基于stm32的智能隐身小车的设计_干子路

为了测量准确，小车采用多次测量的 方式来提升准确率，其每次测量后的结果 都存储在相应的数组里面。红色的结果存 进 Red_Stock[ ][ ]，蓝色的结果存进 Blue_ Stock[ ][ ]，然后绿的结果存进 Green_Stock[ ][ ] 里面。（数组的第一个“[ ]”代表传感器 的号码，有 0,1,2 三个数字，用于区分到底 是三个传感器中的哪一个测得的结果，第 二个“[ ]”代表那个传感器测量的结果数 量，每次存储的时候会先将所有旧的数据 向后挪一位，抛弃最后的一位数据，然后 将最新的结果存在 [0] 里面）
（4）为保证在调试途中不会接错线， 不伤到开发板，小车上除接在 L298N 上的 6 根杜邦线以外没有使用杜邦线。其余线 全部都焊接在两个双列的插排上，插排再 插在开发板的插针上。这样，若想将开发 板用于其他项目上，只需拔掉两个插排即 可。以后再使用时也可马上安装回去。使 用插排的方式比插成堆的杜邦线要更可 靠，更安全。另外还发现，这种安装方式所 占用的高度比用杜邦所占用的高度要低， 因此能够进一步降低小车的高度。这一点 特别适合隐身小车这种需要尽量压低车 身，减少被看到无法变色的部位的情况。
2 系统硬件设计 如图 2 所示的是隐身小车的整体硬
件示意图。 在制作隐身小车的时候考虑到变色
所要求的亮度，发光角度，以及像素之后， 放弃了使用市面上常见的三基色 LED 8*8 点阵模块的想法，转而手工制作了三基色 LED 灯板。本次使用的是一个个独立、直 插的三基色 LED 所组成的阵列，因为手工 直插的三基色 LED 在焊接完成之后能够 通过弯曲引脚来改变发光方向，故能够增 加灯板的发光角度，使灯罩能够更均匀的 被照亮。由于三个 TCS3200 颜色传感器模 块只能得到三个颜色值，相当于只有三个 像素的照相机，而且由于灯罩的覆盖，高 密度的像素就失去了意义，因此就没有使 用点阵模块。还有，减少了 LED 总数这一 点也使得小车发光所消耗的能量得到了 抑制。
6 结论 隐身小车实现了一边移动一边根据
地表颜色及环境亮度变色，且能够实现简 单的避障功能。虽然传感器的特性，三基 色 LED 本身的偏色，以及乳白色的灯罩 都影响了光的颜色的准确性，但是对于蓝 色及红色的反应比较良好，显示效果较为 满意。感到特别可惜的一点是它不能发出 深颜色，如咖啡色，深蓝，暗红色等，这是 由于乳白色的灯罩及三基色 LED 的变色 范围有限共同造成的。若采用功率更大的 LED 和更薄的黑色薄膜应该能够实现此
避障所使用的传感器是碰撞开关，总 共六路，安装在小车周围的正前，右前，左 前，右，左，和正后方处，在小车的灯罩边 缘处，藏在灯罩内侧。这样的安装方式有 利于保护传感器和隐藏不能够变色的部 位。这种方式同时能够扩大碰撞开关的感 应区域（即当小车碰撞的地方处在两个碰 撞传感器之间的区域也能感应到，因为灯 罩会先与障碍物发生碰撞动弹，烧毁电 机的现象。
图 3 TCS3200 颜色传感器的颜色测 量过程
在得到原始的颜色数据之后就需要 做各种运算处理方能转换成驱动三基色 LED 的 PWM 波 的 占 空 比。具 体 流 程 如 下 ：首先从 Red_Stock[ ][ ]，Blue_Stock[ ][ ]，Green_Stock[ ][ ] 计算出平均值 avgRed[ ]，avgBlue[ ]，avgGreen[ ]。由于传感器的 测 量 结 果 会 因 光 源 而 受 影 响，因 此 要 对 avgRed[ ]，avgBlue[ ]，avgGreen[ ] 做白平 衡 处 理，得 到 red[ ]，blue[ ]，green[ ]。此 时的数据就很接近人眼实际看到的颜色 了，可以将数据输进电脑自带的画图软件 的颜色选择器里面来查看传感器所测得 的颜色。得到的颜色仅仅是传感器在固定 光照的条件下测得的，因此还不能拿来当 迷彩用的颜色。接下来首先做一下溢出处 理，将 red[ ]，blue[ ]，green[ ] 限制在 0 至
最后只需用 PWM 波控制三基色 LED 的各个颜色的亮度就可以发出与地面颜 色相近的颜色。
4 隐身小车的创新设计 （1）利用三基色 LED 发出与地表相似
的颜色的光来做到类似变色龙的迷彩伪 装功能。这个功能是以往机器人小车所不 具备的功能。
（2）在设计时考虑到直接发出的光线 会比较刺眼，显得突出，因此安装了 LED 灯罩用于使各颜色的光充分混合均匀，消 除刺眼的感觉，更容易实现隐身的作用 。
（3）考虑到小车移动时不能让人看到 不能变色的部位（如轮胎，电池等），特意 将小车车身做的比较低。同时将所有传感 器都安装在了灯罩内，使得传感器在小车 运行过程中得到了保护，又使颜色传感器 几乎不会受到外界光线的干扰，碰撞传感 器也由于灯罩的存在而消除了感应死区 （即传感器无法感应到的区域。灯罩在任 意方向上的碰撞均会引起灯罩的形变，从 而触发碰撞传感器的开关）。
（5）由于隐身小车本身会发光，却需
要通过测量环境的光线而改变自身发光 的亮度，这两点本身是矛盾的，因此在未 采取任何措施的时候，经常会在黑暗的环 境下出现 LED 灯一闪一闪发光的情况。但 是通过对光敏电阻采取限制外部光线的 照射角度（在光敏电阻周围包上一层黑色 热缩管），以及设定最低亮度，这两个措施 解决了这个问题。
5 评测 为调整 TCS3200 颜色传感器的白平
衡，本人采用了经典的调试方法，即将传 感器放置在白纸上，通过 debug 模式查看 它所得到的原始 RGB 值，将其定为白平 衡的数值。由于照明用的光源及亮度是固 定不变的，虽然环境的光线会稍微影响到 颜色测量的准确性，但是通过实际测试发 现其影响微乎其微。
【文章摘要】 隐身小车通过颜色传感器 TCS3200
测 量 小 车 所 接 触 的 地 表 颜 色，通 过 STM32F407 的处理，由 PWM 波控制其身 上的三基色 LED 的颜色，使其再现出 来，从而改变外表的颜色来模仿变色龙 的伪装能力，进而实现隐身的目的。
【关键词】 STM32 ；TCS3200 ；变色 ；隐身
512 之间，然后用光敏电阻测得的外界平 均 亮 度 值 来 抑 制 red[ ]，blue[ ]，green[ ] 的数值，降低亮度，以免发出的光在环境 里面显得过于突出。
在发出 PWM 波之前还需要做的一步 是对三基色 LED 的偏色进行修正。由于 三基色 LED 上的红，绿，蓝三个颜色并不 是特别纯正，且每个 LED 之间又会有些 偏差，使发出的颜色跟要求的颜色不太一 样，因此需要做一些修正。修正过程比较 简单，首先假设三基色 LED 的红，绿，蓝都 由标准的红，绿，蓝混合而成（例如 LED 发 出的红色由大量的标准红和少量的标准 绿和标准蓝组成）。这样就会得到一个 3*3 的矩阵（行表示为发出标准色所需要的三 基色 LED 颜色的比例，列表示三基色 LED 的一个颜色在标准色里面所占的比例）。 通过计算矩阵里的三个三元一次方程就 可得到真正要发出的 PWM 波的占空比。
【关键词】 晶闸管 ；LED ；电磁调速
0 引言 电磁调速技术是通过电磁调速电动
机实现调速的技术。电磁调速电动机 ( 又 称滑差电机 ) 由三相异步电动机、电磁转 差离合器和测速发电机组成。电磁调速控 制器通过调节滑差离合器的励磁电流，改 变其内部磁场来实现。
图 1 隐身小车工作原理图
正处理和光敏电阻测得的亮度值共同得 出三基色 LED 红，绿，蓝三个颜色通道的 PWM 占空比数值。最后输出 PWM 波至相 应的颜色通道就可以控制三基色 LED 的 颜 色 以 及 亮 度 了。由 于 隐 身 小 车 有 三 个 TCS3200 颜色传感器和三片三基色 LED 灯板（每一片 LED 灯板上有 32 个三基色 LED，每个红色，绿色，和蓝色通道相应的 并联在一起，因此一片 LED 灯版只需三路 PWM 波控制），因此当隐身小车在跨越不 同颜色的地面的交界处时能够只更改身 体的一部分颜色而不改变全身的颜色，提 高了隐蔽性能。
电子制作 019
电子科技 Electronics Technology
数字式电磁调速控制器 的硬件设计
殷初鑫 邓玉良 江苏省金坛中等专业学校 江苏金坛 213200
滤波电容选择 ：耐压值设计由于交 流变压器输出电压为 9V，最大值输出为 9×1.414 ＝ 12.73V，考虑电压余量耐压值 为 ：12.73×1.2=15.27V，所以采用 16V 耐 压值 ；参考 7805 的手册和典型设计方案， 电容的容值为 47μF。
为测试小车 LED 的亮度能够因外界 亮度而发生改变，本人将小车放在地上， 当关闭房间内的灯时，小车会瞬间熄灯， 且 LED 没有出现一闪一闪的不稳定的现 象。当把手掌放在灯罩上的光敏电阻时它 的亮度也会明显的变暗。
为测试小车能够变出的颜色的多样 性，本人让小车走过有红黄绿蓝等颜色的 塑料袋上。它能够较准确的发出红色，蓝 色，和黄色等颜色的光，但是绿色就不太 明显了。在查看 TCS3200 颜色传感器的手 册之后发现此传感器本就对绿色反应不 太灵敏，且乳白色的灯罩对发出的颜色有 一定影响，会使 LED 整体颜色变浅，导致 绿色的光在变色时跟红色与蓝色比起来 不够明显。
图 2 整体硬件示意图
3 系统软件设计 TCS3200 颜色传感器发出的是频率随
亮度的增加而增加，且占空比为 50% 的方
018 电子制作
电子科技 Electronics Technology
波。为计算出颜色传感器发出的频率，隐 身小车采用的是固定时间段里计算传感 器发出的脉冲个数的方式。其流程如图 3 所示。由于传感器在同一时刻只能发出关 于一个颜色通道的亮度信息，因此为了测 得红，绿，蓝三个亮度值需要每测完一个 颜色通道之后快速转换成另一个颜色通 道，如此循环。
【文章摘要】 本设计利用控制晶闸管（GTO）导通
时间从而实现对电动机转速的控制。 装置具有报警功能及电动机的短路保 护、过载保护，使其使用更为安全。使 用 LED 数字显示当前转速及设定的速 度，使操作更为直观。通过按钮可以控 制其停止 / 运行、手动 / 自动、加速 / 减速，并且在加速 / 减速设计上，通过 操作将步长分为 1 和 20，使操作更为 简单。