帮我写基于Stm32f103的寻迹小车项目设计说明书,并且包含核心模块代码,不少于3000字

一、 前言

寻迹小车是一种基于光电传感器的自动控制小车，它能够根据环境中的黑线和白线自动行驶。本项目基于Stm32f103芯片设计，通过搭载两个电机驱动模块和四个光电传感器，实现了寻迹小车的自动控制功能。

二、 硬件设计

1. 硬件连接

本设计采用了两个电机驱动模块，通过PWM信号控制电机的转速。同时，四个光电传感器采集环境中的反射光信号，检测出黑线和白线，从而实现寻迹小车的自动行驶。具体的硬件连接如下图所示：


2. 光电传感器

本设计采用了四个光电传感器，分别连接在PA0~PA3引脚上。当传感器检测到黑线时输出低电平，检测到白线时输出高电平。通过检测四个传感器的输出信号，寻迹小车能够自动调整行驶方向，从而实现自动寻迹的功能。

3. 电机驱动模块

本设计采用了两个电机驱动模块，分别连接在PB0~PB3和PB6~PB7引脚上。电机驱动模块能够通过PWM信号控制电机的转速和方向，从而实现小车的前进、后退、左转和右转等功能。

三、 软件设计

1. 系统初始化

在系统初始化阶段，需要对时钟、GPIO、定时器等进行初始化，从而为后续的程序运行打下基础。

void System_Init(void)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

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

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;

    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 2000 - 1;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);

    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);
    TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);
    TIM_OC3Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);
    TIM_OC4Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);

    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

2. 寻迹算法

寻迹小车的行驶方向是由光电传感器检测出的黑线和白线来控制的。本设计采用了基于PD控制算法的寻迹方法，通过对传感器输出信号的处理，计算出电机的PWM占空比，从而控制小车的行驶方向。

void Tracing_Control(void)
{
    int left = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0);
    int middle_left = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1);
    int middle_right = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_2);
    int right = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_3);

    int error = 0;
    int count = 0;

    if (left == 0) {
        error -= 3;
        count++;
    }
    if (middle_left == 0) {
        error -= 1;
        count++;
    }
    if (middle_right == 0) {
        error += 1;
        count++;
    }
    if (right == 0) {
        error += 3;
        count++;
    }

    if (count == 0) {
        return;
    }

    int deviation = error / count;

    int left_speed = 800 - deviation * 50;
    int right_speed = 800 + deviation * 50;

    if (left_speed < 0) {
        left_speed = 0;
    }
    if (left_speed > 2000) {
        left_speed = 2000;
    }
    if (right_speed < 0) {
        right_speed = 0;
    }
    if (right_speed > 2000) {
        right_speed = 2000;
    }

    TIM_SetCompare1(TIM3, left_speed);
    TIM_SetCompare2(TIM3, left_speed);
    TIM_SetCompare3(TIM3, right_speed);
    TIM_SetCompare4(TIM3, right_speed);
}

3. 主函数

在主函数中，首先进行系统初始化操作，然后进入循环中，不断调用寻迹算法，控制小车的行驶方向。

int main(void)
{
    System_Init();

    while (1) {
        Tracing_Control();
    }
}

四、 总结

本设计通过采用Stm32f103芯片，搭载光电传感器和电机驱动模块，实现了基于PD控制算法的寻迹小车。通过对传感器输出信号的处理，计算出电机的PWM占空比，从而控制小车的行驶方向。该设计具有简单可靠、成本低廉的优点，适用于初学者的电子设计实践。