基于STM32和pixy CMUcam5视觉传感器的双控制模式全向车的设计

张雁宁 西南科技大学

基于STM32和pixy CMUcam5视觉传感器的双控制模式全向车的设计

张雁宁 西南科技大学

STM32单片机；pixy CMUcam5视觉传感器；设计

引言

本项目基于STM32单片机的遥控和手势双模式控制的全向车，以全向轮式机器人作为控制平台，通过无线遥控控制全向车的运动，由pixy CMUcam5视觉传感器探测目标颜色，通过锁定目标颜色的位置来确定全向车的行驶方向。使移动娱乐可控智能车具有良好的实用性、易操作性和娱乐性。

1.相关技术分析

1.1 STM32的相关功能

STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。按性能分成两个不同的系列：STM32F103“增强型”系列和STM32F101“基本型”系列。1

1.2 pixy CMUcam5视觉传感器

是一个开源的图像识别传感器，支持多物体，多色彩的颜色识别，最高支持7中颜色。pixy支持多种通信方式，如SPI、 I2C等，可以直接插在控制板上。利用pixy这个特性可很方便实现视觉控制小车全向行驶2。

2.设计过程

2.1 设计方法

（1）通过理论分析、硬件设计、软件编程和实际调试来完成一个遥控和手势控制的全向车的设计与制作；（2）明确研究目标，查阅相关的技术资料，与指导老师多交流，确定并完善理论方案；（3）团队讨论交流，明确分工，模块化设计并协作完成；（4）遇到问题时通过多方面查找对应问题，多和指导老师交流；（5）无线传输模块和视觉传感器的使用，需要查阅传感器的数据手册，进行调试；（6）系统设计，应查阅芯片手册，找到相应的引脚；（7）制作实物时多次测试，校对数据，修改代码。

2.2 技术路线

本设计分为机械结构、电路硬件和单片机软件控制三个部分。首先是机械机构部分，电路要求尽量简洁，单片机端口配置要合理，以方便之后的单片机程序控制。

本项目设计的系统整体逻辑框图如图1所示：

图1

2.3 主控芯片——STM32系列

STM32F103R8T6/STM32F103是ST公司基于ARM最新Cortex-M3架构内核的32位处理器产品，内置64KB的Flash、 20K的RAM、12位AD、4个16位定时器和3路USART通讯口等多种资源，时钟频率最高可达72M。

2.4 驱动模块的设计

2.4.1 电机类型——直流减速电机

直流减速电机是由直流电机和齿轮减速器构成的。这种电机是在普通直流电机的基础上又加入了配套的齿轮减速箱。

2.4.2 电机驱动——MOSFET构成H桥式驱动电路

利用PWM波形来控制电机的速度，再用单片机两个I/O口控制电机旋转方向，此电路驱动功率比较大，电机的转速比较快。

2.5 电源模块——三段线性稳压器LM2596

由于电源模块是作为控制器和其他电路的供电单元，它的好坏直接关系到系统的稳定性。

2.6 成果检测

确定设计方案以及采用的基础模块之后，对全向车的设计开始了系统的设计，最后经过测试，相较于传统的全向车操作模式，基于STM32和pixy CMUcam5视觉传感器的双控制模式的全向车具有更好的操作方式，同时也能够完成更多的操作任务，同时还可以通过视觉传感模式增加客户的体验感。在本次设计中所采用的各个模块也能够把自身的功能较为充分的展现出来。

3.总结

通过本次设计，开发了全向车的两种控制模式：遥控操作和手势控制，增加了操作时的模式选择，同时利用pixy CMUcam5视觉传感器探测对目标进行颜色识别，从而能够确定全向车的行驶方向。采用全新的三轮全向车，能够向任意方向移动且可零回转半径转动，在遥控探测机器人的移动本体上应用相对于其他轮式移动机构有其独特的优势，尤其是在狭窄空间中需要对平台进行细微精确位置调整的场合优势更为明显。

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［2］ P.Oliveira，Armando J.Sousa，A .Paulo Moreira and Paulo J.Costa .Modeling and Assessing of Omni－Directional Robots with Three and Four Wheels.Contemporary Robotics－Challenges and Solutions，B芽ttcher IT Verlag，Bremen，2009

［3］ Yong Liu，J.Jim Zhu，Robert L.Williams II，Jianhua Wu.Omni-directional mobile robot controller based on trajectory linearization.［J］.Robotics and Autonomous Systems，2008，5656：.

［4］ 尉成果，赖欢，王太江.轮式移动机器人轨迹跟踪控制算法的研究［J］.机电工程，2012，29（6）：730-732.

［5］ 李全利，《单片机原理及应用技术》，高等教育出版社，2009年1月出版.

［6］ 韩毅，杨天.基于HCS12单片机的智能寻迹模型车的设计与实现［J］.学术期刊，2008，29（18）：1535-1955.

西南科技大学国家级综合性工程训练中心“智能机器人”创新实践班西南科技大学大学生创新基金项目：CX16-025

随着社会的发展，科技在不断的进步，越来越多的先进技术开始运用到人们的生活中。为了能够获得更多的体验，近年来人们更注重具有全向系的设计。本文将会对基于STM32和pixy CMUcam5视觉传感器的双控制模式全向车进行设计，利用STM32 和pixy CMUcam5视觉传感器建立一个能增加交互体验的双控制模式全向车。