「RISC-V单片机中文社区」一辆RISC-V MCU极速四轮驱动智能车诞生了

塞巴斯蒂安 · 发表于 2022-6-1 22:20:54

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本帖最后由塞巴斯蒂安于 2022-6-3 14:39 编辑

一、项目概述

这个项目是制作一辆由PWM波控制轮速，用光电传感器检测信号来实现转弯的四轮驱动小车 :

RISC-Vduino DUE开发板教程-「RISC-V单片机中文社区」一辆RISC-V MCU极速四轮驱动智能车诞生了risc-v单片机中文社区(1)

比赛赛道

如图所示，小车放到中央，当两个光电传感器检测都为白色时，左右两侧都正转，小车直走；当左侧传感器检测到黑线时，即小车右偏或即将左转，左侧两轮反转，右侧两轮正转，达到向左转弯的目的；反之，当右侧传感器检测到黑线时，右轮反转，左轮正转，小车向右转。
https://www.bilibili.com/video/BV1594y1m77G?share_source=copy_web

二、硬件设计

此辆车由两块板子负责运行，一块负责电源输入与电机驱动，另一块为负责控制的CH32V307VCT6型号主板。

主板正：

RISC-Vduino DUE开发板教程-「RISC-V单片机中文社区」一辆RISC-V MCU极速四轮驱动智能车诞生了risc-v单片机中文社区(2)

主板反：

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电机驱动板：

RISC-Vduino DUE开发板教程-「RISC-V单片机中文社区」一辆RISC-V MCU极速四轮驱动智能车诞生了risc-v单片机中文社区(4)

此驱动为电机驱动，由于此主板不方便直接给电机驱动，因此我们需要另一块板子用来驱动，将主板中电机驱动管脚与驱动板中与之对应的管脚相连。

将杜邦线焊到电机后，通过参考引线分配手册，我们将每个轮子对应的管脚分为：
左前轮——PD15，PD14（对应驱动板P67 P66）
左后轮——PD13，PD12（对应驱动板P65 P64）
右前轮——PA1 ，PA0（对应驱动板P63 P62）
右后轮——PA3 ，PA2（对应驱动板P61 P60）

传感器为光电传感器，我们用两个光电传感器来接收赛道信息，对应管脚为：
左——PC11
右——PC8

RISC-Vduino DUE开发板教程-「RISC-V单片机中文社区」一辆RISC-V MCU极速四轮驱动智能车诞生了risc-v单片机中文社区(5)

用杜邦线连接:

RISC-Vduino DUE开发板教程-「RISC-V单片机中文社区」一辆RISC-V MCU极速四轮驱动智能车诞生了risc-v单片机中文社区(6)

由于电池只给主板供电，我们从电机驱动板跳线到主板上给主板供电：

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整体布局

三、软件设计

本项目主要通过定时器产生PWM输出，根据光电传感器采集数据来控制电机，实现小车循迹。本项目主要由两个配置文件和一个主函数组成，photoelectricity，motor，main。

1.传感器使用
photoelectricity.h文件

#ifndef HARDWARE_PHOTOELECTRICITY_PHOTOELECTRICITY_H_
#define HARDWARE_PHOTOELECTRICITY_PHOTOELECTRICITY_H_
#include "ch32v30x_conf.h"
void PHOTOELECTRICITY_GPIOCInit (void); //初始化光电传感器
void detect(); //检测
#endif /* HARDWARE_PHOTOELECTRICITY_PHOTOELECTRICITY_H_ */

复制代码

photoelectricity.h 文件是函数的声明，对光电传感器的初始化与检测的配置函数进行声明

photoelectricity.c文件

#include "photoelectricity.h"
u16 detectC11 ,detectC8 ,detectend;//用来存放PC11，PC8，以及最后检测出来的结果
void PHOTOELECTRICITY_GPIOCInit (void) //初始化光电传感器
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; //定义结构体，光电传感器 PC8、PC11
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);//使能PC管脚
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_11; //配置GPIO引脚为8和11
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //配置GPIO模式为高阻输入
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;/配置GPIO口输出速度为50MHz
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct); //调用库函数，初始化GPIO
}
void detect() //检测
{
if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_11)==Bit_SET) //如果PC11检测到高电平，则detectC11 = 1
{
detectC11=1;
}
else //如果PC11检测到低电平，则detectC11 = 0
{
detectC11=0;
}
if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_8)==Bit_SET) //如果PC8检测到高电平，则detectC8 = 1
{
detectC8=1;
}
else//如果PC8检测到低电平，则detectC8 = 0
{
detectC8=0;
}
detectend=detectC11*10+detectC8; //排列顺序为PC11、PC8 对每个传感器输出信号进行排列
}

复制代码

2.电机驱动模块
moter.h文件

#ifndef HARDWARE_MOTOR_MOTER_H_
#define HARDWARE_MOTOR_MOTER_H_
#include "ch32v30x_conf.h"
void Motor_Left_Init(u16 arr,u16 psc);
void Motor_Right_Init(u16 arr,u16 psc);
void straight(); //直走
void stop(); //停止
void left(); //左转
void right(); //右转
#endif /* HARDWARE_MOTOR_MOTER_H_ */

复制代码

moter.c文件

#include "moter.h"
void Motor_Left_Init(u16 arr,u16 psc) // PD12 PD13 PD14 PD15
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE); //使能定时器4时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); //使能GPIO外设和AFIO复用功能模块时钟
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_TIM4,ENABLE); //开重映射功能
//设置该引脚为复用输出功能,输出TIM4 CH2 \ TIM4 CH4的PWM脉冲波形 GPIOD.13 和 GPIOD.15
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12 | GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_TIM4, ENABLE); //Timer4代替函数映射 TIM4_CH4->PD15
//初始化TIM4
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr - 1; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
//初始化TIM4 Channel4 PWM1模式
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low; //输出极性:TIM输出比较极性低
TIM_OC1Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure); //根据T指定的参数初始化外设TIM4 OC1 PD12
TIM_OC2Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure); //根据T指定的参数初始化外设TIM4 OC2 PD13
TIM_OC3Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure); //根据T指定的参数初始化外设TIM4 OC3 PD14
TIM_OC4Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure); //根据T指定的参数初始化外设TIM4 OC4 PD15
TIM_OC1PreloadConfig(TIM4, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM4在CCR1上的预装载寄存器
TIM_OC2PreloadConfig(TIM4, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM4在CCR2上的预装载寄存器
TIM_OC3PreloadConfig(TIM4, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM4在CCR3上的预装载寄存器
TIM_OC4PreloadConfig(TIM4, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM4在CCR4上的预装载寄存器
TIM_Cmd(TIM4, ENABLE); //使能TIM4
}
void Motor_Right_Init(u16 arr,u16 psc) // PA0 PA1 PA2 PA3
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); //使能定时器2时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); //使能GPIO外设和AFIO复用功能模块时钟
//设置该引脚为复用输出功能,输出TIM2 CH2 \ TIM2 CH4的PWM脉冲波形 GPIOA.1 和 GPIOA.3
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO
//初始化TIM2
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr - 1; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIM2的时间基数单位
//初始化TIM2 Channel2 Channel4 PWM1模式
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low; //输出极性:TIM输出比较极性低
TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); //根据T指定的参数初始化外设TIM2 OC1 PA0
TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); //根据T指定的参数初始化外设TIM2 OC2 PA1
TIM_OC3Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); //根据T指定的参数初始化外设TIM2 OC3 PA2
TIM_OC4Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); //根据T指定的参数初始化外设TIM2 OC4 PA3
TIM_OC1PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM2在CCR1上的预装载寄存器
TIM_OC2PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM2在CCR2上的预装载寄存器
TIM_OC3PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM2在CCR3上的预装载寄存器
TIM_OC4PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM2在CCR4上的预装载寄存器
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); //使能TIM4
}
void straight() //直走
{
TIM_SetCompare1(TIM2,0); //将占空比调整至 0/800 PA0
TIM_SetCompare2(TIM2,600); //将占空比调整至 600/800 PA1
TIM_SetCompare3(TIM2,0); //将占空比调整至 0/800 PA2
TIM_SetCompare4(TIM2,600); //将占空比调整至 600/800 PA3
TIM_SetCompare1(TIM4,0); //将占空比调整至0/800
TIM_SetCompare2(TIM4,600); //将占空比调整至600/800
TIM_SetCompare3(TIM4,0); //将占空比调整至600/800
TIM_SetCompare4(TIM4,600); //将占空比调整至0/800
}
void stop() //停止
{
TIM_SetCompare1(TIM2,0);
TIM_SetCompare2(TIM2,0);
TIM_SetCompare3(TIM2,0);
TIM_SetCompare4(TIM2,0);
TIM_SetCompare1(TIM4,0);
TIM_SetCompare2(TIM4,0);
TIM_SetCompare3(TIM4,0);
TIM_SetCompare4(TIM4,0);
}
void left() //左转，右边轮正转，左边轮反转
{
TIM_SetCompare1(TIM2,0);
TIM_SetCompare2(TIM2,799);
TIM_SetCompare3(TIM2,0);
TIM_SetCompare4(TIM2,799);
TIM_SetCompare1(TIM4,799);
TIM_SetCompare2(TIM4,0);
TIM_SetCompare3(TIM4,799);
TIM_SetCompare4(TIM4,0);
}
void right() //右转，左边轮正转，右边轮反转
{
TIM_SetCompare1(TIM2,799);
TIM_SetCompare2(TIM2,0);
TIM_SetCompare3(TIM2,799);
TIM_SetCompare4(TIM2,0);
TIM_SetCompare1(TIM4,0);
TIM_SetCompare2(TIM4,799);
TIM_SetCompare3(TIM4,0);
TIM_SetCompare4(TIM4,799);
}

复制代码

3.主函数 main.c

#include "debug.h"
#include "ch32v30x_conf.h"
/* Global typedef */
extern u16 detectend;//引用其他头文件中的变量需申明
/* Global Variable */
u16 detectendold;
/*********************************************************************
* @fn main
*
* @brief Main program.
*
* @return none
*/
int main(void)
{
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
Delay_Init(); //延时器初始化
USART_Printf_Init(115200);
printf("SystemClk:%d\r\n",SystemCoreClock);
printf("This is print example\r\n");
PHOTOELECTRICITY_GPIOCInit ();//初始化光电传感器
Motor_Left_Init(800, 0); //初始化PWM 不分频频率为8M/800=10khz
Motor_Right_Init(800, 0); //初始化PWM 不分频频率为8M/800=10khz
while(1)
{
detect();
if (detectend != detectendold) //如果检测到的情况与上一次相同，不进入循环
{
switch (detectend)
{
case 10:left(); break;//左边传感器检测到黑线，左转
case 1:right();break;//右边传感器检测到黑线，右转
case 0:straight();break;//没检测到黑线，直走
case 11:stop();break;//全检测到黑线，停止
default:detectend = 11;break; // 凡没考虑到的情况皆STOP
}
detectendold = detectend;
}
}
}

复制代码

4、参考资料
芯片主板各程序示例：https://www.RISC-V1.com/thread-1629-1-1.html（CH32V307VCT6）.
原理图—最小系统核心板：https://www.risc-v1.com/thread-2552-1-1.html
（CH32V307VCT6）应用手册数据手册编辑手册
https://www.risc-v1.com/thread-1890-1-1.html

5、操作步骤
第一步、将四个电机按照合适位置摆放，用螺丝拧紧，焊上杜邦线，将线的另一端接入四个电机的插座。装好两块板子与电池，按硬件设计部分将杜邦线连接完整。
第二步、用数据连接线连接电脑与主板，在MounRiver Studio软件中写好代码，将其烧入。
第三步、接通电池，通过调试代码中void straight() 、void left()、void right()PWM占空比数值（如 TIM_SetCompare1(TIM2,799)，如799表示为（799+1）/800全速100%），调整小车速度，最终能顺利跑完赛道即可。

将小车插上电源，放入赛道，他自个儿会跑。