单片机嵌入式硬件智能车电磁循迹模块化（差速舵机通用）

电磁循迹是最容易的循迹方式，因为大部分采集滤波等函数都是模块化的函数。但是像要控制的好确并不容易。我自己找代码参考的时候感觉有点乱，由于代码大部分与全局变量有关，顾前顾不到尾，单片机也不一样。这里我以模块化的方式带大家进入电磁循迹的世界，大家暂时不理解的话，可以直接复制我写的模块化函数，调用各自单片机的两个最重要的函数，即控制占空比的函数和采集电感值的函数就行。这也是电磁循迹的基础。整体其实不需要理解太多东西。先把现象做出来，车能动之后再考虑其他，这也是本文的内容。

我以stc32单片机函数为例，用的逐飞的库函数，将代码逐段讲解。

void pwm_duty(PWMCH_enum pwmch, uint32 duty)； uint16 adc_once(ADCN_enum adcn,ADCRES_enum resolution)

这俩是逐飞的模块化函数，和智能车有关的单片机，逐飞基本有库函数，大家调用很方便的。

循迹三电感，双电感随意，这里对五个电感进行处理

大可将其分成三个阶段，即采集最佳电感值->计算控制值->联系电感值与舵机或电机

以stc32为例子，给出下面代码。

获取电感值

for (i=0;i<10;i++){

AD_1[i] =adc_once(Port_L1,ADC_12BIT);

AD_2[i] =adc_once(Port_L2,ADC_12BIT);

AD_3[i] =adc_once(Port_L3,ADC_12BIT);

AD_4[i] =adc_once(Port_L4,ADC_12BIT);

AD_5[i] =adc_once(Port_L5,ADC_12BIT);

}//变量均已宏定义或定义，可以自己改名字，主要是思路

adc_once就是库函数，其他单片机类似，之后得到数组

滤波各自喜欢就好，这里可以不用理解原理，调用我的函数即可，这个函数移植是没有难度的

/**

* @brief 滑动平均滤波函数

* @param input输入 output输出 len数组长度 filter_len滤波长度

* @Usuage float input[],output[];

smooth_Data(input,output,5,3);

* @retval none

void smooth_Data(float *input, float *output, int len, int filter_len)//滑动平均

{

int i, j;

float sum;

for (i = 0; i < len; i++) {

sum = 0;

for (j = i; j > i - filter_len; j--) {

if (j >= 0) {

sum += input[j];

}

output[i] = sum / filter_len;

}

我们之后得到了五组电感数据滤波后的数组，但是电磁循迹选一个数据进行操作，怎么办呢？

这里有几种方法取平均，取中间任意项的平均和，取最大最小值的平均值，我这里才用去中间三个的平均值。

float find_best_value(float *arr, int len) //中间三项的平均值

{

int mid ; // 数组中间位置

float sum = 0; // 初始化总和为0

int i;

mid = len / 2;

// 计算中间三个数据的总和

for ( i = mid - 1; i <= mid + 1; i++) {

sum += arr[i];

}

// 计算平均值并返回

return sum / 3;

}

最佳电感值获取

#define Port_L1 ADC_P17 // L

#define Port_L2 ADC_P14// R

#define Port_L3 ADC_P16//M

#define Port_L4 ADC_P13//VL

#define Port_L5 ADC_P10//VR

#define SAMPLES 5

#define FILTER_LEN 3

float AD_L=0,AD_R=0,AD_M=0;

float AD_LV=0,AD_RV=0;

void smooth_Data(float *input, float *output, int len, int filter_len)//滑动平均

{

int i, j;

float sum;

for (i = 0; i < len; i++) {

sum = 0;

for (j = i; j > i - filter_len; j--) {

if (j >= 0) {

sum += input[j];

}

output[i] = sum / filter_len;

}

float find_best_value(float *arr, int len) //中间三项的平均值

{

int mid ; // 数组中间位置

float sum = 0; // 初始化总和为0

int i;

mid = len / 2;

// 计算中间三个数据的总和

for ( i = mid - 1; i <= mid + 1; i++) {

sum += arr[i];

}

// 计算平均值并返回

return sum / 3;

}

void Inductor_Smooth_Filter_Get_val()

{

int i;

float sensor_raw1[SAMPLES];

float sensor_raw2[SAMPLES];

float sensor_raw3[SAMPLES];

float sensor_raw4[SAMPLES];

float sensor_raw5[SAMPLES];

float filtered_value1[SAMPLES];

float filtered_value2[SAMPLES];

float filtered_value3[SAMPLES];

float filtered_value4[SAMPLES];

float filtered_value5[SAMPLES];

for (i=0;i

sensor_raw1[i] =adc_once(Port_L1,ADC_12BIT);

sensor_raw2[i] =adc_once(Port_L2,ADC_12BIT);

sensor_raw3[i] =adc_once(Port_L3,ADC_12BIT);

sensor_raw4[i] =adc_once(Port_L4,ADC_12BIT);

sensor_raw5[i] =adc_once(Port_L5,ADC_12BIT);

}

smooth_Data(sensor_raw1,filtered_value1,SAMPLES ,FILTER_LEN);

smooth_Data(sensor_raw2,filtered_value2,SAMPLES ,FILTER_LEN );

smooth_Data(sensor_raw3,filtered_value3,SAMPLES ,FILTER_LEN );

smooth_Data(sensor_raw4,filtered_value4,SAMPLES ,FILTER_LEN );

smooth_Data(sensor_raw5,filtered_value5,SAMPLES ,FILTER_LEN );

AD_L=find_best_value(filtered_value1,SAMPLES);

AD_R=find_best_value(filtered_value2,SAMPLES);

AD_M=find_best_value(filtered_value3,SAMPLES);

AD_LV=find_best_value(filtered_value4,SAMPLES);

AD_RV=find_best_value(filtered_value5,SAMPLES);

}

其实大部分学校都有祖传的滤波，这里列举我使用的一种滤波，符合自己的使用习惯就好。

这时我们可以得到用于循迹的电感值AD_L,AD_R,AD_AD_LV,AD_RV那么下一步就是与计算出控制值。

计算控制值

这里给出两个算法。

//三电感循迹算法计算的值左加右减

float Inductor_Fllow_Trail_Control_Val(float AD_input_L,float AD_input_R,float AD_input_M ,float P,float D)

{

static float last_error=0;

float error;

float output;

error=(AD_input_M-AD_input_L)/(AD_input_M+AD_input_L)-(AD_input_M-AD_input_R)/(AD_input_M+AD_input_R);

output=(P*error+D*(error-last_error));

last_error=error;

return output;

}

//双电感控制算法

float Inductor_Fllow_Trail_Control_Val_2(float AD_input_L,float AD_input_R,float P,float D)

{

static float last_error=0;

float error;

float output;

error=(AD_input_R-AD_input_L)/(AD_input_L+AD_input_R);

output=(P*error+D*(error-last_error));

last_error=error;

return output;

}

//这里可以定义三个变量Speed_L,Speed_R和一个Corret_val

//Corret_val=Inductor_Fllow_Trail_Control_Val_2(AD_L,AD_R,0.2,0.5);

//然后Speed_L+Corret_val;Speed_R=+Corret_val;之后给带入占空比函数就可以循迹了

//这样比较好移植

//下面会给出模块化的控制代码

之前算出的AD_L,AD_R,AD_M就有用武之地了，带入我的函数就可以用了。

控制差速或舵机

这里顺便给出我控制占空比的函数。调用的时候宏定义和函数如果不是stc32的话改以下就行了

注意左右是相对的，板子的引脚可能不一样但是，改宏定义改成我的CarForward函数效果就行

float Speed_Right,Speed_Left;

//电机

#define A_in_1 PWMA_CH4N_P17//右电机

#define A_in_2 PWMA_CH4P_P66

#define B_in_1 PWMA_CH1P_P60

#define B_in_2 PWMA_CH2P_P62

#define Steel_Port PWMB_CH2_P75//舵机

float I_Kp=0.5,I_Kd=0.5;

void Motor_B_RUN(uint8 commond, uint32 MotorDuty1)//左

{

if(MotorDuty1>=8000)

{

MotorDuty1=8000;

}

if(commond==2)//commond =2 反转

{

pwm_duty(B_in_1,MotorDuty1); //引脚

pwm_duty(B_in_2,0); //引脚

}

else if(commond==1)//commond =1 正转转

{

pwm_duty(B_in_1,0); //引脚

pwm_duty(B_in_2, MotorDuty1); //引脚

}

void Motor_A_RUN(uint8 commond, uint32 MotorDuty2)//右

{

if(MotorDuty2>=8000)MotorDuty2=8000;

if(commond==2)//commond =2 反转

{

pwm_duty(A_in_1,0);

pwm_duty(A_in_2,MotorDuty2);

}

else if(commond==1)//commond =1 正转

{

pwm_duty(A_in_1,MotorDuty2);

pwm_duty(A_in_2, 0);

}

//CarForward(speedL,speedR);

void CarForward(int16 A_duty,int16 B_duty)

{

if(A_duty>=0)Motor_A_RUN(1,A_duty);//output

else if(A_duty<=0)Motor_A_RUN(2,-A_duty);

if(B_duty>=0)Motor_B_RUN(1,B_duty);

else if(B_duty<=0)Motor_B_RUN(2,-B_duty);

}

float Mid_Steer_val=10.0;//随便给的值，我用的是差速

void Fllow_Trail_Done(float Vl0,float Vr0)

{

float Inductance_Control_val=0;

float Correct_Val;

Inductance_Control_val=Inductor_Fllow_Trail_Control_Val_2(AD_L,AD_R,I_Kp,I_Kd);//横双电感循迹

Correct_Val=Inductance_Control_val;

//差速循迹

Speed_Right=Vr0-Correct_Val;

Speed_Left=Vl0+Correct_Val;

CarForward(Speed_Left,Speed_Right);

//舵机循迹

pwm_duty(Steel_Port ,Mid_Steer_val-Correct_Val);//减还是加可以测以下，我的并不一定准确

//上舵机试一下，反了就改成pwm_duty(Steel_Port ,Mid_Steer_val+Correct_Val);

}

整体代码框架就是先初始化，逐飞的库函数里面基本都有，之后你先写一个控制速度的函数，其实也不用写，就是直接调用那个占空比控制的函数。我只是写出函数方便嵌套调用罢了。

下面给出主函数

#define Port_L1 ADC_P17 // L

#define Port_L2 ADC_P14// R

#define Port_L3 ADC_P16//M

#define Port_L4 ADC_P13//VL

#define Port_L5 ADC_P10//VR

#define A_in_1 PWMA_CH4N_P17//右电机

#define A_in_2 PWMA_CH4P_P66

#define B_in_1 PWMA_CH1P_P60

#define B_in_2 PWMA_CH2P_P62

#define Steel_Port PWMB_CH2_P75//舵机

void All_Init()

{

//18TFT初始化

lcd_init();

//驱动初始化

pwm_init(A_in_1, 17000, 0); pwm_init(A_in_2, 17000, 0);

pwm_init(B_in_1, 17000, 0); pwm_init(B_in_2, 17000, 0);

//电感采集初始化

adc_init(Port_L1,ADC_SYSclk_DIV_2);//AD_L

adc_init(Port_L2,ADC_SYSclk_DIV_2);//AD_R

adc_init(Port_L3,ADC_SYSclk_DIV_2);//AD_M

adc_init(Port_L4,ADC_SYSclk_DIV_2);

adc_init(Port_L5,ADC_SYSclk_DIV_2);

}

float I_Kp=0.5,I_Kd=0.5;//调节参数即可

void main()

{

EA=0;

board_init();

All_Init(); //bee=0;

EA=1;

//注意多重调用

while(1)

{

Inductor_Smooth_Filter_Get_val()；

Fllow_Trail_Done(2000,2000);

}

之后其实就是调参的过程，调代码的时候注意要再.h里面声明以下，不然调用不了，然后float I_Kp=0.5,I_Kd=0.5;变量记得再电感处理的那个文件里面声明。这就是基本的电磁循迹函数了，大家可以在此基础上再加点东西

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参考文章

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