循迹小车与一维云台控制系统

本项目面向“循迹小车与一维云台”训练题，实现圆形黑线循迹、K230 图案排列识别、两次按键启动、目标角度停车，以及通过 HC-12 通知独立云台顺时针转向小车。

项目由两个控制端组成：

小车端：MSPM0G3507，负责循迹、姿态角累计、K230 数据接收、任务状态控制和 HC-12 发送。
云台端：STM32F103C8T6，负责接收停车通知，并驱动步进电机顺时针旋转至 90°、180°、270°或 360°。

当前循迹参数依据现有车辆的传感器排列、电机接线和圆形赛道实测得到。更换底盘、电机、轮胎、电池或灰度模块后，需要重新调整参数。

任务流程

flowchart LR
    A[上电并识别图案] --> B[第一次按下 KEY3]
    B --> C[沿圆形黑线运行一周]
    C --> D[起点附近停车并保存角度]
    D --> E[第二次按下 KEY3]
    E --> F[运行至目标角度]
    F --> G[小车停车]
    G --> H[HC-12发送停车通知]
    H --> I[云台顺时针转向小车]

小车端状态依次为：

WAIT_FIRST_START
    → FIRST_RUNNING（固定运行360°）
    → WAIT_SECOND_START
    → SECOND_RUNNING（运行识别得到的目标角度）
    → FINISHED（停车并通知云台）

K230 可以在小车启动前完成识别。小车会保存首次锁定的合法结果，第一次运行结束后等待第二次按键启动。

图案与目标角度

图案顺序	K230命令	目标角度
`ABCD`	`1`	90°
`DCBA`	`2`	180°
`ACBD`	`3`	270°
`CBDA`	`4`	360°

主要功能

8路灰度传感器读取，黑线触发时为低电平，程序转换为逻辑值 1。
针对圆形轨迹的分段差速控制，包括中心圆弧前馈、普通纠偏、紧急纠偏和丢线保护。
MPU6050 航向角累计，用于判断一圈和目标停车角度。
最后30°线性减速，并保留可调的提前停车角。
K230 二进制串口协议解析、校验、命令到角度映射和结果锁定。
OLED 显示任务状态、接收字节数、最后字节、识别候选值、锁定值和已运行角度。
HC-12 停车通知重复发送，提高无线链路可靠性。
云台端重复帧锁存，避免同一停车通知导致电机连续旋转多次。
360°命令执行完整一圈，不会被当成0°。

仓库结构

.
├─ examples/MSP_BASE_123/          小车端 MSPM0G3507 工程
│  ├─ main.c                       主循环、OLED状态显示
│  ├─ k230_vision_reliable.py      K230视觉识别与发送程序
│  ├─ ndrivers/                    OLED、串口、传感器等驱动
│  ├─ user_c/
│  │  ├─ HUIDU.c                   圆形循迹控制
│  │  ├─ mode.c                    两次启动与角度停车状态机
│  │  └─ timer.c                   10ms周期任务
│  ├─ user_h/                      用户头文件
│  └─ keil/soft_i2c_oled.uvprojx  小车端 Keil 工程
├─ 云台控制/                       云台端 STM32F103 工程
│  ├─ Core/Src/main.c              HC-12解析与步进电机控制
│  ├─ motor_test.ioc               STM32CubeMX配置
│  └─ MDK-ARM/motor_test.uvprojx   云台端 Keil 工程
├─ doc/                            原开发板资料
└─ ReadMe.md

硬件与接线

所有串口连接都必须交叉连接 TX/RX，并保证两端共地。设备已经独立供电时，不要再连接 USB-TTL 的 3.3V/5V，避免电源相互回灌。

K230与小车

K230 使用小车端 UART3，波特率为 115200，格式为 8-N-1。

MSPM0G3507	K230
`PB3 / UART3_RX`	`TX`
`PB2 / UART3_TX`	`RX`，只发送识别结果时可不接
`GND`	`GND`

小车与HC-12发送模块

HC-12 使用小车端 UART1。生成配置中 UART1 原始值为115200，但程序会在 HC12_UART_Init() 中重新配置为 9600、8-N-1。

MSPM0G3507	HC-12
`PB6 / UART1_TX`	`RXD`
`PB7 / UART1_RX`	`TXD`，当前只发送时可选
`GND`	`GND`
稳定的3.3～5V电源	`VCC`

两个 HC-12 必须使用相同的串口波特率、无线信道和工作模式。

云台HC-12与STM32

云台端使用 USART2，波特率为 9600，格式为 8-N-1。

HC-12	STM32F103C8T6
`TXD`	`PA3 / USART2_RX`
`RXD`	`PA2 / USART2_TX`，当前只接收时可选
`GND`	`GND`
`VCC`	稳定的3.3～5V电源

云台步进电机驱动

STM32F103C8T6	驱动器功能
`PA6 / TIM3_CH1`	`STEP/STP`脉冲
`PB0`	`DIR`方向
`PB1`	`EN`使能
`3.3V`	驱动器公共端 `COM`，按当前硬件接法

当前程序按42步进电机每圈200整步、驱动器16细分计算，即每圈3200个脉冲。驱动器细分设置必须与 MOTOR_MICROSTEPS 一致。

其他主要引脚

模块	引脚
KEY3	`PA30`
OLED SCL/SDA	`PA15 / PA16`
MPU6050 SCL/SDA	`PA0 / PA1`
电机PWM通道	`PA8 / PA9`
8路灰度输入	`PB4、PB5、PB20、PB1、PB0、PB13、PB14、PB15`

串口协议

本项目使用两种不同的数据帧。不要将 K230→小车帧与小车→云台帧混用。

K230 → 小车

AA 55 01 command 00 checksum

其中 command 为 01～04，checksum = command + 00，按8位截断。

角度	HEX帧
90°	`AA 55 01 01 00 01`
180°	`AA 55 01 02 00 02`
270°	`AA 55 01 03 00 03`
360°	`AA 55 01 04 00 04`

小车端使用字节状态机解析二进制数据，不使用字符串函数，因此 0x0E、0x0F 等控制字符不会被特殊处理。

小车 → 云台

AA 55 02 command parked checksum

02：小车停车通知帧。
command：01～04，映射到90°～360°。
parked：固定为 01，表示小车已经停车，云台可以启动。
checksum：前5个字节相加后取低8位。

角度	HEX帧
90°	`AA 55 02 01 01 03`
180°	`AA 55 02 02 01 04`
270°	`AA 55 02 03 01 05`
360°	`AA 55 02 04 01 06`

小车在第二次停车后发送10次相同帧，间隔约100ms。云台只执行第一次收到的合法停车帧，其余重复帧只用于提高通信可靠性。

编译与烧录

小车端

安装 Keil MDK 5.39或更高版本。
安装 MSPM0G3507 对应的 Texas Instruments Device Family Pack。
打开 examples/MSP_BASE_123/keil/soft_i2c_oled.uvprojx。
执行 Rebuild all target files。
使用调试器将生成的 HEX 下载到 MSPM0G3507。
将 examples/MSP_BASE_123/k230_vision_reliable.py 部署到 K230，并设置为上电运行。

云台端

安装 Keil MDK 5和 STM32F1 Device Family Pack。
打开 云台控制/MDK-ARM/motor_test.uvprojx。
编译并烧录到 STM32F103C8T6。
上电前将标志板正面对准小车发车点，作为机械0°。
云台上电后保持静止，收到合法停车帧后才开始顺时针旋转。

使用方法

检查灰度传感器、电机、K230、MPU6050和HC-12接线。
将小车放在圆形黑线的起点，传感器从车体左到右编号为1～8。
将云台标志板正面对准发车点，并给云台控制器上电。
给小车和K230上电，等待OLED显示合法的 LOCKED 角度。
第一次按下 KEY3，小车运行一圈并在起点附近停车。
第二次按下 KEY3，小车运行到保存的目标角度并停车。
小车通过HC-12发送停车通知，云台按目标角度顺时针旋转。

独立测试

测试K230串口

使用 USB-TTL 监听 K230 TX，串口助手设置为：

115200 baud
8 data bits
no parity
1 stop bit
HEX display

测试小车HC-12发送

电脑端使用第二块HC-12和USB-TTL接收，串口助手设置为 9600、8-N-1 并开启HEX显示。当前正式代码只在第二次目标停车后发送，不会在刚上电时持续发送测试帧。

不使用小车测试云台

用 USB-TTL 直接连接云台：

USB-TTL TXD → STM32 PA3
USB-TTL GND → STM32 GND

云台板独立供电，不连接USB-TTL的电源线。串口助手选择 9600、8-N-1 和HEX发送，例如：

AA 55 02 03 01 05

云台应顺时针旋转270°。云台每次上电只执行第一个合法命令；换角度测试前需要复位STM32，以避免把小车重复发送的帧执行多次。

关键调参位置

循迹参数

文件：examples/MSP_BASE_123/user_c/HUIDU.c

参数	当前值	作用
`TRACK_CURVE_BIAS`	`1.20`	4、5号附近时维持顺时针圆弧的基础差速
`TRACK_NORMAL_TURN`	`2.70`	2、3号或6、7号触线时的普通纠偏量
`TRACK_EMERGENCY_TURN`	`5.00`	1号或8号触线时的紧急纠偏量
`TRACK_STEER_DIRECTION`	`-1.00`	适配当前传感器编号和电机安装方向
`TRACK_LOST_STOP_COUNT`	`15`	持续丢线约150ms后停车
`TRACK_CONFIRM_COUNT`	`2`	普通纠偏连续确认约20ms，减少左右抖动

MOTOR_CHANNEL_TEST_ENABLE 正常运行必须保持为 0。

停车参数

文件：examples/MSP_BASE_123/user_c/mode.c

参数	当前值	作用
`basespeed`	`14`	正常循迹基础速度
`TASK_SLOW_DOWN_ANGLE`	`30°`	距离目标30°时开始减速
`TASK_MIN_SPEED`	`8`	末段最低速度
`TASK_STOP_LEAD_ANGLE`	`3°`	提前停车量，用于补偿车辆惯性

当前代码会在目标角度前约3°关闭电机。例如180°任务约在177°触发停车。若满电测试后仍稳定偏短，可逐步减小 TASK_STOP_LEAD_ANGLE，建议先从 3.0 调到 1.0，不要一次跨越过大。

云台参数

文件：云台控制/Core/Src/main.c

参数	当前值	作用
`MOTOR_FULL_STEPS_PER_REV`	`200`	电机整步数
`MOTOR_MICROSTEPS`	`16`	驱动器细分
`MOTOR_DIRECTION_CW`	`GPIO_PIN_RESET`	当前实物的顺时针方向电平

若云台实测方向相反，将 MOTOR_DIRECTION_CW 改为 GPIO_PIN_SET。若角度存在固定比例误差，优先检查驱动器细分是否与 MOTOR_MICROSTEPS 一致。

常见问题

K230已经识别，但小车没有锁定角度

检查 K230 TX → PB3，并确保共地。
确认两端均为 115200、8-N-1。
串口发送必须是原始HEX字节，不是字符串 "AA 55 ..."。
OLED上的 RX 是累计字节数，不要求随时等于6；应结合 GOOD/BAD 和 LOCKED 判断完整帧。
MCU锁定首次合法结果后不会随图案变化而更新，重新测试其他图案时应复位小车和K230。

HC-12无法通信

检查 TX/RX 是否交叉以及两端是否共地。
检查两个模块的波特率、信道和FU模式是否一致。
小车端正式代码只有第二次停车后才发送。
避免同时使用小车电源和USB-TTL电源给同一模块供电。

云台90°能转，随后180°没有反应

这是重复帧锁存逻辑，不一定是供电问题。云台收到第一个合法命令后会忽略后续命令，台架测试不同角度前需要复位STM32。

小车停车角度略小

代码默认提前3°关闭驱动，为惯性留出距离。电池电量下降后惯性减小，偏短现象可能更明显。先充满电重复测试，再调整 TASK_STOP_LEAD_ANGLE。

小车转向完全相反

先核对左右电机PWM通道和方向引脚，再调整 TRACK_STEER_DIRECTION。不要在没有确认电机映射的情况下同时修改传感器编号、PWM通道和方向系数。

开发说明

小车工程由 MSPM0 开发板示例工程二次开发而来，保留了部分原例程驱动和历史模式代码。当前比赛流程以 Task_Control_Init()、Task_HandleStartButton() 和 Task_Update() 为入口，调试时应优先关注这些函数以及 HUIDU.c、usart1.c。

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