STM32F103VC小车寻迹

针对使用STM32F103VC微控制器实现小车寻迹功能，以下是分步解决方案：

一、硬件设计

传感器模块
- 推荐使用4-5路TCRT5000红外传感器（或灰度传感器）
- 安装间距：15-20mm（根据实际路径宽度调整）
- 连接方式：DOUT引脚接STM32 GPIO（PA0-PA4）
电机驱动
- 推荐L298N或TB6612电机驱动模块
- 连接方式：
  - PWM控制引脚：TIM2_CH1/CH2（PA0/PA1）
  - 方向控制：PC0-PC3（IN1-IN4）
电源系统
- 7.4V锂电池供电（电机驱动）
- LM2596降压至5V（传感器）
- AMS1117-3.3V（STM32供电）

二、软件实现

1. GPIO初始化（传感器）

void Sensor_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

2. PWM初始化（电机控制）

void PWM_Init(uint16_t arr, uint16_t psc)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStruct;
    TIM_OCInitTypeDef OC_InitStruct;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // 配置PA0(通道1)和PA1(通道2)为复用推挽输出
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    // 定时器基础配置
    TIM_InitStruct.TIM_Period = arr;
    TIM_InitStruct.TIM_Prescaler = psc;
    TIM_InitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_InitStruct);

    // PWM模式配置
    OC_InitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    OC_InitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    OC_InitStruct.TIM_Pulse = 0;
    OC_InitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;

    TIM_OC1Init(TIM2, &OC_InitStruct);
    TIM_OC2Init(TIM2, &OC_InitStruct);

    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

3. 核心控制算法（PID调节）

#define KP  40.0f
#define KD  15.0f

int last_error = 0;

int Calculate_PID(int current_error)
{
    int derivative = current_error - last_error;
    int output = KP * current_error + KD * derivative;
    last_error = current_error;
    return output;
}

void Motor_Control(int pid_output)
{
    int left_speed = 2000 + pid_output;  // 基础PWM值2000（需校准）
    int right_speed = 2000 - pid_output;

    // 限幅处理
    left_speed = (left_speed > 3999) ? 3999 : (left_speed < 0) ? 0 : left_speed;
    right_speed = (right_speed > 3999) ? 3999 : (right_speed < 0) ? 0 : right_speed;

    TIM_SetCompare1(TIM2, left_speed);   // 左电机
    TIM_SetCompare2(TIM2, right_speed);  // 右电机
}

4. 主控制逻辑

int main(void)
{
    Sensor_Init();
    PWM_Init(3999, 71);  // 72MHz/(71+1)=1MHz，50Hz PWM

    while(1)
    {
        // 读取传感器状态（二进制编码）
        uint8_t sensor_state = GPIO_ReadInputData(GPIOA) & 0x1F;

        // 路径误差计算
        int error = 0;
        switch(sensor_state){
            case 0b00011: error = -2; break;
            case 0b00111: error = -1; break;
            case 0b00110: error = 0; break;
            case 0b11100: error = 1; break;
            case 0b11000: error = 2; break;
            default: error = last_error;  // 丢失路径时保持上次误差
        }

        // PID计算并控制电机
        int pid = Calculate_PID(error);
        Motor_Control(pid);

        Delay_ms(10);  // 10ms控制周期
    }
}