基于STM32F103RCT6的电脑鼠控制系统方案解析

本设计中由于迷宫墙壁之间距离16.8cm(单元格18cm.墙壁厚度1.2cm)，而电脑鼠的宽度一般为10cm左右，车体距两边墙体的距离只有3cm左右，所以正左方和正右方发射频率选择为33kHz，左前方和右前方发射35kHz，正前方距离最远，发射频率为38kHz。具体如图3所示。

本设计进行了硬件电路改进，由STM32定时器输出三路PWM信号，每两组红外发射管共用一路PWM信号，遇到障碍物后返回，红外接收管进行信号采集，通过选频放大器对有用信号进行放大处理，送入STM32的12位逐次逼近型AD转换器。由于整流滤波有延时，所以此处采用交流采样，ADC在最高速采样的时候需要1.5十12.5个ADC周期，在14M的ADC时钟下达到1Msps的速度。红外测距电路如图4所示，当接收管接收到红外线，D2导通，并且反射越强，D2阻值越小，没有收到红外线时，D2阻值无穷大，相当于截止;R3和R4两个10K电阻提供2.5V的直流偏置。

3 软件系统设计

软件模块是系统的重要组成部分，电脑鼠通过红外检测获取周围信息，完成前进、转弯、冲刺、停止等基本动作，此外还要通过以获取信息实现最优路径的搜寻并完成最后的冲刺。本设计才用模块化设计，通过主程序调用各个功能子程序，主程序流程图和中断流程图如图5(a)(b)所示。

4 实验验证及分析

(1)红外传感器测距系统中使用基于选频网络的放大设计，由于电阻电容选用国标，无法使中心频率恰好落在38kHz，双T选频网络中心频率f0=1/2πRC，选择R/C=10k/430pF，f0=37kHz，用multisim仿真出的幅频特性如图6所示，搭建硬件实验电路，中心频率并未落在37kHz而是30kHz，减小RC值多次试验，当R/C=9.1k/430pF，中心频率落在38kHz。

(2)迷宫墙壁由空心的白色塑料做成，有很大一部分红外光发生透射，加之日光影响，因此如法给发射管套用黑色外管，减少外界干扰;由ARM微处理器产生PWM信号送人红外发射管，接收管接收经过调制的红外信号;用三极管实现电平转换，调节电位器增加发射功率，使信号调整放大到A/D转换的最佳量程范围内，获得期望的处理精度。通过实验多次测量，得到一组红外测量距离与输出电压的数据，以障碍物距离S为横坐标，选频放大后的电压值U为纵坐标，用matlab绘制曲线，电压值与距离关系式为U=0.1195+4.5962*S-1，如图7所示。

(4)利用STM32定时器功能，通过软件编程调制出需要的PWM信号，以此控制电机、发射红外，图8是Timer4的CH1通道输出频率为38kHz，占空比为30%的PWM信号。

5 结束语

本文设计了基于STM32F103RCT6的电脑鼠控制系统，在matlab、muhisim仿真基础上，确定了选频网络的RC参数，并通过实验得到距离与电压值的关系图，体现了对称RC双T网络良好的选频特性;电机及驱动模块选用效率高、响应快的空心杯直流电机。经试验验证，该设计方案可以满足系统要求。