基于STM32cubemx的电磁寻迹智能车

作为大一的小菜花，参加的校内智能车比赛结束了，今天为这段时间做做总结。

一.硬件部分

必需：STM32F103C6T6（或者STM32F103C8T6)，舵机（MG 996R），电机（TT马达 130电机），L298n驱动，电磁杆(可以自己制作)，干簧管，两节18650电池，基础四轮车模。

辅助：OLED，HC-05蓝牙模块。

二.软件部分

必需:ADC多路采集的DMA配置，定时器PWM波输出，普通GPIO口，滤波，归一化，差比和，PID算法。

辅助：OLED驱动，串口打印。

1.舵机

三根线：VCC,GND,信 线。 我们给VCC接的6V。信 线接相应PWM波输出口。

舵机调中值：可以使用编码器调节占空比，看舵机一共能够转动多少占空比的范围（注意！舵机不是可以360度旋转的）。然后取最中间的占空比输出给舵机。小菜花当时是设置的20ms为周期，Counter Period 设置的20000-1。

2.电机

开环控制两个电机：两个PWM波输出，四个普通GPIO口控制高低电平。

3.L298n驱动

可以自己去了解如何接线，这里推荐一篇小菜花看到的文章http://t.csdn.cn/Anzwy

4.干簧管

用于在终点处停车。话不多说，上链接https://share.weiyun.com/2m5eUtRv

5.电磁杆的电感值采集

我们组开始准备使用两个水平电感，两个竖直电感；但是最后由于种种原因，我们使用了两个水平电感，两个内八字电感。（最后我们环岛没有进，所以就只使用了两个水平电感完成了最基础的寻迹）。

ADC给四个电感 开了四路DMA采集 ，分别是A1,A2,A3,A4。

如果有条件可以在电磁杆中间使用第五路电感，就是小菜花开的A5(虽然我最后没有用到）。

还有两路ADC 是采集 两个干簧管的IO口 高低电平。

6.一些算法

软件滤波

滤波（Wave filtering）是将信 中特定波段频率滤除的操作，很大程度上保证了采集到的数据的稳定与真实，是抑制和防止干扰的一项重要措施。

这是参考的别的博主的一种滤波算法：  中位算数平均滤波 。  即结合了中位值滤波和算数平均值滤波的一种算法。

这一篇文章非常详细的讲了滤波http://t.csdn.cn/a8DbF

归一化

关于为什么要使用归一化：我看到的很多文章说使用归一化可以提高对不同赛道的适应性。我的理解是，在不同的赛道只用去测每一路电感的最大最小值就可以正常跑了，对于特殊元素的特征值不用再去测量。大大提高了对不同赛道的适应性。

归一化的定义：将数据映射到0-1范围之内处理，可以更快速便捷地观察数据。

归一化的公式：（X – Min) /  (Max – Min).

其中 X为某一路电感 滤波后的ADC值；Min / Max为某一路电感 滤波后ADC采集到的最小 / 大值。

可以进行适度放大（一般是放大100倍），使车能够更容易的根据电磁值判断路况。

差比和

电磁智能车 是根据电磁杆上电感 采集到的值判断路况，可以说电磁杆上的电感就是一辆电磁智能车的眼睛。差比和值能够让车更直观的判断路况。

差比和公式：（L-R）/（L+R）。差比和值范围0-1。

原理：当电感离中心磁感线越近，采集到的值就越大，反之越小。

所以当差比和值为负的时候，可以判断到车向左偏移了，为正则向右偏移了（公式里面的左右交换了则反之）。

小菜花给差比和值乘了100，这里的100可以自行修改，根据需要调整。

PID算法

小菜花采用的位置式PD控制舵机。

小菜花将差比和值乘100后（就是上段代码中的position)直接传给PD算法中作为误差error。

那么为什么可以这样呢，因为我把 差比和值为0作为目标，采集回来的差比和值作为实际值，那么误差error就是    实际值-目标值。   注意，我的目标值为0，所以error可以直接为采集回的差比和实际值。

然后就开始调P和D，如果P D调得好，车就跑得很丝滑。小菜花建议可以使用分段PD来调车，亲测有效！车跑起来确实丝滑。

PD算法返回的值传给

745是小菜花当时找到的舵机中值，PWMValue1可正可负，调节舵机可以左右转动。

7.特殊元素

十字路口

小菜花当时是用两路水平电感寻迹，到了十字路口也不会出现误判，能够正常行进。

三岔路口

当两路水平电感采集的归一化后的值  出现同时突然下降时，强制打角。

环岛检测

 小菜花是设置了三个标志位，到赛道上去采集阈值。当三个标志位都满足时，进行了强制打角（可以在此时切换为内八字电感寻迹，由内八电感的PD算法输出占空比拐弯进环岛。不推荐强制打角，会降低对不同赛道的适应性）。

然后用水平电感跑环岛。出环的时候检测两条磁感线重合的位置，到赛道测阈值，设置标志位，满足条件则强制直行，延时控制出环岛（依旧不推荐强制控制，但小菜花的能力有限，只能想到这个办法）。

出库

小菜花当时的思路是：开机就强制打角，延时控制直到出库，随后正常水平巡线。（所以出库函数只运行一遍！）

用了一个for循环（也可以不用，直接输出占空比）。for循环 使舵机打角时不会突然一下就转到相应角度，而是更加丝滑地转过去。

入库

干簧管经过终点磁铁，会由高电平变为低电平。因此，检测到干簧管的IO口有一个电平变化，标志位加一。在while循环里面标志位变为一的时候进行强制打角，延时控制入库，舵机转回中值，电机停止转动。