STM32 智能红外循迹小车（含码盘测速 + 避障）

基于 STM32F103C8T6，实现 红外循迹 + 超声波避障 + 编码器码盘测速 + PID 调速，是电子竞赛 / 课程设计 / 毕业设计的成熟方案。

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一、硬件系统框图

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          │  STM32F103   │
          │  (主控)       │
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                 │
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   │             │                  │
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│ TB6612 │    │ 红外循迹 │      │ 超声波 HC-SR04 │
│ 电机驱动│    │ 5路 TCRT5000│      │ 避障        │
└──┬──┘    └────┬────┘      └──────┬─────┘
   │             │                  │
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│  直流减速电机 + 霍尔/光电码盘        │
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二、硬件选型清单

模块	型号	说明
MCU	STM32F103C8T6	72MHz，资源丰富
电机驱动	TB6612 / DRV8833	双路直流电机
循迹	TCRT5000 × 5	黑线检测
避障	HC‑SR04	超声波测距
测速	霍尔/光电码盘	每路电机
电源	18650 × 2	7.4V → 5V/3.3V

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三、引脚分配（标准）

功能	引脚
左电机 PWM	PA8 / TIM1_CH1
右电机 PWM	PA9 / TIM1_CH2
左电机 DIR	PB12 / PB13
右电机 DIR	PB14 / PB15
左编码器 A/B	PA0 / PA1
右编码器 A/B	PB6 / PB7
红外循迹	PC0~PC4
超声波 Trig	PB8
超声波 Echo	PB9

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四、核心源码

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1、 电机 & PWM 驱动

void Motor_Init(void)
{
    __HAL_RCC_TIM1_CLK_ENABLE();
    TIM_OC_InitTypeDef sConfig = {0};

    htim1.Instance = TIM1;
    htim1.Init.Prescaler = 72 - 1;
    htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim1.Init.Period = 1000 - 1;
    HAL_TIM_PWM_Init(&htim1);

    sConfig.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    sConfig.Pulse = 0;
    sConfig.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfig, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfig, TIM_CHANNEL_2);
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_2);
}

void Motor_SetSpeed(uint8_t left, uint8_t right)
{
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, left);
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_2, right);
}

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2、 编码器码盘测速

volatile int32_t left_cnt = 0;
volatile int32_t right_cnt = 0;

void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if(htim->Instance == TIM2)
        left_cnt++;
    if(htim->Instance == TIM3)
        right_cnt++;
}
float Get_Speed(void)
{
    float speed = (abs(left_cnt) + abs(right_cnt)) / 2.0;
    left_cnt = right_cnt = 0;
    return speed;
}

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3、 红外循迹逻辑

uint8_t Track_Read(void)
{
    return (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_0) << 4) |
           (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_1) << 3) |
           (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_2) << 2) |
           (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_3) << 1) |
           (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_4));
}

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4、 超声波避障

float HCSR04_Read(void)
{
    uint32_t time = 0;
    HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO, TRIG_PIN, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(10);
    HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO, TRIG_PIN, GPIO_PIN_RESET);

    while(HAL_GPIO_ReadPin(ECHO_GPIO, ECHO_PIN) == GPIO_PIN_RESET);
    while(HAL_GPIO_ReadPin(ECHO_GPIO, ECHO_PIN) == GPIO_PIN_SET)
        time++;

    return time * 0.017;
}

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5、 PID 调速

typedef struct
{
    float Kp, Ki, Kd;
    float error, last_error, integral;
} PID_t;

float PID_Calc(PID_t *pid, float target, float feedback)
{
    pid->error = target - feedback;
    pid->integral += pid->error;
    float out = pid->Kp * pid->error +
                pid->Ki * pid->integral +
                pid->Kd * (pid->error - pid->last_error);
    pid->last_error = pid->error;
    return out;
}

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6、 主控制逻辑

void Car_Control(void)
{
    uint8_t track = Track_Read();
    float dist = HCSR04_Read();
    float speed = Get_Speed();

    if(dist < 20)   // 避障
    {
        Motor_SetSpeed(0, 0);
        return;
    }

    if(track == 0b00100)   // 直行
        Motor_SetSpeed(600, 600);
    else if(track == 0b01110) // 十字
        Motor_SetSpeed(600, 600);
    else if(track & 0b00011)  // 偏左
        Motor_SetSpeed(400, 700);
    else if(track & 0b11000)  // 偏右
        Motor_SetSpeed(700, 400);
}

参考代码 STM32智能红外循迹小车，包括完整码盘测速，蔽障，等功能 www.youwenfan.com/contentcst/182042.html

五、功能总结

红外 5 路循迹

超声波自动避障

编码器码盘测速

PID 闭环调速

差速转向

停车保护

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六、调试建议

问题	解决
跑偏	调整 PID 参数
循迹抖动	降低电机速度
测速不准	提高编码器采样频率
避障误判	多次滤波取平均值