stm32小车运动程序

### STM32 控制小车运动程序示例

对于基于STM32的小车控制系统，通常涉及多个模块协同工作来完成特定的任务。下面提供了一个简单的例子，展示了如何利用PID控制算法使小车沿直线行驶并保持稳定的速度。

#### 初始化硬件资源
首先，在编写任何用于移动车辆的应用之前，必须初始化必要的外设接口，比如定时器、PWM输出以及编码器输入等。这些设置允许处理器通过调整电机速度来响应环境变化或内部状态的变化[^1]。

void Hardware_Init(void){
    // 配置GPIO端口模式为推挽输出, 用于驱动电机方向信号线.
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, IN1_Pin|IN2_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    
    // 设置TIM3 PWM通道配置参数
    TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;
    htim3.Instance = TIM3;
    htim3.Init.Prescaler = 79;      /* Prescaler value */
    htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim3.Init.Period = 999;        /* Auto-reload value */  
    ...
}

#### 实现基本的前进/停止逻辑
接下来定义一些基础函数用来改变轮子的方向和设定转速百分比。这里假设使用两个直流马达分别安装于车身两侧，并且可以通过修改占空比的方式来调节各自的工作效率。

// 定义全局变量存储当前期望的目标速度 (单位:%)
float target_speed_left  = 0.0f;
float target_speed_right = 0.0f;

/**
 * @brief 启动左侧电机正向旋转
 * @param speed [-100~+100]%
 */
void StartLeftMotor(float speed){
    if(speed >= 0){
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, IN1_Pin, RESET);   
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, IN2_Pin, SET);     
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3,TIM_CHANNEL_1,(uint32_t)(speed*PWM_MAX_DUTY));
    }else{
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, IN1_Pin, SET);      
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, IN2_Pin, RESET);    
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3,TIM_CHANNEL_1,-(int32_t)speed*(PWM_MAX_DUTY)); 
    }
}

/* 类似地可以创建其他辅助方法如StopMotors(), TurnRight()...*/

#### 应用PID控制器优化轨迹跟踪性能
为了提高路径跟随精度，可以在软件层面上引入比例积分微分(PID)反馈机制。该策略能够动态计算误差项并与历史累积量相结合从而得出最优解以纠正偏差现象的发生。

#define Kp 1.2f       /*!< Proportional gain */
#define Ki 0.05f      /*!< Integral gain     */
#define Kd 0.5f       /*!< Derivative gain   */

typedef struct {
    float prev_error;
    float integral;
} pid_controller_t;

pid_controller_t left_pid_ctrl={0},right_pid_ctrl={0};

float Compute_PID(pid_controller_t *ctrl,float setpoint,float measured_value){
    static float derivative=0,delta_time=0.01f;
    float error=setpoint-measured_value;
    
    ctrl->integral+=error*Ki*delta_time;
    derivative=(error-ctrl->prev_error)/delta_time;
    ctrl->prev_error=error;
    
    return(error*Kp)+ctrl->integral+(derivative*Kd);
}

最后一步就是周期性调用上述APIs组合成完整的循环体结构，不断读取传感器数据更新位置信息并通过执行相应的动作指令让机器人按照预定路线平稳前行了。