STM32F103 红外寻迹蓝牙小车项目

项目简介

这是一个基于STM32F103C8T6微控制器的智能循迹小车项目，集成了红外寻迹、姿态感知、电机闭环控制和蓝牙通信等功能。小车能够自主循迹行驶，同时支持蓝牙遥控和状态监控。

主要功能

1. 核心控制

• 双电机PID速度闭环控制
• 陀螺仪辅助角度控制
• 四路红外寻迹传感器
• 状态机控制的循迹算法

2. 传感器模块

• MPU6500：六轴姿态传感器（I2C接口）
  • 实时获取姿态角（Yaw、Pitch、Roll）
  • 加速度和角速度数据
  • 互补滤波姿态解算
• 红外寻迹传感器：4路ADC采样
  • 加权误差计算
  • 黑线检测与状态判断
  • 十字路口/弯道识别

3. 通信接口

• 蓝牙通信（USART2，38400bps）
  • 支持上位机指令控制
  • 实时数据回传
  • 参数远程配置

4. 控制模式

• 循迹模式：自动跟随黑线行驶
• 遥控模式：蓝牙指令控制
• 定点行驶：设置目标距离自动停止
• 角度保持：设定偏航角自动维持

硬件配置

MCU

• STM32F103C8T6
• 配置详见.ioc文件

电机驱动

• TB6612FNG双路电机驱动
• 左轮：TIM4_CH4（PB9），方向控制BIN1/BIN2
• 右轮：TIM1_CH1（PA8），方向控制AIN1/AIN2
• 编码器：TIM2（右轮），TIM3（左轮）

传感器接口

• MPU6500：I2C1（PB10-SCL，PB11-SDA）
• 红外传感器：ADC1通道6-9（PA6-PA7，PB0-PB1）

通信接口

• 蓝牙模块：USART2（PA2-TX，PA3-RX），38400bps
• DMA传输：双缓冲区接收，避免数据丢失

编译与烧录

开发环境

• IDE：STM32CubeIDE
• 编译器：arm-none-eabi-gcc
• 固件库：STM32 HAL库

编译步骤

1. 打开STM32CubeIDE
2. 导入项目文件夹
3. 配置正确的芯片型号（STM32F103C8T6）
4. 编译项目

烧录方法

• ST-Link V2编程器
• SWD接口连接
  • SWDIO：PA13
  • SWCLK：PA14
  • GND
  • 3.3V

蓝牙通信协议

指令格式

#<指令ID>:<参数>

或

#<指令ID>

常用指令示例

指令ID	功能	参数示例	说明
1	设置速度	30 或 30,28	设置左右轮速度
2	直行	30	设置直行速度
3	左转	无	开始左转
4	右转	无	开始右转
5	停止转向	无	停止转向
10	停止	无	停止所有电机
11	启动	无	启动电机控制
12	设置PID	L,10,0,1	设置左轮PID参数
17	设置偏航角	45.0	设置目标偏航角
19	切换循迹模式	无	开启/关闭循迹

数据上报格式

#<消息ID>|<长度>:<内容>

消息类型

消息ID	类型	说明
0	LOG	普通日志信息
1	DEBUG	调试信息
2	ERROR	错误信息
4	SPEED	速度数据
5	GYROSCOPE	陀螺仪数据

使用方法

1. 初始校准

上电后小车会自动：

• 初始化MPU6500并进行陀螺仪校准
• 启动红外传感器ADC采样
• 初始化PID控制器

2. 循迹模式

1. 发送指令 #19 进入循迹模式
2. 将小车放在循迹赛道上
3. 小车会自动检测黑线并跟随

3. 遥控模式

1. 使用蓝牙发送速度指令，如 #1:30
2. 发送转向指令，如 #3 左转
3. 发送 #10 停止

4. 参数调整

• PID参数：#12:L,10,0,1（设置左轮PID）
• 寻迹阈值：#18:3800（设置黑线检测阈值）

关键参数配置

电机参数

#define PLUS_PER_CYC 830      // 编码器每圈脉冲数
#define R_TIRE 0.0325f        // 轮胎半径（米）
#define PWM_MAX 999           // PWM最大值

PID参数

// 速度环PID
PID_Init(&pid_L, 10.0f, 10.0f, 3.0f, 999.0f, -999.0f, 400.0f);
PID_Init(&pid_R, 10.0f, 10.0f, 3.0f, 999.0f, -999.0f, 400.0f);

// 偏航角PID
PID_Init(&pid_yaw, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 10.0f, -10.0f, 400.0f);

// 循迹PID
PID_Init(&pid_trace, 0.5f, 0.0f, 0.05f, 10.0f, -10.0f, 400.0f);

循迹参数

#define TRACE_CHANNELS 4      // 传感器数量
uint16_t black_threshold = 3790;  // 黑线检测阈值

🔄 状态机说明

小车循迹采用4状态状态机：

状态	说明	行为
STATE_INIT	初始化状态	等待检测到黑线
STATE_TRACKING	正常跟踪	PID控制循迹
STATE_GAP	空白段	保持直线行驶
STATE_TRANSITION	过渡状态	旋转寻找黑线

🐛 故障排除

常见问题

1. 小车不移动

   • 检查电机驱动芯片STBY引脚
   • 确认PWM输出正常
   • 检查编码器接线

2. MPU6500无法读取数据

   • 检查I2C接线（SCL/SDA）
   • 确认MPU6500电源正常
   • 检查I2C地址设置

3. 蓝牙无法连接

   • 检查串口波特率设置（38400）
   • 确认蓝牙模块供电正常
   • 检查USART2引脚配置

4. 循迹不准确

   • 调整黑线检测阈值
   • 优化PID参数
   • 检查传感器安装高度

调试信息

• LED灯：用于状态指示
• 蜂鸣器：用于报警提示
• 串口调试：实时输出传感器数据

📈 性能指标

• 控制周期：10ms
• 速度范围：0-150 脉冲/10ms
• 角度控制精度：±1°
• 循迹速度：可调，典型值8-12脉冲/10ms
• 通信延迟：<50ms

📄 许可证

本项目基于STM32 HAL库开发，遵循相应的开源协议。具体使用请参考各模块的许可证声明。

🙏 致谢

• STMicroelectronics 提供STM32系列芯片和HAL库
• 所有开源社区贡献者
• 项目参考了多篇技术博客和开源项目

📧 联系与支持

如有问题或建议，请通过项目仓库的Issues页面提交。

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版本：v1.0
最后更新：2025年
维护者：项目开发者