技術(shù)、電機(jī)控制以及簡(jiǎn)單的路徑規(guī)劃算法，是學(xué)習(xí)和實(shí)踐微控制器應(yīng)用的理想平臺(tái)。本方案將詳細(xì)闡述如何利用 STM32F103C8T6 微控制器和 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊構(gòu)建一款功能穩(wěn)定、避障效果良好的智能小車，并對(duì)核心元器件的選擇和功能進(jìn)行深入分析。

1. 系統(tǒng)概述與工作原理

智能避障小車系統(tǒng)的核心目標(biāo)是使小車能夠在復(fù)雜環(huán)境中自主檢測(cè)障礙物并規(guī)劃路徑以避免碰撞。其基本工作流程如下：首先，超聲波傳感器持續(xù)發(fā)射聲波并接收回波，通過計(jì)算聲波往返時(shí)間來測(cè)距，判斷前方是否存在障礙物以及障礙物的距離。這些距離信息被送至STM32微控制器進(jìn)行處理和分析。STM32根據(jù)預(yù)設(shè)的避障算法（例如，當(dāng)前方障礙物距離小于閾值時(shí)，停車、后退、轉(zhuǎn)向等）控制L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)小車的直流減速電機(jī)，改變小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止）。此外，為了提高小車的運(yùn)動(dòng)精度和控制靈活性，可能還會(huì)引入電機(jī)編碼器進(jìn)行閉環(huán)控制，以及蜂鳴器或LED指示燈用于狀態(tài)反饋。整個(gè)系統(tǒng)通過軟件程序協(xié)調(diào)各個(gè)硬件模塊協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)智能避障功能。

2. 核心元器件選擇與分析

選擇合適的元器件是智能小車設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。以下將詳細(xì)介紹本方案中選擇的主要元器件及其理由。

2.1 微控制器：STM32F103C8T6

元器件型號(hào)： STM32F103C8T6

器件作用： STM32F103C8T6 是整個(gè)智能小車的“大腦”，負(fù)責(zé)接收來自傳感器的數(shù)據(jù)、執(zhí)行避障算法、控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及管理其他外圍設(shè)備。它處理所有邏輯運(yùn)算和決策。

為何選擇這顆元器件：

• 性能優(yōu)越： STM32F103C8T6 是一款基于 ARM Cortex-M3 內(nèi)核的32位微控制器，主頻高達(dá)72MHz，擁有更強(qiáng)的運(yùn)算能力和更快的指令執(zhí)行速度，相比于傳統(tǒng)的8位單片機(jī)（如51系列），能夠更高效地處理復(fù)雜的傳感器數(shù)據(jù)和控制算法，尤其是在實(shí)時(shí)性要求較高的避障應(yīng)用中表現(xiàn)出色。

• 資源豐富： 它集成了64KB的Flash存儲(chǔ)器和20KB的SRAM，足以存儲(chǔ)較為復(fù)雜的程序代碼和運(yùn)行數(shù)據(jù)。同時(shí)，提供了豐富的通用輸入/輸出（GPIO）端口、多個(gè)定時(shí)器、ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）、SPI、I2C、USART等外設(shè)接口。這些豐富的資源為連接多種傳感器、驅(qū)動(dòng)器以及未來功能擴(kuò)展提供了充足的支持。例如，多個(gè)定時(shí)器可以用于生成PWM信號(hào)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，ADC可用于讀取模擬傳感器數(shù)據(jù)，而GPIO則可靈活配置用于各種開關(guān)量控制。

• 開發(fā)生態(tài)成熟： STM32系列微控制器擁有龐大且活躍的開發(fā)者社區(qū)，以及豐富的開發(fā)工具鏈（如Keil MDK, STM32CubeIDE）和庫函數(shù)（HAL庫、LL庫）。這使得開發(fā)過程更加便捷，能夠大幅縮短開發(fā)周期，方便開發(fā)者快速上手和調(diào)試。各種示例代碼和應(yīng)用筆記也為初學(xué)者提供了寶貴的學(xué)習(xí)資源。

• 成本效益高： 盡管性能強(qiáng)大，但STM32F103C8T6的價(jià)格相對(duì)親民，特別適合作為學(xué)生項(xiàng)目或入門級(jí)產(chǎn)品的核心控制器，在保證性能的同時(shí)有效控制了總體成本。

• 封裝小巧： LQFP48封裝使得芯片尺寸緊湊，方便集成到小型PCB板上，符合智能小車對(duì)體積的限制要求。

元器件功能：

• 數(shù)據(jù)采集與處理： 通過GPIO口與超聲波傳感器連接，定時(shí)讀取超聲波測(cè)距數(shù)據(jù)，并進(jìn)行濾波和處理，獲取精確的距離信息。

• 邏輯運(yùn)算與決策： 運(yùn)行預(yù)設(shè)的避障算法，根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前障礙物情況，并做出相應(yīng)的決策，例如前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止等。

• 電機(jī)控制： 生成PWM信號(hào)通過定時(shí)器輸出，調(diào)節(jié)L298N的使能端和方向控制端，從而精確控制直流減速電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)小車的運(yùn)動(dòng)控制。

• 通信接口： 可以利用USART進(jìn)行串口通信，方便與PC機(jī)進(jìn)行調(diào)試或數(shù)據(jù)監(jiān)控；也可以通過SPI或I2C接口連接其他高級(jí)傳感器或模塊（如OLED顯示屏）。

• 中斷處理： 利用外部中斷或定時(shí)器中斷等機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部事件的快速響應(yīng)，例如超聲波傳感器的觸發(fā)和回響信號(hào)捕獲。

2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：L298N

元器件型號(hào)： L298N 雙H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

器件作用： L298N 模塊是微控制器與直流電機(jī)之間的“橋梁”。由于STM32微控制器的IO口電流較小，無法直接驅(qū)動(dòng)需要較大電流的直流電機(jī)，L298N模塊承擔(dān)了電流放大和方向控制的功能，使得微控制器能夠有效控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

為何選擇這顆元器件：

• 雙H橋結(jié)構(gòu)： L298N 集成了兩路H橋驅(qū)動(dòng)電路，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩路直流電機(jī)，這對(duì)于控制小車的左右兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪非常方便，能夠?qū)崿F(xiàn)差速轉(zhuǎn)向，提高小車的機(jī)動(dòng)性。

• 驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)： 每個(gè)H橋可以提供高達(dá)2A的連續(xù)電流，峰值電流可達(dá)3A，足以驅(qū)動(dòng)常見的小型直流減速電機(jī)，滿足智能小車在各種路況下的驅(qū)動(dòng)需求。其寬電壓輸入范圍（4.5V~36V）也使得它與多種電源適配。

• 控制簡(jiǎn)單： L298N 的控制接口簡(jiǎn)單明了。每個(gè)H橋有三個(gè)控制引腳：兩個(gè)方向控制引腳（IN1/IN2或IN3/IN4）用于控制電機(jī)轉(zhuǎn)向，一個(gè)使能引腳（ENA/ENB）用于控制電機(jī)是否轉(zhuǎn)動(dòng)以及通過PWM信號(hào)控制轉(zhuǎn)速。這使得STM32可以通過少量的GPIO口和一路PWM輸出來實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)電機(jī)的完全控制。

• 集成度高，易于使用： L298N模塊通常以成品模塊形式出售，集成了驅(qū)動(dòng)芯片、電源濾波電容、接線端子以及散熱片等，省去了復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)和焊接工作，方便快速搭建和測(cè)試。用戶只需簡(jiǎn)單連接電源和控制信號(hào)線即可使用，大大降低了開發(fā)難度。

• 性價(jià)比高： L298N模塊是市場(chǎng)上非常成熟且普遍的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，價(jià)格經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，符合教育和個(gè)人項(xiàng)目的預(yù)算限制。

元器件功能：

• 電機(jī)方向控制： 通過STM32向L298N的IN引腳（如IN1和IN2）輸入高低電平組合，控制H橋內(nèi)部的開關(guān)管導(dǎo)通順序，從而改變電機(jī)兩端電壓的極性，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。

• 電機(jī)速度控制： 通過STM32向L298N的使能引腳（如ENA）輸入PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號(hào)。調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的占空比，即可改變電機(jī)兩端等效電壓，從而精確控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)小車的速度調(diào)節(jié)。

• 電流放大： L298N內(nèi)部的功率晶體管能夠?qū)TM32微弱的控制信號(hào)電流放大，提供足夠的電流來驅(qū)動(dòng)電機(jī)正常工作。

2.3 測(cè)距傳感器：HC-SR04 超聲波模塊

元器件型號(hào)： HC-SR04 超聲波測(cè)距模塊

器件作用： HC-SR04 是智能小車的“眼睛”，負(fù)責(zé)感知前方或側(cè)方是否存在障礙物以及障礙物的距離。它是實(shí)現(xiàn)避障功能的核心傳感器。

為何選擇這顆元器件：

• 測(cè)量精度高： HC-SR04 采用超聲波測(cè)距原理，利用聲波在空氣中的傳播速度恒定（約340m/s）來計(jì)算距離。理論精度可達(dá)3mm，在短距離（2cm-400cm）測(cè)量中具有較高的準(zhǔn)確性，足以滿足智能小車避障的需求。

• 抗干擾能力強(qiáng)： 超聲波測(cè)距不易受光照、顏色等環(huán)境因素影響，相比于紅外測(cè)距在戶外或復(fù)雜光照條件下具有更好的穩(wěn)定性。

• 接口簡(jiǎn)單： HC-SR04 模塊只有VCC、GND、Trig（觸發(fā)）和Echo（回響）四個(gè)引腳，與STM32的連接非常簡(jiǎn)單。STM32通過一個(gè)GPIO口發(fā)送一個(gè)短促的高電平脈沖到Trig引腳來觸發(fā)超聲波發(fā)射，再通過另一個(gè)GPIO口捕獲Echo引腳的脈沖寬度，即可計(jì)算出距離。

• 成本低廉： HC-SR04 是市面上非常普及且價(jià)格低廉的傳感器，適合成本敏感的項(xiàng)目。

• 成熟可靠： 經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的市場(chǎng)驗(yàn)證，HC-SR04 模塊性能穩(wěn)定，故障率低。

元器件功能：

• 超聲波發(fā)射： 當(dāng)Trig引腳接收到至少10us的高電平脈沖時(shí)，模塊內(nèi)部會(huì)發(fā)出8個(gè)40KHz的超聲波脈沖。

• 超聲波接收與回響： 超聲波遇到障礙物后會(huì)反射回來，被模塊的接收端捕獲。此時(shí)Echo引腳會(huì)輸出一個(gè)高電平，其持續(xù)時(shí)間與超聲波從發(fā)射到接收的總時(shí)間成正比。

• 距離計(jì)算： STM32通過定時(shí)器捕獲Echo引腳高電平的持續(xù)時(shí)間 t，利用公式 距離=2聲速×t 來計(jì)算障礙物的距離。需要注意的是，聲速會(huì)受環(huán)境溫度影響，但對(duì)于一般應(yīng)用場(chǎng)景，可以取常數(shù)340m/s。

2.4 供電模塊：降壓模塊（如AMS1117-3.3V/5V）與鋰電池

元器件型號(hào)：

• 電源： 18650鋰電池組（通常2節(jié)或3節(jié)串聯(lián)，提供7.4V或11.1V電壓）

• 穩(wěn)壓模塊： AMS1117-3.3V (用于STM32供電)，AMS1117-5V (用于HC-SR04供電，若L298N不提供5V輸出) 或?qū)Ｓ玫慕祲耗K（如MP1584EN等效率更高的DCDC模塊）

器件作用： 供電模塊為整個(gè)智能小車系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電源。鋰電池作為移動(dòng)電源，降壓模塊則將電池電壓轉(zhuǎn)換為各個(gè)元器件所需的穩(wěn)定工作電壓。

為何選擇這些元器件：

• 鋰電池： 18650鋰電池具有能量密度高、體積小、放電電流大等優(yōu)點(diǎn)，非常適合作為移動(dòng)設(shè)備的電源。多節(jié)串聯(lián)可以提供L298N驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的較高電壓（如7.4V或11.1V），同時(shí)保證足夠的續(xù)航時(shí)間。

• AMS1117/DCDC降壓模塊：

• STM32供電： STM32F103C8T6 通常工作在3.3V電壓下，而鋰電池組的電壓較高，需要通過穩(wěn)壓模塊降壓。AMS1117-3.3V 是一種常用的線性穩(wěn)壓器，簡(jiǎn)單可靠，適用于為STM32提供穩(wěn)定的3.3V電源。

• HC-SR04供電： HC-SR04 通常工作在5V電壓下。如果L298N模塊不提供5V輸出（部分L298N模塊集成了5V穩(wěn)壓），則需要獨(dú)立的AMS1117-5V或效率更高的DCDC降壓模塊提供5V電源。

• 效率考量： 線性穩(wěn)壓器（如AMS1117）在輸入電壓與輸出電壓壓差較大時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多熱量，效率較低。對(duì)于要求續(xù)航時(shí)間較長(zhǎng)的應(yīng)用，可以考慮使用DCDC（降壓型DC-DC）轉(zhuǎn)換模塊（如基于MP1584EN芯片的模塊），其轉(zhuǎn)換效率更高，發(fā)熱量更小，能夠更有效地利用電池電量。

元器件功能：

• 電壓轉(zhuǎn)換與穩(wěn)定： 將鋰電池的較高電壓降壓并穩(wěn)壓至各個(gè)模塊所需的特定電壓（3.3V、5V、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓等），確保各模塊在穩(wěn)定電壓下正常工作，避免電壓波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)造成干擾。

• 提供持續(xù)動(dòng)力： 為整個(gè)小車系統(tǒng)提供不間斷的電力供應(yīng)，支持電機(jī)、傳感器、微控制器等所有部件的運(yùn)行。

2.5 驅(qū)動(dòng)電機(jī)：TT電機(jī)（直流減速電機(jī)）

元器件型號(hào)： TT電機(jī)（通常指帶有減速箱的直流電機(jī)，常見型號(hào)如1:48減速比）

器件作用： TT電機(jī)是智能小車的“腿”，負(fù)責(zé)提供驅(qū)動(dòng)力，使小車能夠移動(dòng)。

為何選擇這顆元器件：

• 集成減速箱： TT電機(jī)通常都帶有減速箱，這使得電機(jī)在較低轉(zhuǎn)速下也能提供較大的扭矩。對(duì)于智能小車而言，扭矩比轉(zhuǎn)速更重要，因?yàn)樗枰朔嚿碇亓亢偷孛婺Σ亮M(jìn)行移動(dòng)。減速箱可以將電機(jī)的高速低扭矩輸出轉(zhuǎn)換為低速高扭矩輸出，非常適合驅(qū)動(dòng)小車。

• 易于控制： TT電機(jī)是直流電機(jī)，其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向可以通過改變供電電壓和電流方向來控制，非常適合L298N驅(qū)動(dòng)。

• 成本低廉： TT電機(jī)是模型和DIY領(lǐng)域非常常見的電機(jī)，價(jià)格便宜，易于采購。

• 尺寸小巧： 體積緊湊，方便安裝在小型小車底盤上。

元器件功能：

• 提供動(dòng)力： 將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過減速箱輸出扭矩，驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。

• 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)： 通過L298N的控制，實(shí)現(xiàn)小車的向前、向后、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止等各種運(yùn)動(dòng)模式。

2.6 其他輔助元器件

• 車輪： 與TT電機(jī)配套的橡膠車輪，提供抓地力。

• 萬向輪/履帶： 用于小車的前方或后方支撐，提供轉(zhuǎn)向或平穩(wěn)行駛。萬向輪可實(shí)現(xiàn)360度自由轉(zhuǎn)動(dòng)，方便轉(zhuǎn)向；履帶則提供更大的抓地力，適合復(fù)雜地形。

• 小車底盤： 承載所有元器件的結(jié)構(gòu)，通常由亞克力板或鋁合金制成。

• 杜邦線/連接導(dǎo)線： 用于連接各個(gè)模塊和元器件。

• 面包板/PCB板： 用于搭建電路原型或制作最終電路板。

• 電源開關(guān)： 控制小車整體供電。

• LED指示燈： 用于顯示小車工作狀態(tài)或調(diào)試信息。

• 蜂鳴器（可選）： 用于發(fā)出聲音提示，例如避障警報(bào)。

• 光電編碼器（可選）： 如果需要更精確的里程測(cè)量和閉環(huán)速度控制，可以在電機(jī)上安裝光電編碼器。編碼器會(huì)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，STM32通過計(jì)數(shù)這些脈沖來計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)距離。

3. 系統(tǒng)硬件連接方案

3.1 STM32F103C8T6與L298N連接

• L298N電源輸入： 連接到電池組的輸出電壓（如7.4V或11.1V）。

• L298N電機(jī)輸出： OUT1/OUT2連接左側(cè)電機(jī)，OUT3/OUT4連接右側(cè)電機(jī)。

• L298N控制引腳：

• ENA (左側(cè)電機(jī)使能)： 連接到STM32的一個(gè)PWM輸出引腳 (例如 TIMx_CHy)。通過調(diào)整PWM占空比控制左側(cè)電機(jī)速度。

• IN1, IN2 (左側(cè)電機(jī)方向控制)： 連接到STM32的兩個(gè)GPIO引腳。通過高低電平組合控制左側(cè)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。

• ENB (右側(cè)電機(jī)使能)： 連接到STM32的另一個(gè)PWM輸出引腳 (例如 TIMx_CHz)。通過調(diào)整PWM占空比控制右側(cè)電機(jī)速度。

• IN3, IN4 (右側(cè)電機(jī)方向控制)： 連接到STM32的另兩個(gè)GPIO引腳。通過高低電平組合控制右側(cè)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。

• L298N GND： 連接到STM32的GND。

3.2 STM32F103C8T6與HC-SR04連接

• HC-SR04 VCC： 連接到5V電源（由AMS1117-5V或L298N的5V輸出提供）。

• HC-SR04 GND： 連接到STM32的GND。

• HC-SR04 Trig： 連接到STM32的一個(gè)GPIO輸出引腳。

• HC-SR04 Echo： 連接到STM32的一個(gè)GPIO輸入引腳，且該引腳需要配置為外部中斷輸入或TIM輸入捕獲模式，以精確測(cè)量高電平持續(xù)時(shí)間。

3.3 STM32F103C8T6供電

• 鋰電池輸出： 連接到AMS1117-3.3V穩(wěn)壓模塊的輸入端。

• AMS1117-3.3V輸出： 連接到STM32F103C8T6的VCC/VDD引腳。

• GND： 所有模塊的GND連接在一起，形成公共地。

3.4 整體連接示意圖

（此處可設(shè)想一個(gè)框圖或簡(jiǎn)要文字描述，但在文本形式中難以直觀繪制，故以文字描述為主）

• 電池組：提供整個(gè)系統(tǒng)的總電源。

• 降壓模塊（AMS1117-3.3V/5V或DCDC）：將電池電壓轉(zhuǎn)換為STM32和HC-SR04所需電壓。

• STM32F103C8T6：作為控制核心，其GPIO口連接HC-SR04的Trig/Echo，PWM輸出和GPIO口連接L298N的控制引腳。

• L298N：接收STM32的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)左右兩個(gè)TT電機(jī)。

• HC-SR04：發(fā)送測(cè)距信號(hào)給STM32。

• TT電機(jī)與車輪：執(zhí)行運(yùn)動(dòng)。

4. 軟件設(shè)計(jì)方案

軟件是智能小車實(shí)現(xiàn)避障功能的核心?；赟TM32F103C8T6的軟件設(shè)計(jì)通常采用C語言，結(jié)合HAL庫或LL庫進(jìn)行開發(fā)。

4.1 主程序流程

1. 系統(tǒng)初始化：

• 配置STM32的時(shí)鐘系統(tǒng)、GPIO口（輸入/輸出、中斷）、定時(shí)器（用于PWM輸出和超聲波捕獲）、串口等。

• 初始化L298N模塊的控制引腳狀態(tài)，確保電機(jī)初始處于停止?fàn)顟B(tài)。

• 初始化HC-SR04超聲波模塊。

2. 循環(huán)檢測(cè)與決策：

• 安全距離： 設(shè)定一個(gè)安全距離閾值（如20cm）。

• 前方無障礙： 如果前方距離大于安全距離，小車保持前進(jìn)。

• 前方有障礙： 如果前方距離小于安全距離：

• 小車停止。

• 小車后退一段距離。

• 小車進(jìn)行左右轉(zhuǎn)向檢測(cè)（可增加一個(gè)舵機(jī)帶動(dòng)超聲波旋轉(zhuǎn)，或通過左右輪差速轉(zhuǎn)向，邊轉(zhuǎn)邊測(cè)左右距離）。

• 選擇距離較遠(yuǎn)的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)向（例如，左側(cè)距離大于右側(cè)，則左轉(zhuǎn)）。

• 轉(zhuǎn)向結(jié)束后，繼續(xù)前進(jìn)。

• 超聲波測(cè)距： 周期性地觸發(fā)HC-SR04進(jìn)行測(cè)距，并捕獲回波，計(jì)算出當(dāng)前障礙物距離。

• 數(shù)據(jù)處理： 對(duì)測(cè)得的距離數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，消除噪聲，提高測(cè)量精度。

• 避障算法： 根據(jù)測(cè)得的距離和預(yù)設(shè)的閾值，執(zhí)行避障策略。

• 電機(jī)控制： 根據(jù)避障算法的決策，調(diào)用L298N的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，控制電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)（前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止），通過PWM調(diào)整速度。

3. 狀態(tài)反饋（可選）：

• 通過LED指示燈顯示當(dāng)前小車狀態(tài)（如前進(jìn)、避障中）。

• 通過蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲。

• 通過串口打印調(diào)試信息，方便監(jiān)控和調(diào)試。

4.2 關(guān)鍵模塊功能實(shí)現(xiàn)

• GPIO配置： 使用HAL_GPIO_Init()函數(shù)配置輸入輸出模式。

• PWM輸出： 使用TIM_PWM_Init()函數(shù)配置定時(shí)器生成PWM信號(hào)，并通過HAL_TIM_PWM_SetCompare()函數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整PWM占空比，實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。

• 外部中斷/TIM輸入捕獲：

• 對(duì)于HC-SR04的Echo引腳，可配置為外部中斷，在上升沿和下降沿觸發(fā)中斷，記錄時(shí)間戳，計(jì)算脈沖寬度。

• 更精確的方式是使用STM32的TIM輸入捕獲功能，自動(dòng)測(cè)量脈沖高電平的持續(xù)時(shí)間，減少CPU開銷。

• 延時(shí)函數(shù)： 使用HAL_Delay()或TIM延時(shí)函數(shù)實(shí)現(xiàn)精確延時(shí)，用于超聲波觸發(fā)脈沖和各種運(yùn)動(dòng)時(shí)序控制。

• 電機(jī)控制函數(shù)： 封裝獨(dú)立的函數(shù)，如void Motor_GoForward(int speed), void Motor_GoBackward(int speed), void Motor_TurnLeft(int speed), void Motor_TurnRight(int speed), void Motor_Stop()，這些函數(shù)內(nèi)部調(diào)用L298N的控制邏輯（設(shè)置INx引腳高低電平，設(shè)置ENA/ENB的PWM占空比）。

• 超聲波測(cè)距函數(shù)： 封裝float GetDistance()函數(shù)，內(nèi)部包含觸發(fā)超聲波、等待回波、計(jì)算距離的邏輯。

5. 調(diào)試與優(yōu)化

5.1 硬件調(diào)試

• 電源穩(wěn)定性： 確保電池和降壓模塊供電穩(wěn)定，各模塊電壓在正常范圍內(nèi)。

• 電機(jī)連接： 檢查電機(jī)接線是否正確，L298N與電機(jī)是否對(duì)應(yīng)。

• 傳感器連接： 檢查HC-SR04的Trig和Echo引腳是否與STM32正確連接。

• 驅(qū)動(dòng)測(cè)試： 分別測(cè)試L298N是否能正常驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速。

• 傳感器測(cè)試： 獨(dú)立測(cè)試HC-SR04的測(cè)距功能是否正常，讀數(shù)是否穩(wěn)定。

5.2 軟件調(diào)試

• 串口打?。?/strong> 在程序中加入大量的串口打印信息，輸出傳感器數(shù)據(jù)、當(dāng)前狀態(tài)、決策結(jié)果等，方便實(shí)時(shí)監(jiān)控程序運(yùn)行情況。

• 分步測(cè)試： 先實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的控制，再加入超聲波測(cè)距，最后整合避障算法。

• 參數(shù)調(diào)整： 避障算法中的安全距離閾值、后退距離、轉(zhuǎn)向角度/時(shí)間等參數(shù)需要根據(jù)實(shí)際測(cè)試結(jié)果進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，以達(dá)到最佳避障效果。

• 異常處理： 考慮超聲波測(cè)量失?。ㄈ绯隽砍獭h(huán)境干擾）時(shí)的處理機(jī)制，避免小車陷入死循環(huán)或做出錯(cuò)誤判斷。

5.3 避障算法優(yōu)化

• 轉(zhuǎn)向策略： 可以優(yōu)化轉(zhuǎn)向策略，例如在檢測(cè)到障礙物后，先原地旋轉(zhuǎn)90度檢測(cè)前方距離，然后選擇前方距離最遠(yuǎn)的方向前進(jìn)，或者通過小車左右兩側(cè)增加超聲波傳感器，進(jìn)行更全面的環(huán)境感知，選擇最佳路徑。

• 路徑規(guī)劃： 對(duì)于更高級(jí)的應(yīng)用，可以考慮引入簡(jiǎn)單的路徑規(guī)劃算法，例如通過記錄已避障區(qū)域來避免重復(fù)進(jìn)入死胡同。

• 模糊控制/PID控制： 對(duì)于電機(jī)速度的精確控制，可以引入PID算法；對(duì)于避障決策，可以嘗試模糊控制，使小車動(dòng)作更平滑、智能。

6. 總結(jié)與展望

基于STM32F103C8T6和L298N的智能避障小車設(shè)計(jì)方案，通過精心選擇高性能、高性價(jià)比的核心元器件，結(jié)合清晰的硬件連接和邏輯嚴(yán)謹(jǐn)?shù)能浖O(shè)計(jì)，能夠構(gòu)建一個(gè)功能完善、性能穩(wěn)定的智能避障平臺(tái)。這個(gè)項(xiàng)目不僅能夠幫助開發(fā)者深入理解嵌入式系統(tǒng)、傳感器應(yīng)用和電機(jī)控制等基礎(chǔ)知識(shí)，還能培養(yǎng)解決實(shí)際問題的能力。