آموزش راه‌ اندازی پروژه ربات ساده با میکروکنترلر STM32

آموزش راه‌ اندازی پروژه ربات ساده با میکروکنترلر STM32 ، در دنیای فناوری، طراحی و پیاده‌سازی ربات‌ها یکی از جذاب‌ترین و کاربردی‌ترین حوزه‌ها به شمار می‌رود. در این مقاله، یک پروژه کامل برای ساخت یک ربات ساده با استفاده از میکروکنترلر STM32 بررسی می‌شود. این پروژه شامل کنترل موتورهای DC، دریافت اطلاعات از سنسورها و پیاده‌سازی منطق حرکتی برای ربات خواهد بود. هدف این مقاله ارائه‌ی یک راهنمای جامع به همراه مثال‌های کاربردی است.

۱. معرفی STM32 و اهمیت آن در رباتیک

STM32، میکروکنترلری قدرتمند و اقتصادی است که بر پایه‌ی هسته ARM Cortex-M طراحی شده است. این میکروکنترلر به دلیل قابلیت‌های پیشرفته مانند PWM، ADC، UART، I2C و SPI، انتخابی عالی برای پروژه‌های رباتیک است.

۲. اجزای اصلی ربات

برای ساخت یک ربات ساده، به اجزای زیر نیاز دارید:

الف) سخت‌افزار

1. میکروکنترلر STM32 (مثلاً STM32F103 یا STM32F401).
2. موتورهای DC یا سروو برای حرکت.
3. درایور موتور (مانند L298N یا DRV8833).
4. سنسور فاصله (مثلاً ماژول اولتراسونیک HC-SR04).
5. منبع تغذیه (باتری لیتیوم‌یون یا پک باتری AA).
6. شاسی ربات برای مونتاژ قطعات.
7. چرخ و موتور گیر‌بکس‌دار برای حرکت دقیق‌تر.

ب) ابزارهای نرم‌افزاری

1. STM32CubeMX برای پیکربندی پایه‌ها و تولید کد اولیه.
2. STM32CubeIDE یا Keil uVision برای برنامه‌نویسی.
3. کتابخانه‌های HAL یا LL برای ساده‌سازی کنترل سخت‌افزار.

۳. مراحل ساخت ربات

مرحله ۱: طراحی مدار

مدار این ربات شامل اتصال میکروکنترلر به درایور موتور و سنسورها است. شماتیک زیر می‌تواند شما را در طراحی کمک کند:

1. اتصال موتور به درایور L298N:
   • پایه‌های IN1 و IN2 در L298N را به پین‌های GPIO STM32 متصل کنید.
   • پایه‌های OUT1 و OUT2 به موتور متصل می‌شوند.
   • پایه Enable را به یک پین PWM از STM32 وصل کنید.
2. اتصال سنسور اولتراسونیک HC-SR04:
   • پایه TRIG به یک پین دیجیتال STM32 برای تولید پالس.
   • پایه ECHO به یک پین دیجیتال دیگر برای اندازه‌گیری بازگشت سیگنال.
3. منبع تغذیه:
   • ولتاژ مناسب (۵V برای ماژول‌ها و ۳.۳V برای STM32) را با استفاده از رگولاتور تأمین کنید.

مرحله ۲: برنامه‌نویسی STM32

الف) پیکربندی میکروکنترلر

با استفاده از STM32CubeMX:

1. فعالسازی تایمر برای PWM: پین‌های مرتبط با موتور را به حالت PWM تنظیم کنید.
2. فعالسازی GPIO برای سنسور: پین‌های مرتبط با TRIG و ECHO را به ترتیب خروجی و ورودی تنظیم کنید.
3. تنظیم کلاک: فرکانس کلاک مناسب (مثلاً ۸۰MHz) را انتخاب کنید.

ب) کدنویسی برای کنترل موتور

برای کنترل سرعت موتور:

HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, 50); // Duty cycle 50%

برای تغییر جهت موتور:

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);

ج) کدنویسی برای سنسور فاصله

برای خواندن فاصله از سنسور اولتراسونیک:

// ارسال پالس TRIG
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);
HAL_Delay(1); // 10 µs pulse
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);

// اندازه‌گیری پالس ECHO
uint32_t start_time = HAL_GetTick();
while (!HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1)); // Wait for ECHO high
uint32_t duration = HAL_GetTick() - start_time;
float distance = (duration * 0.0343) / 2; // محاسبه فاصله بر حسب سانتی‌متر

مرحله ۳: پیاده‌سازی منطق حرکتی

برای حرکت ربات با توجه به داده‌های سنسور:

if (distance > 20) {
    // حرکت به جلو
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET); // IN1
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET); // IN2
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, 70); // سرعت 70%
} else {
    // توقف
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, 0);
}

۴. تست و اشکال‌زدایی

1. ابتدا مدار را بررسی کنید تا از اتصال صحیح پایه‌ها مطمئن شوید.
2. برنامه را در STM32 بارگذاری کنید و ربات را روشن کنید.
3. داده‌های سنسور را با استفاده از UART یا نمایشگر بررسی کنید تا از صحت عملکرد آن مطمئن شوید.

۵. توسعه پروژه

با اتمام ربات ساده، می‌توانید قابلیت‌های پیشرفته‌تری اضافه کنید:

1. کنترل بلوتوث یا WiFi: برای کنترل ربات از طریق تلفن همراه.
2. تعقیب خط: استفاده از سنسورهای IR برای دنبال کردن خطوط.
3. استفاده از الگوریتم‌های هوش مصنوعی: مانند یادگیری تقویتی برای مسیریابی خودکار.

نتیجه‌گیری

ساخت یک ربات ساده با STM32، فرصتی برای یادگیری عملی الکترونیک و برنامه‌نویسی تعبیه‌شده است. این پروژه علاوه بر ارائه مهارت‌های کاربردی، پایه‌ای برای توسعه پروژه‌های پیچیده‌تر مانند ربات‌های هوشمند و خودمختار فراهم می‌کند.

آموزش راه‌ اندازی پروژه ربات ساده با میکروکنترلر STM32

مطلب پیشنهادی

آموزش پیاده‌سازی Modbus RTU و TCP در میکروکنترلر STM32

آموزش راه‌ اندازی اتصال ماژول Bluetooth HC-05 و WiFi ESP8266 به اردوینو