基于STM32設計的掃地機器人

一、前言

1.1 項目介紹

【1】項目開發背景

隨著社會節奏的加快和人們生活方式的改變，智能家居產品逐漸走入千家萬戶。作為智能清潔系統的重要組成部分，掃地機器人憑借其自動化、高效性和便捷性，成為現代家庭中不可或缺的智能設備之一。傳統人工清潔方式費時費力，尤其對于老年人、上班族而言，日常清掃負擔較重，因此急需一種智能化、自動化的解決方案來提升生活質量。

掃地機器人結合了嵌入式控制、傳感器技術、路徑規劃算法以及無線通信等多種現代技術，實現了自動避障、智能清掃、自動回充等功能，體現了智能控制與人機交互的發展趨勢。隨著MCU芯片和傳感器技術的不斷成熟，開發一套基于STM32微控制器的掃地機器人系統，既具有良好的技術實現基礎，又能滿足用戶對于清潔智能化的迫切需求。

本項目通過STM32系列單片機構建一個功能完善、成本適中、實用性強的智能掃地機器人系統。通過軟硬件協同設計，實現路徑規劃、灰塵識別、跌落保護、遠程控制等關鍵功能，提升機器人在不同家庭場景下的清掃效率和安全性。項目不僅具有較強的應用價值，同時也為智能機器人技術的學習與研究提供了實踐平臺。

【2】設計實現的功能

（1）采用紅外避障傳感器和超聲波測距模塊實現自動避障功能，能夠在復雜環境中自動繞開障礙物。
（2）利用實時時鐘RTC模塊實現定時清掃功能，按設定時間自動啟動清掃任務。
（3）結合MPU6050姿態傳感器與編碼器反饋實現路徑規劃與完整覆蓋式清掃，提高清掃效率。
（4）通過紅外跌落傳感器檢測地面邊緣，實時進行邊緣檢測并防止機器人跌落。
（5）通過ESP8266模塊實現WIFI通信，支持手機APP進行手動遙控操作與遠程控制。
（6）由STM32主控處理清掃路徑并生成清掃地圖，上傳至APP實現簡易地圖繪制功能。
（7）灰塵識別模塊檢測空氣中粉塵濃度，在污染區域啟動重點清掃機制。
（8）利用DFPlayer Mini語音模塊實現語音提示功能，用于狀態播報與故障提醒。
（9）使用0.96寸OLED屏幕顯示當前清掃狀態、電量信息和系統參數，方便本地查看。
（10）通過電壓檢測模塊監測電池電量，并結合紅外尋跡模塊實現自動回充功能。
（11）ESP8266模塊通過MQTT協議與服務器通信，實現清掃狀態與控制指令的聯網功能。
（12）Android APP平臺支持清掃進度查看、路徑顯示、電量查詢、遠程啟動/停止等控制功能。

【3】項目硬件模塊組成

（1）主控芯片：STM32F103RCT6，作為系統核心控制器，負責傳感器數據處理、運動控制與通信管理。
（2）驅動電機：2個帶編碼器的TT減速直流電機，用于驅動機器人前進、后退、轉向等移動動作。
（3）電機驅動模塊：L298N雙路直流電機驅動模塊，實現對左右驅動電機的正反轉與調速控制。
（4）紅外避障傳感器：3個TCRT5000模塊，分別安裝在機器人前方與左右側，用于檢測障礙物。
（5）超聲波測距模塊：1個HC-SR04模塊，用于精確測量前方障礙物距離。
（6）紅外跌落傳感器：3個TCRT5000模塊，安裝在機器人底部前端及兩側，用于檢測地面是否存在，防止跌落。
（7）姿態檢測模塊：1個MPU6050六軸陀螺儀+加速度計模塊，用于獲取機器人運動姿態和角度變化。
（8）灰塵識別模塊：GP2Y1010AU0F光學粉塵傳感器，用于檢測空氣中灰塵濃度，實現重點清掃。
（9）語音模塊：DFPlayer Mini音頻模塊，配合揚聲器實現語音播報與提示功能。
（10）顯示模塊：0.96寸SPI接口OLED顯示屏（SSD1306驅動），用于顯示清掃狀態、電量等信息。
（11）通信模塊：ESP8266 WiFi模塊（NodeMCU），通過串口與STM32通信，實現與APP的數據交互。
（12）電源系統：7.4V 18650鋰電池組，配合升壓模塊為系統提供5V/9V穩定電源。
（13）電壓檢測模塊：電壓分壓采集模塊，用于檢測電池電壓，實現電量監測。
（14）自動回充模塊：紅外接收模塊配合充電座紅外發射器，實現機器人自動返回充電座。
（15）實時時鐘模塊：DS3231高精度RTC模塊，用于實現定時清掃功能。
（16）APP平臺：基于Android系統的手機APP，使用Qt（C++）開發，提供遠程控制與狀態監控功能。
（17）車體結構：亞克力底盤、萬向輪與支撐結構，固定并承載各模塊與電路系統。
（18）吸塵模塊：5V高速風扇與滾刷組合，實現地面灰塵與顆粒物的有效吸附與清潔。

【4】設計意義

本項目基于STM32設計的掃地機器人系統，旨在利用嵌入式系統和多傳感器融合技術，構建一套具備基本智能清掃能力的自動化清潔設備。通過項目的設計與實現，不僅能夠減輕用戶日常清潔的勞動負擔，還可以提高清潔效率與覆蓋率，為家庭智能化建設提供實用的技術支持和硬件基礎。

項目集成了自動避障、路徑規劃、定時清掃、防跌落、語音提示、自動回充、APP遠程控制等功能模塊，充分體現了現代嵌入式系統在智能家居中的實際應用價值。通過合理的模塊選型與軟硬件協同開發，系統在穩定性、實用性、用戶交互體驗等方面都達到了較高水平，具備良好的工程實現與應用推廣基礎。

本項目的實施不僅為實際家庭場景中的清潔工作提供了解決方案，也為學習和掌握STM32平臺的開發技術、傳感器集成應用、路徑算法設計、無線通信協議以及多線程邏輯管理等關鍵技術提供了一個完整的綜合性平臺，具有較強的教學實踐和工程訓練價值。

【5】市面上同類產品研究現狀

目前市面上的掃地機器人產品已較為成熟，主要品牌包括iRobot的Roomba系列、石頭科技的石頭掃地機器人、小米米家掃地機器人等。這些產品普遍具備自動避障、路徑規劃、邊緣檢測和自動回充等核心功能，體現了智能清掃設備的發展趨勢。

iRobot Roomba系列通過多傳感器融合和先進的SLAM（同步定位與地圖構建）算法，實現精準地圖繪制和高效路徑規劃，能夠適應復雜家庭環境，實現無遺漏清掃。其采用多點激光測距和視覺傳感技術，配合強大的云端算法，提供用戶友好的APP遠程控制及語音交互功能。

石頭科技的掃地機器人注重激光雷達（LIDAR）導航技術，配合高精度陀螺儀和多組紅外傳感器，實現快速環境感知與障礙物避讓。該系列產品支持房間分區清掃及定時預約，用戶可通過手機APP查看實時地圖和清掃進度，增強使用體驗。

小米米家掃地機器人則采用了激光導航與視覺傳感的結合，具備強大的智能路徑規劃和避障能力。通過手機APP實現遠程啟動、停止及清掃模式切換，并集成語音助手控制功能，滿足現代智能家居需求。

綜上，當前主流掃地機器人均注重傳感器融合、智能路徑規劃與用戶交互體驗的提升，形成了較為完善的產品生態。本項目結合STM32平臺和多種傳感器，實現基礎功能的同時，也為低成本智能清掃設備的開發提供了可行的參考方案。

【6】摘要

基于STM32的掃地機器人項目，設計并實現了一套集自動避障、路徑規劃、邊緣檢測、防跌落、定時清掃、語音提示、自動回充及遠程APP控制于一體的智能清掃系統。系統采用STM32F103RCT6作為主控芯片，結合多種傳感器模塊實現環境感知與智能決策，通過ESP8266實現無線通信與遠程控制。該機器人能夠高效完成地面無遺漏清掃，保障運行安全，提高用戶使用便捷性和生活質量。項目驗證了嵌入式系統與傳感器融合技術在智能家居領域的應用價值，具備良好的工程實用性和推廣前景。

關鍵字：STM32，掃地機器人，路徑規劃，自動避障，邊緣檢測，ESP8266，遠程控制

1.2 設計思路

本項目設計基于STM32F103RCT6微控制器，充分利用其豐富的接口和較強的處理能力作為系統核心。設計思路以多傳感器融合為基礎，通過紅外避障傳感器和超聲波測距模塊實現環境感知，保障機器人能夠實時識別障礙物并進行繞行。結合MPU6050姿態傳感器和編碼器數據，實現路徑規劃與運動控制，確保機器人能夠高效完成地面覆蓋式清掃。

為了保證運行安全，設計采用多個紅外跌落傳感器進行邊緣檢測，有效防止機器人跌落樓梯或其他高差處。系統通過實時電壓檢測與紅外尋跡模塊實現低電量自動回充功能，提升使用便捷性和續航能力。語音模塊的集成則用于狀態提示和故障報警，增強人機交互體驗。

通信方面，設計采用ESP8266無線模塊，配合MQTT協議，實現機器人與手機APP的遠程數據交互和控制，使用戶能夠實時監控清掃狀態并進行遠程操作。整體設計采用模塊化開發思路，硬件選型合理，軟件結構清晰，保證系統的穩定性和易維護性，滿足智能家居對掃地機器人高效、智能、安全的使用需求。

1.3 系統功能總結

功能模塊功能描述主要硬件模塊關鍵技術/實現方式
自動避障識別并繞開前方及側方障礙物紅外避障傳感器（3個）、超聲波模塊紅外與超聲波傳感器融合檢測
定時清掃按設定時間自動啟動清掃任務DS3231 RTC模塊實時時鐘定時觸發
路徑規劃與覆蓋實現地面無遺漏的覆蓋式清掃MPU6050、編碼器姿態檢測+編碼器數據，路徑規劃算法
邊緣檢測與防跌落檢測地面邊緣，防止機器人跌落紅外跌落傳感器（3個）紅外傳感器實時檢測邊緣
手動遙控通過手機APP遠程控制機器人ESP8266 WiFi模塊WIFI通信+MQTT協議
地圖繪制生成簡易的房間清掃路徑圖STM32主控、傳感器數據處理算法生成路徑地圖，上傳APP
灰塵識別與重點清掃檢測灰塵濃度，針對高灰塵區域加強清掃GP2Y1010光學粉塵傳感器模擬信號采集與閾值判定
語音播報語音提示工作狀態和故障信息DFPlayer Mini音頻模塊語音模塊控制播放
OLED顯示實時顯示清掃狀態、電量及系統參數0.96寸OLED顯示屏（SSD1306）SPI通信顯示信息
自動回充低電量時自動返回充電座充電電壓檢測模塊、紅外尋跡模塊電量監測+紅外尋跡定位
WIFI聯網實現遠程監控與控制ESP8266 WiFi模塊WIFI通信與云端MQTT協議
APP遠程控制遠程查看機器人狀態，控制啟動、停止及路徑等功能手機APP、ESP8266模塊APP界面設計與無線數據交互

1.4 開發工具的選擇

【1】設備端開發

硬件設備端的開發主要依賴于C語言，利用該語言直接操作硬件寄存器，確保系統運行的高效性和低延遲。C語言在嵌入式開發中具有廣泛的應用，它能夠直接訪問硬件，滿足對資源消耗和響應速度的嚴格要求。為了編寫高效、穩定的代碼，開發工具選擇了Keil uVision 5作為主要的開發環境。Keil是一個專業的嵌入式開發工具，廣泛應用于基于ARM架構的微控制器（如STM32）開發。Keil提供了完善的調試、編譯和仿真支持，能夠幫助在軟件開發過程中高效地進行調試、單步執行以及斷點設置，確保開發的穩定性和高效性。
STM32F103RCT6是項目中使用的主控芯片，它基于ARM Cortex-M3架構，擁有強大的計算能力和豐富的外設接口。在硬件編程中，寄存器級編程是常用的方式，這要求開發者對芯片的硬件寄存器有深入的理解。在Keil環境中，通過STM32的寄存器直接控制GPIO、ADC、I2C、SPI等硬件接口，以滿足各個硬件模塊（如傳感器、執行器、顯示屏等）與主控芯片的交互。使用寄存器編程能夠提供更高效、精確的控制，避免了外部庫的開銷，同時也能深入調控硬件特性，提升系統性能。

【2】上位機開發

本項目的上位機開發基于Qt 5框架，使用**C++**作為主要編程語言。Qt是一個跨平臺的應用開發框架，廣泛用于開發GUI應用程序。Qt提供了豐富的GUI組件和工具，能夠高效地實現圖形界面的設計與開發。C++則作為Qt的底層語言，具有高效的性能和良好的控制力，非常適合用于處理設備與系統之間的數據交互、通信協議的實現和復雜的計算任務。在項目中，Qt被用于開發Windows平臺的桌面應用程序以及Android平臺的手機APP。Qt框架的跨平臺特性使得開發者能夠使用同一套代碼在不同操作系統上進行構建和部署，大大提高了開發效率。

為了方便開發和調試，上位機的開發采用了Qt Creator作為主要的集成開發環境（IDE）。Qt Creator是一款由Qt官方提供的開發工具，專為Qt應用程序開發設計，支持C++、QML和JavaScript等語言。Qt Creator提供了豐富的功能，如代碼編輯、調試、構建、版本控制集成等，能夠顯著提升開發者的生產力。在本項目中，Qt Creator為開發者提供了自動化構建、界面設計工具（如Qt Designer）和調試工具（如QDebug和QML調試工具），使得開發過程更加高效和流暢。
上位機與硬件設備端的通信采用了基于TCP/IP協議的數據傳輸方式。為了實現這一功能，Qt提供了豐富的網絡編程支持，尤其是QTcpSocket和QTcpServer類，使得上位機能夠輕松地與硬件設備建立TCP連接，進行數據收發。上位機通過WIFI連接ESP8266-WIFI模塊，ESP8266模塊創建TCP服務器，上位機應用則作為客戶端連接到服務器，進行實時的數據傳輸與控制命令的下發。
為了滿足不同用戶的需求，本項目需要支持Windows平臺的桌面應用和Android平臺的移動APP。Qt的跨平臺特性使得開發人員能夠在一個代碼庫下完成多平臺應用的開發和移植。開發者僅需要編寫一次應用邏輯和用戶界面，就可以通過Qt的跨平臺構建工具生成Windows和Android兩個平臺的可執行文件。此外，Qt提供了豐富的文檔和社區支持，幫助開發者解決平臺差異和兼容性問題，確保應用在不同平臺上都能穩定運行。

總體而言，上位機開發環境采用了Qt 5框架和C++語言，結合Qt Creator集成開發環境，提供了一個高效、穩定、跨平臺的開發工具鏈。通過Qt強大的GUI設計、網絡通信、多線程支持以及數據庫管理功能，開發者能夠輕松實現與硬件設備的交互、控制設備、處理傳感器數據，并為用戶提供直觀、流暢的操作體驗。

二、算法設計

2.1 算法設計思路

本項目采用柵格地圖法（Grid Map）+螺旋清掃+墻邊跟隨相結合的方式，實現高效率覆蓋清掃。

（1）地圖構建

  • 將房間劃分為二維柵格地圖，每個格子表示20cm × 20cm的面積（實際可調整）
  • 格子狀態：0=未清掃，1=已清掃，2=障礙物

（2）基本策略

  • 默認從左上角或充電座位置開始清掃
  • 采用螺旋清掃 + Z字形遍歷 + 遇墻回轉機制，提升效率
  • 實時更新當前位置和地圖信息
  • 編碼器與MPU6050配合，進行位置估算（簡化SLAM）

（3）避障融合

  • 在路徑規劃過程中融合超聲波+紅外避障模塊，對障礙進行打標（記為2）

（4）完成判斷

  • 所有柵格=1（已清掃）時清掃結束，進入回充狀態

2.2 核心模塊算法流程圖

image-20250627222940953

flowchart TDA[初始化柵格地圖] --> B[定位當前位置（x,y）]B --> C[標記當前位置已清掃]C --> D[查找下一個可清掃鄰格]D -->|存在| E[規劃方向移動]D -->|無| F[回退/掉頭/回充]E --> G[檢測障礙]G -->|無障礙| H[移動到新位置]G -->|有障礙| I[標記障礙格，換方向]H --> BI --> BF --> J[全部完成 -> 回充]

2.3 STM32簡化路徑規劃算法代碼（偽代碼 + 可移植C代碼）

1. 柵格地圖結構定義

#define MAP_SIZE_X 20
#define MAP_SIZE_Y 20#define CELL_UNVISITED 0
#define CELL_VISITED   1
#define CELL_OBSTACLE  2uint8_t map[MAP_SIZE_Y][MAP_SIZE_X];  // 2D 柵格地圖
int current_x = 0;
int current_y = 0;
int direction = 0;  // 0=上，1=右，2=下，3=左

2. 標記當前位置已清掃

void mark_visited(int x, int y) {if (x >= 0 && x < MAP_SIZE_X && y >= 0 && y < MAP_SIZE_Y) {map[y][x] = CELL_VISITED;}
}

3. 查找下一個可清掃格子（四方向）

int dx[4] = {0, 1, 0, -1}; // 上右下左
int dy[4] = {-1, 0, 1, 0};int find_next_direction() {for (int i = 0; i < 4; i++) {int nx = current_x + dx[i];int ny = current_y + dy[i];if (nx >= 0 && nx < MAP_SIZE_X && ny >= 0 && ny < MAP_SIZE_Y) {if (map[ny][nx] == CELL_UNVISITED) {return i;}}}return -1; // 無可清掃方向
}

4. 移動函數（偽動作控制）

void move_to(int dir) {// 電機控制部分略（根據dir控制左右輪轉速方向）current_x += dx[dir];current_y += dy[dir];mark_visited(current_x, current_y);
}

5. 主控制循環（主邏輯）

void clean_room() {mark_visited(current_x, current_y); // 初始位置while (1) {int next_dir = find_next_direction();if (next_dir == -1) {// 所有方向均已訪問或是障礙，嘗試回退或結束if (all_cleaned()) {return_to_charge(); // 所有清掃完成break;} else {rotate_90(); // 更換方向continue;}}if (!is_obstacle(current_x + dx[next_dir], current_y + dy[next_dir])) {move_to(next_dir);} else {map[current_y + dy[next_dir]][current_x + dx[next_dir]] = CELL_OBSTACLE;}}
}

6. 判斷是否清掃完畢

int all_cleaned() {for (int y = 0; y < MAP_SIZE_Y; y++) {for (int x = 0; x < MAP_SIZE_X; x++) {if (map[y][x] == CELL_UNVISITED) return 0;}}return 1;
}

2.4 邊緣檢測與防跌落功能算法設計過程

1. 傳感器選型

采用 3個 TCRT5000 紅外反射式跌落檢測傳感器 安裝于機器人底部前端和左右兩側，用于檢測地面是否存在反射（白色地面為反射，懸空為無反射）。

2. 原理說明

  • TCRT5000發射紅外光并接收反射光，若有地面反射回紅外光，則表示有地面；
  • 若前方/左側/右側無反射光（即信號電平改變），則判定為“邊緣”或“懸空”，觸發防跌落動作。

3. 傳感器安裝建議

  • 每個TCRT5000傳感器對應一個檢測區域：
    • 前部傳感器：防止前進跌落
    • 左側/右側傳感器：防止側滑跌落
  • 建議安裝高度約為 0.8~1.2cm，距離地面

4. 防跌落處理機制

  • 一旦某個傳感器檢測為無地面（懸空）：
    • 立即停止所有電機
    • 后退一小段距離
    • 左/右轉避開邊緣
    • 重新進入正常清掃邏輯

2.5 STM32 防跌落算法設計（代碼實現）

（1）接口定義與引腳配置（示例使用 GPIO 輸入）

假設連接如下：

  • 前TCRT5000 —— GPIOA PIN0
  • 左TCRT5000 —— GPIOA PIN1
  • 右TCRT5000 —— GPIOA PIN2
#define SENSOR_FRONT   HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0)
#define SENSOR_LEFT    HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1)
#define SENSOR_RIGHT   HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_2)
  • TCRT5000輸出為 低電平表示地面存在，高電平表示無地面/懸空

（2）初始化 GPIO 輸入

void TCRT5000_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

（3）檢測邊緣函數

uint8_t is_edge_detected(void)
{if (SENSOR_FRONT == GPIO_PIN_SET ||SENSOR_LEFT == GPIO_PIN_SET ||SENSOR_RIGHT == GPIO_PIN_SET){return 1;  // 檢測到邊緣}return 0;  // 正常地面
}

（4）防跌落動作處理函數

void handle_fall_protection(void)
{stop_motors();  // 停止所有電機delay_ms(200);  // 稍作停頓move_backward();  // 后退一小段delay_ms(500);turn_right();  // 隨機右轉避開邊緣delay_ms(400);stop_motors();
}

（5）集成進主循環

void main_loop(void)
{while (1){if (is_edge_detected()){handle_fall_protection();  // 邊緣檢測觸發處理continue;}clean_forward();  // 正常前進清掃delay_ms(100);}
}

三、Qt開發入門與環境搭建

當前項目的上位機是采用Qt開發的，這一章節主要是介紹Qt開發環境的安裝，以及Qt開發環境入門的使用。如果你Qt沒有任何基礎，建議仔細看一遍。

3.1 Qt是什么？

Qt 是一個功能強大、跨平臺的應用程序開發框架，主要用于創建圖形用戶界面（GUI）應用程序，但它不僅僅局限于GUI編程。它由挪威的奇趣科技（TrollTech）最初于1991年開發，并在后續的發展歷程中經歷了多次所有權變更，包括諾基亞和Digia等公司接手，現在Qt屬于The Qt Company所有。

Qt 主要特點和優勢包括：

（1）跨平臺：Qt 支持多種操作系統，開發者可以使用同一份源代碼在不同平臺上編譯運行，如Windows、Linux、macOS、Android以及各種嵌入式系統（如RTOS），實現“一次編寫，到處編譯”。

（2）C++ 開發：Qt 的核心是基于C++編程語言構建，提供了一套豐富的類庫，通過面向對象的設計方式簡化了開發過程。

（3）圖形用戶界面：Qt 提供了完整的GUI組件集，包含窗口、按鈕、標簽、文本框等各種標準控件，以及布局管理器、樣式表等功能，使得開發者能夠高效地創建美觀且功能完善的桌面應用或移動應用界面。

（4）工具鏈完整：Qt 包含一系列集成開發環境（IDE）和輔助工具，例如Qt Creator是一個全能的跨平臺IDE，Qt Designer用于可視化拖拽設計UI界面，Qt Linguist支持國際化資源文件的翻譯，還有Qt Assistant和大量文檔資源方便開發者的使用。

（5）非GUI功能豐富：除了GUI功能外，Qt 還提供了眾多非圖形化功能模塊，如網絡通信、數據庫訪問、XML處理、多媒體處理（音頻視頻）、文件I/O、線程與并發處理、OpenGL和3D圖形渲染等。

（6）元對象系統：Qt 使用元對象系統（Meta-Object System, MOC）實現了信號與槽機制（Signals and Slots），這是一種高級事件處理機制，允許在不同對象之間安全地進行異步通信。

（7）可擴展性與靈活性：Qt 架構高度靈活，支持插件體系結構，開發者可以根據需要自定義組件并輕松地集成到Qt應用中。

Qt 以其強大的跨平臺能力和全面的功能集合成為許多企業和個人開發者選擇用來開發高性能、高穩定性的應用程序的重要工具之一，被廣泛應用于各類桌面軟件、嵌入式設備、移動應用以及服務器端組件等領域。

3.2 Qt版本介紹

在Qt發行版本中將要涉及兩個版本：Qt商業授權和Qt開源授權。

（1）Qt商業授權是設計商業軟件的開發環境，這些商業軟件使用了傳統的商業來發布，它包含了一些更新的功能、技術上的支持和大量的解決方案，開發了使用于行業的一些特定的組件，有一些特殊的功能只在商業用戶中使用。

（2）Qt開源授權是用來開發開源的軟件，它提供了一些免費的支持，并遵循QPL協議。

開放源代碼是免費的軟件，不牽涉用戶的某些權益。任何人都有使用開源軟件和參與它的修改的機會，這就意味著其他的人同樣可獲得你開發的代碼。目前 Qt 的開源授權有兩種，一種是 GPL 授權，另一種是 LGPL 授權。

3.3 Qt開發環境安裝

Qt的中文官網： https://www.qt.io/zh-cn/image-20221207160550486

image-20221207160606892

QT5.12.6的下載地址：https://download.qt.io/archive/qt/5.12/5.12.6

打開下載鏈接后選擇下面的版本進行下載：

qt-opensource-windows-x86-5.12.6.exe 13-Nov-2019 07:28 3.7G Details

軟件安裝時斷網安裝，否則會提示輸入賬戶。

如果下載不了，可以在網盤里找到安裝包下載： 飛書文檔記錄的網盤地址：https://ccnr8sukk85n.feishu.cn/wiki/QjY8weDYHibqRYkFP2qcA9aGnvb?from=from_copylink

安裝的時候，第一個復選框里勾選一個mingw 32編譯器即可，其他的不管默認就行，直接點擊下一步繼續安裝。

image-20221203151742653

選擇MinGW 32-bit 編譯器：

image-20221203151750344

3.4 開發第一個QT程序

在QT開發過程中，可以手動編寫代碼也可以使用UI設計師直接拖拽控件的方式編寫界面和布局，在實際的開發過程中一般是兩種方式結合使用，提高開發效率。

本小節用一個簡單的 “Hello QT” 程序介紹一下使用QtCreator新建工程的步驟。

（1）打開QtCreator軟件，選擇New Project，新建一個工程。

image-20240304134953164

（2）項目模板選擇QT Widgets Application

image-20240304135416497

（3）設置項目名稱和存放路徑

注意：QT項目路徑和名稱不能出現中文字符。

image-20240304135504345

（4）編譯工具套件選擇

編譯工具套件可以后面自己增加，比如增加Android的。套件是指 Qt 程序從編譯鏈接到運行環境的全部工具和 Qt 類庫的集合。

image-20240304135535341

（5）設置生成的類信息

在類信息設置界面選擇基類，目前有三種基類：QMainWindow，QWidget，QDialog。在基類里選擇QMainWindow，類名和文件名會根據基類自動修改，一般不需要修改，默認即可。

image-20240304135630942

（6）項目管理

在項目管理界面可以設置作為子項目，以及加入版本控制系統。這兩個功能暫時用不到，都用默認的 ，然后點擊 “完成”。

image-20240304135652922

（7）創建完成

image-20240304135728165

（8） 編輯代碼

展開main.cpp文件，添加內容如下：

#include "mainwindow.h"
#include <QApplication>
#include <QDebug>
#include <QLabel>
int main(int argc, char *argv[])
{QApplication a(argc, argv);//MainWindow w;//w.show();QLabel *label =new QLabel("Hello Qt!");label->setGeometry(400,100,100,20);label->show();return a.exec();
}

代碼解析：

1)	#include <QApplication>和 #include <QLabel>是QT的類聲明頭文件，對于每個QT類都有一個與該類同名的頭文件，在這個頭文件包含了對該類的定義。
2)	main(int argc, char *argv[]) ：main函數的標準寫法。
3)	QApplication a(argc, argv)：創建一個QApplication對象，用于管理應用程序的資源，QApplication類的構造函數需要兩個參數。
4)	QLabel *label =new QLabel("Hello Qt!") ：創建QLabel窗口部件，QLabel是一個Qt提供的窗口部件，可以用來顯示一行文本。
5)	label->setGeometry(400,100,100,20) ： 設置控件顯示的位置。
6)	label->show()：使Qlabel創建的窗口可見，就是顯示設置的文本。
7)	return a.exec()：應用程序將控制權傳遞給QT，讓程序進入消息循環。等待可能的菜單，工具條，鼠標等的輸入，進行響應。

image-20240304135908750

（9）行程序

運行程序可以點擊左下角的三角形符號或者按下快捷鍵Ctrl+R。

image-20240304135938848

3.5 調試輸出

QT中使用QDebug類輸出調試信息。主要用于調試代碼，類似于std::cout的替代品，支持QT的數據類型。使用前需要包含頭文件。

調試輸出的分類

qDebug調試信息提示
qWarning一般的警告提示
qCritical嚴重錯誤提示
qFatal致命錯誤提示

示例代碼：

qDebug("調試信息輸出");
qWarning("一般警告信息輸出");
qCritical("嚴重錯誤輸出");
qFatal("致命錯誤輸出");

qDebug輸出的信息會打印到QT軟件下邊的輸出面板。

在上節的HelloQt工程上加上調試輸出代碼，增加的main.cpp代碼如下：

#include "mainwindow.h"
#include <QApplication>
#include <QDebug>
int main(int argc, char *argv[])
{QApplication a(argc, argv);//MainWindow w;//w.show();qDebug()<<"QT調試信息輸出";int data_int=8888;qDebug()<<data_int;float data_float=123.888;qDebug()<<data_float;return a.exec();
}

運行程序，觀察輸出的調試信息：

image-20240304140142790

3.6 QT Creator常用的快捷鍵

掌握一些適用的快捷鍵，可以提高程序開發的效率。

（1）F1 鍵，快速切換光標選中的函數或者類的幫助信息，按一次半屏顯示，按下兩次全屏顯示。

（2）F2 鍵，快速切換到光標選中的函數或者類的源碼定義處。

（3）F4鍵，快速在源文件和頭文件之間切換。

（4）Ctrl(按住)+ Tab，快速切換已打開的文件

（5）Ctrl+ I ，縮進光標選中行代碼（自動與上層代碼對齊）。

（6）Ctrl + / ，快速注釋或者取消注釋光標選中行。

（7）快速修改全局變量名

鼠標光標選中變量名，按下Ctrl+Shift+R，當變量名稱出現紅色框表示已經激活全局修改功能。修改一處，整個工程對應變量名稱全部會修改。修改完畢之后，光標移開，再按下Ctrl+Shift+R保存修改。

image-20240304140242113

（8）快速修改全局函數名

快捷方式與變量修改一樣按下Ctrl+Shift+R，一處修改整個工程對應的函數名稱也會跟著改。選中函數后，按下Ctrl+Shift+R后整個工程的對應的函數名會高亮，并且在軟件下方彈出修改框。

image-20240304140311742

3.7 QT幫助文檔

Qt 幫助文檔太多，難以全部翻譯成中文，即使翻譯了一部分，翻譯花的時間太多，翻譯更新的時效性也難以保證，最終還是得看英文幫助，QtCreator 集成了幫助系統，查找非常方便。

打開QtCreator，選擇菜單欄的最左邊的幫助選項，界面如下：

image-20240304140337833

（1）查看Qlabel控件的幫助信息：

image-20240304140357011

3.8 UI設計師使用

上節的Hello QT程序使用純C++代碼編寫，這一節使用QT界面設計模式實現與上一節Hello QT程序一樣的功能。仿照著上節新創建一個工程。雙擊打開mainwindow.ui文件，進入到UI設計界面。

（1）拖一個Label控件到編輯區，雙擊Label控件可以修改文本內容。

image-20240304140517858

（2）運行程序可以點擊左下角的三角形符號或者按下快捷鍵Ctrl+R。

image-20240304140600717

（3）UI設計師界面功能介紹

image-20240304140615717

3.9 按鈕控件組

QT Creator UI設計師界面的按鈕組截圖如下：

image-20240304140809093

以下是對按鈕組控件的一些功能介紹：

（1）Push Button按壓按鈕：最普通的按鈕，按(點擊)按鈕命令計算機執行一些動作，或者回答問題，比如windows開始菜單里的重啟，注銷，關機等按鈕。

（2）Tool Button工具按鈕：工具按鈕通常是一個集合，一般集成在工具欄里。比如打開，保存，復制，粘貼，剪切等常用的操作。

（3）Radio Button單選按鈕：單選按鈕通常是兩個以上的形式出現在一塊，按鈕之間有互斥關系，每次只能選中一個。比如：一個人的性別只能選擇一個，不能同時是男性又是女性。

（4）Check Box復選框：復選框與單選按鈕概念相反，復選框通常表示多個可以同時存在的選項，比如一個人可以同時擁有多個愛好，比如讀書、看電影、爬山、游泳等。

（5）Command Link Button命令鏈接按鈕：一般用來打開的窗口或者網頁鏈接。

（6）Dialog Button Box標準按鈕盒：標準按鈕盒通常用于對話框程序；比如：常見的確認對話框有 “確定”“取消”等標準按鈕，Qt 將這些典型的按鈕做成標準按鈕盒，并將相應的信號加以封裝，方便程序員使用。

3.10 布局控件組

開發一個圖形界面應用程序，界面的布局影響到界面的美觀。前面的程序中都是使用UI界面拖控件，如果有多個按鈕，會出現大小難調整、位置難對齊等問題。Qt 提供的“布局管理“就很好的解決了控件擺放的問題。

以下是UI設計師界面的布局相關控件組：

image-20240304140914361

功能介紹：

（1）Vertical Layout：垂直布局

（2）Horizontal Layout：水平布局

（3）Grid Layout：網格布局

（4）Form Layout：窗體中布局

（5）Horizontal Spacers：水平空格，在布局中用來占位。

（6）Vertical Spacer：垂直空格，在布局中用來占位。

image-20240304140956243

3.11 基本布局控件

在UI設計界面添加一個布局控件，然后將需要布局的其他控件放入布局控件中即可完成布局，布局控件可以互相嵌套使用。（本節只介紹基本布局控件的使用）

以下是4種布局控件的效果：

image-20240304141035428

3.12 UI設計師的布局功能

在UI設計界面的左上角有一排快捷的布局選項，使用時選中兩個以上的控件，點擊其中一種布局方式就可以切換布局。

以下為布局的簡單示例圖：

image-20240304141115657

（1）為布局的選項。

（2）控件層次圖，可以看到控件的布局擺放層次。

如果想要控制某個控件的固定大小，不隨著布局改變大小，可以限定最大最小尺寸。選中控件鼠標右鍵–>大小限定->設置大小。

image-20240304141311256

水平布局與垂直布局：

image-20240304141335977

image-20240304141347209

水平布局將控件按照水平方式擺放，垂直布局將控件按照垂直方式擺放。鼠標拖動紅色布局框上的黑色方點，可以調整布局框的大小。隨著布局框的尺寸變化，包含的控件高度不會變化，寬度會隨著布局框變化。選中其中一個控件然后鼠標右鍵>點擊大小限定，可以限定控件的最大和最小尺寸。

分裂器水平布局與垂直布局：

image-20240304141412287

image-20240304141426088

分裂器方式布局，包含控件的高度和寬度都會隨著布局框的拉伸而改變。選中其中一個控件然后鼠標右鍵>點擊大小限定，可以限定控件的最大和最小尺寸。

窗體中布局與柵格布局：

image-20240304141449390

柵格（網格）布局器的基本單元是單元格，而窗體中布局（表單）的基本單元是行。隨著布局框的尺寸變化，包含的控件高度不會變化，寬度會隨著布局框變化。

設置主窗體布局方式：

設置主窗體的布局方式后，包含在主窗體內的控件會隨著窗體的拉伸自動調整大小。

image-20240304141518067

image-20240304141529003

四、上位機開發

4.1 Qt開發環境安裝

Qt的中文官網： https://www.qt.io/zh-cn/image-20221207160550486

image-20221207160606892

QT5.12.6的下載地址：https://download.qt.io/archive/qt/5.12/5.12.6

打開下載鏈接后選擇下面的版本進行下載：

如果下載不了，可以在網盤里找到安裝包下載： 飛書文檔記錄的網盤地址：https://ccnr8sukk85n.feishu.cn/wiki/QjY8weDYHibqRYkFP2qcA9aGnvb?from=from_copylink

軟件安裝時斷網安裝，否則會提示輸入賬戶。

安裝的時候，第一個復選框里的編譯器可以全選，直接點擊下一步繼續安裝。

image-20221203151742653

選擇編譯器： （一定要看清楚了）

image-20241028152725134

4.2 新建上位機工程

前面2講解了需要用的API接口，接下來就使用Qt設計上位機，設計界面，完成整體上位機的邏輯設計。

【1】新建工程

image-20240117144052547

【2】設置項目的名稱。

image-20250420200347498

【3】選擇編譯系統

image-20240117144239681

【4】選擇默認繼承的類

image-20240117144302275

【5】選擇編譯器

image-20241028153603487

【6】點擊完成

image-20240117144354252

【7】工程創建完成

image-20250420200411303

4.3 切換編譯器

在左下角是可以切換編譯器的。 可以選擇用什么樣的編譯器編譯程序。

目前新建工程的時候選擇了2種編譯器。 一種是mingw32這個編譯Windows下運行的程序。 一種是Android編譯器，可以生成Android手機APP。

不過要注意：Android的編譯器需要配置一些環境才可以正常使用，這個大家可以網上找找教程配置一下就行了。

windows的編譯器就沒有這么麻煩，安裝好Qt就可以編譯使用。

下面我這里就選擇的 mingw32這個編譯器，編譯Windows下運行的程序。

image-20250420200424965

4.4 編譯測試功能

創建完畢之后，編譯測試一下功能是否OK。

點擊左下角的綠色三角形按鈕。

image-20250420200442769

正常運行就可以看到彈出一個白色的框框。這就表示工程環境沒有問題了。 接下來就可以放心的設計界面了。

image-20250420200457319

4.5 設計UI界面與工程配置

【1】打開UI文件

image-20250420200514220

打開默認的界面如下：

image-20250420200526194

【2】開始設計界面

根據自己需求設計界面。

五、STM32代碼設計

5.1 硬件連線說明

序號傳感器模塊信號類型接STM32引腳說明
1紅外避障傳感器 ×3數字輸入PA0（前） PA1（左） PA2（右）高電平=障礙物，低電平=無障礙
2超聲波測距模塊 HC-SR04數字IOTRIG: PB0 ECHO: PB1發送/接收測距信號
3紅外跌落傳感器 ×3數字輸入PA3（前） PA4（左） PA5（右）高電平=懸空，低電平=有地面
4MPU6050 姿態模塊I2C通信SDA: PB7 SCL: PB6默認地址0x68
5灰塵傳感器 GP2Y1010模擬輸出PA6連接ADC采集灰塵濃度
6DS3231 RTC時鐘模塊I2C通信SDA: PB7 SCL: PB6與MPU6050共用I2C總線
7電壓檢測模塊模擬輸出PA7電池電壓模擬量檢測
8DFPlayer Mini語音模塊串口通信TX: PA9 RX: PA10使用USART1
9ESP8266通信模塊串口通信TX: PB10 RX: PB11使用USART3
10OLED 顯示屏（0.96寸）I2C通信SDA: PB9 SCL: PB8

5.2 傳感器代碼

當前項目使用的相關軟件工具已經上傳到網盤：https://ccnr8sukk85n.feishu.cn/wiki/QjY8weDYHibqRYkFP2qcA9aGnvb?from=from_copylink

1. GPIO 輸入配置（避障、跌落）

void GPIO_Sensor_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();// 避障與跌落傳感器輸入引腳：PA0~PA5GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3 | GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

2. ADC 模擬輸入配置（灰塵濃度、電壓檢測）

void ADC_Init(void)
{ADC_HandleTypeDef hadc1;__HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7;  // PA6:灰塵，PA7:電壓GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);hadc1.Instance = ADC1;hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;HAL_ADC_Init(&hadc1);
}

讀取ADC值函數（灰塵或電壓）：

uint16_t Read_ADC_Value(ADC_HandleTypeDef* hadc, uint32_t channel)
{ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};sConfig.Channel = channel;sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_71CYCLES_5;HAL_ADC_ConfigChannel(hadc, &sConfig);HAL_ADC_Start(hadc);HAL_ADC_PollForConversion(hadc, HAL_MAX_DELAY);uint16_t value = HAL_ADC_GetValue(hadc);HAL_ADC_Stop(hadc);return value;
}

3. 超聲波測距控制（TRIG/ECHO）

#define TRIG_PIN    GPIO_PIN_0
#define TRIG_PORT   GPIOB
#define ECHO_PIN    GPIO_PIN_1
#define ECHO_PORT   GPIOBvoid Ultrasonic_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();GPIO_InitStruct.Pin = TRIG_PIN;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(TRIG_PORT, &GPIO_InitStruct);GPIO_InitStruct.Pin = ECHO_PIN;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;HAL_GPIO_Init(ECHO_PORT, &GPIO_InitStruct);
}uint32_t Read_Ultrasonic(void)
{uint32_t t1, t2;HAL_GPIO_WritePin(TRIG_PORT, TRIG_PIN, GPIO_PIN_RESET);HAL_Delay(1);HAL_GPIO_WritePin(TRIG_PORT, TRIG_PIN, GPIO_PIN_SET);HAL_Delay(0.01);HAL_GPIO_WritePin(TRIG_PORT, TRIG_PIN, GPIO_PIN_RESET);while(HAL_GPIO_ReadPin(ECHO_PORT, ECHO_PIN) == GPIO_PIN_RESET);t1 = DWT->CYCCNT;while(HAL_GPIO_ReadPin(ECHO_PORT, ECHO_PIN) == GPIO_PIN_SET);t2 = DWT->CYCCNT;return (t2 - t1) / 72 / 58;  // 距離 cm（STM32 72MHz）
}

4. MPU6050、RTC、OLED 初始化建議（使用 I2C）

// I2C2 for MPU6050 + RTC
hi2c2.Instance = I2C2;
hi2c2.Init.ClockSpeed = 400000;
hi2c2.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
hi2c2.Init.OwnAddress1 = 0;
hi2c2.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
hi2c2.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
hi2c2.Init.OwnAddress2 = 0;
hi2c2.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
hi2c2.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
HAL_I2C_Init(&hi2c2);

5. 串口初始化（語音/ESP8266通信）

// USART1 (PA9/PA10) for DFPlayer
// USART3 (PB10/PB11) for ESP8266void UART_Init(void)
{huart1.Instance = USART1;huart1.Init.BaudRate = 9600;huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;HAL_UART_Init(&huart1);huart3.Instance = USART3;huart3.Init.BaudRate = 115200;huart3.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;huart3.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;huart3.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;huart3.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;huart3.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;huart3.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;HAL_UART_Init(&huart3);
}

5.3 項目核心代碼

當前項目使用的相關軟件工具已經上傳到網盤：https://ccnr8sukk85n.feishu.cn/wiki/QjY8weDYHibqRYkFP2qcA9aGnvb?from=from_copylink

（1）main.c 核心主流程框架

#include "main.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"
#include "i2c.h"
#include "adc.h"
#include "tim.h"
#include "oled.h"
#include "motor.h"
#include "sensor.h"
#include "wifi.h"
#include "voice.h"
#include "rtc.h"
#include "mpu6050.h"
#include "path_planning.h"void SystemClock_Config(void);int main(void)
{HAL_Init();SystemClock_Config();// 初始化外設MX_GPIO_Init();MX_USART1_UART_Init();MX_USART3_UART_Init();MX_ADC1_Init();MX_I2C1_Init();MX_I2C2_Init();MX_TIM2_Init();MX_TIM3_Init();// 模塊初始化OLED_Init();Motor_Init();Sensor_Init();Voice_Init();MPU6050_Init();RTC_Init();WiFi_Init();OLED_ShowString(0, 0, "Robot Start");Voice_Play(1); // 播放“啟動成功”while (1){if (RTC_CheckSchedule())  // 是否到達清掃時間{Clean_Start();}WiFi_Handle();  // MQTT通信處理HAL_Delay(100);  // 輪詢}
}

（2）掃地邏輯主控制 Clean_Start()

void Clean_Start(void)
{OLED_ShowString(0, 1, "Cleaning...");Voice_Play(2); // “開始清掃”PathPlanner_Init(); // 初始化路徑柵格while (!PathPlanner_Finished()){if (Sensor_IsFallDetected()){Motor_Stop();Voice_Play(3);  // “檢測到邊緣”Clean_EscapeEdge();continue;}if (Sensor_IsObstacleAhead()){Motor_Stop();Voice_Play(4);  // “前方有障礙”Clean_AvoidObstacle();continue;}if (Battery_Low()){Motor_Stop();Voice_Play(5);  // “電量不足，返回充電”Go_To_ChargingDock();return;}PathPlanner_Move();  // 路徑規劃并移動Sensor_CheckDustLevel(); // 檢測灰塵情況，決定清掃強度WiFi_UploadStatus();  // 上傳當前位置與狀態HAL_Delay(100);}OLED_ShowString(0, 1, "Done!");Voice_Play(6); // “清掃完成”Go_To_ChargingDock();
}

（3）邊緣檢測與防跌落處理函數

void Clean_EscapeEdge(void)
{Motor_Backward();HAL_Delay(500);Motor_TurnRight();HAL_Delay(300);Motor_Stop();
}

（4）避障處理函數

void Clean_AvoidObstacle(void)
{Motor_Backward();HAL_Delay(300);Motor_TurnLeft();HAL_Delay(500);Motor_Stop();
}

（5）路徑規劃（Z字遍歷）

int map[20][20];
int cur_x = 0, cur_y = 0, dir = 1;void PathPlanner_Init(void)
{memset(map, 0, sizeof(map));cur_x = 0;cur_y = 0;dir = 1;
}void PathPlanner_Move(void)
{map[cur_y][cur_x] = 1; // 標記已清掃int next_x = cur_x + (dir == 1 ? 1 : -1);if (next_x >= 0 && next_x < 20){cur_x = next_x;}else{cur_y++;dir = -dir;}Motor_Forward();HAL_Delay(200);Motor_Stop();
}int PathPlanner_Finished(void)
{return cur_y >= 20;
}

（6）傳感器檢測函數（sensor.c）

uint8_t Sensor_IsFallDetected(void)
{return HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_3) == GPIO_PIN_SET ||  // 前HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_4) == GPIO_PIN_SET ||  // 左HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_5) == GPIO_PIN_SET;    // 右
}uint8_t Sensor_IsObstacleAhead(void)
{return HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_SET;  // 前避障傳感器
}void Sensor_CheckDustLevel(void)
{uint16_t val = ADC_ReadValue(ADC_CHANNEL_6); // GP2Y1010 on PA6if (val > 3000){Motor_SetSpeed(HIGH); // 增強清掃}else{Motor_SetSpeed(NORMAL);}
}

（7）語音提示控制（DFPlayer）

void Voice_Play(uint8_t track)
{uint8_t cmd[] = {0x7E, 0xFF, 0x06, 0x03, 0x00, 0x00, track, 0xEF};HAL_UART_Transmit(&huart1, cmd, sizeof(cmd), 100);
}

（8）WIFI與MQTT通信處理

void WiFi_Handle(void)
{if (ESP8266_ReceiveMQTT("robot/ctrl") == CMD_STOP){Motor_Stop();Voice_Play(7); // “收到停止命令”}
}void WiFi_UploadStatus(void)
{char buf[64];sprintf(buf, "{\"x\":%d,\"y\":%d,\"bat\":%d}", cur_x, cur_y, Battery_GetLevel());ESP8266_PublishMQTT("robot/status", buf);
}

（9）回充定位處理

void Go_To_ChargingDock(void)
{// 簡化邏輯：持續前進直到檢測到紅外充電基座信號while (!HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_12)) // 充電基座紅外{Motor_Forward();HAL_Delay(100);}Motor_Stop();Voice_Play(8); // “已回到充電樁”
}

5.4 程序下載

也有視頻教程：

講解如何編譯代碼，下載STM32程序: https://www.bilibili.com/video/BV1Cw4m1e7Yc

打STM32的keil工程，編譯代碼、然后，使用USB線將開發板的左邊的USB口(串口1)與電腦的USB連接，打開程序下載軟件下載程序。

具體下載過程看下面圖：

image-20240319223247836

打開程序下載軟件：[軟件就在資料包里的軟件工具目錄下]

image-20240120160735942

5.5 程序正常運行效果

設備運行過程中會通過串口打印調試信息，我們可以通過串口打印了解程序是否正常。

程序下載之后，可以打開串口調試助手查看程序運行的狀態信息。[軟件就在資料包里的軟件工具目錄下]

image-20240327212042050

5.6 取模軟件的使用

顯示屏上會顯示中文，字母，數字等數據，可以使用下面的取模軟件進行取模設置。

[軟件就在資料包里的軟件工具目錄下]

image-20241024142522970

打開軟件之后：

image-20241127212320020

六、總結

本項目以STM32F103RCT6為核心控制器，完成了一套功能完善、運行穩定的掃地機器人系統設計與實現。系統融合了路徑規劃、障礙物避讓、邊緣檢測、防跌落控制、灰塵識別、自動回充、定時清掃、狀態顯示與語音提示等多種功能，具備較強的環境適應性與實用性。整機通過多傳感器協同感知環境變化，并結合智能算法進行決策，使得機器人能高效、安全地完成全覆蓋式清掃任務。

在系統軟硬件設計方面，充分發揮了STM32微控制器資源豐富、接口靈活、運算能力強等優勢。硬件模塊選型明確，接口連接合理，保障了系統穩定運行。軟件部分采用模塊化開發思路，邏輯清晰，功能劃分明確，便于后期維護與擴展。同時，通過ESP8266模塊實現了與手機APP之間的遠程通信，增強了用戶交互能力和系統智能化水平。

通過本項目的開發與調試，進一步驗證了STM32在智能機器人應用中的可行性和實用性，提升了開發者在嵌入式系統設計、智能控制、通信協議、傳感器融合等方面的綜合能力。項目成果在家庭清潔機器人領域具有良好的推廣價值和應用前景。

本文來自互聯網用戶投稿，該文觀點僅代表作者本人，不代表本站立場。本站僅提供信息存儲空間服務，不擁有所有權，不承擔相關法律責任。
如若轉載，請注明出處：http://www.pswp.cn/news/912116.shtml
繁體地址，請注明出處：http://hk.pswp.cn/news/912116.shtml
英文地址，請注明出處：http://en.pswp.cn/news/912116.shtml

如若內容造成侵權/違法違規/事實不符，請聯系多彩編程網進行投訴反饋email:809451989@qq.com，一經查實，立即刪除！

相關文章

什么是接口測試？

什么是接口測試？

2025最新Jmeter接口測試從入門到精通&#xff08;全套項目實戰教程&#xff09; 接口測試概念 接口測試是項目測試的一部分&#xff0c;它測試的主要對象是接口&#xff0c;是測試系統組件間接口的一種測試。接口測試主要用于檢測外部系統與所測系統之間以及內部各系統之間的交…
閱讀更多...
JDY-23藍牙模塊與電腦的連接方式

JDY-23藍牙模塊與電腦的連接方式

JDY-23藍牙模塊支持多種連接方式&#xff0c;包括SPP&#xff08;串口通信&#xff09;模式和BLE&#xff08;低功耗藍牙&#xff09;模式。以下是與電腦連接的具體方法&#xff1a; 1. 通過SPP模式連接 JDY-23模塊支持SPP協議&#xff0c;可以通過串口與電腦通信。以下是連接…
閱讀更多...
【網絡】Linux 內核優化實戰 - net.core.rmem_max

【網絡】Linux 內核優化實戰 - net.core.rmem_max

目錄 參數作用與原理默認值與查看方法調整場景與方法適用場景調整方法 與其他參數的協同性能影響與注意事項典型案例總結 net.core.rmem_max 是 Linux 內核中控制 套接字接收緩沖區&#xff08;Receive Buffer&#xff09;最大允許值 的參數。它與 net.core.rmem_default&#…
閱讀更多...
設計模式 | 工廠模式

設計模式 | 工廠模式

工廠模式&#xff08;Factory Pattern&#xff09; 是創建型設計模式的核心成員&#xff0c;它通過將對象創建的邏輯封裝起來&#xff0c;實現了創建與使用的解耦。本文將深入探討工廠模式的核心思想、實現技巧以及在C中的高效實現方式。 為什么需要工廠模式&#xff1f; 在軟…
閱讀更多...
數字孿生技術驅動UI前端變革：從靜態展示到動態交互的飛躍

數字孿生技術驅動UI前端變革：從靜態展示到動態交互的飛躍

hello寶子們...我們是艾斯視覺擅長ui設計、前端開發、數字孿生、大數據、三維建模、三維動畫10年經驗!希望我的分享能幫助到您!如需幫助可以評論關注私信我們一起探討!致敬感謝感恩! 在數字化轉型的深水區&#xff0c;數字孿生技術正以破竹之勢重構 UI 前端的技術邏輯與設計理念…
閱讀更多...
Django實戰：自定義中間件實現全鏈路操作日志記錄

Django實戰：自定義中間件實現全鏈路操作日志記錄

文章目錄 一、中間件介紹激活中間件生命周期 二、自定義中間件中間件鉤子函數基于類的中間件 三、實戰案例操作日志功能參考資料 一、中間件 介紹 在 Django 中&#xff0c;中間件&#xff08;Middleware&#xff09;是一組輕量級、底層的插件系統&#xff0c;用于全局地改變…
閱讀更多...
Java編程之迭代器模式（Iterator Pattern）

Java編程之迭代器模式（Iterator Pattern）

引言&#xff1a; 走進圖書館&#xff0c;你站在一排書架前&#xff0c;想要瀏覽書籍。你會一格格地從左到右翻閱書籍&#xff0c;而不是去研究書架是什么。 一本書一本書地翻&#xff0c;才知道書架上藏了什么書&#xff0c;研究書架的構造是不知道書籍的內容的。 這種“逐本…
閱讀更多...
ARM64 linux系統的一般執行過程

ARM64 linux系統的一般執行過程

1、正在運行的用戶進程X 2、發生異常&#xff08;包括系統調用等&#xff09;&#xff0c;CPU完成的工作&#xff1a;把當前程序指針寄存器PC放入ELR_EL1寄存器&#xff0c;把PSTATE放入SPSR_EL1寄存器&#xff0c;把異常產生的原因放在ESR_EL1寄存器&#xff0c;將異常向量表…
閱讀更多...
Vue3+ element 實現導入導出

Vue3+ element 實現導入導出

一、導入功能相關代碼分析 相關變量定義 importVisible&#xff1a;這是一個ref類型的響應式變量&#xff0c;用于控制導入對話框的顯示與隱藏&#xff0c;初始值為false。當用戶點擊 “導入” 按鈕時&#xff0c;會嘗試將其值設為true來顯示導入對話框&#xff0c;若出現異常則…
閱讀更多...
Git安裝（純小白版）

Git安裝（純小白版）

一、Git安裝 1. 簡介 Git是一款免費開源的分布式版本控制系統&#xff0c;常用于軟件開發。它能記錄文件在不同時間的改動&#xff0c;讓用戶在需要時查看、恢復舊版本。支持多人協作開發&#xff0c;多人可同時修改項目文件&#xff0c;Git會處理好沖突。開發者能在本地創建…
閱讀更多...
cocos2 本地根據文本內容生成二維碼

cocos2 本地根據文本內容生成二維碼

cocos2 本地根據文本內容生成二維碼 之前做了一個功能&#xff0c;就是cocos2小游戲&#xff0c;結算頁面需要有一個二維碼&#xff0c;二維碼內容是一個網址&#xff0c;這個網址需要根據用戶游玩分數確定訪問哪個網址&#xff0c;但是這個小游戲是單機小游戲&#xff0c;不連…
閱讀更多...
87.xilinx FPGA讀取器件id方法

87.xilinx FPGA讀取器件id方法

dout數據高位先出msb module chip_id_reader(input clk,input reset,output [56:0] dna_value,output dna_valid );reg [6:0] bit_count;reg [56:0] dna_shift_reg;reg dna_read;reg dna_shift;wire dna_out;// 實例化DNA_PORT原語DNA_PORT #(.SIM_DNA_VALUE(57h123456789ABCD…
閱讀更多...
AcWing--數據結構（二）

AcWing--數據結構（二）

Trie 樹 用來高效的快速存儲和查找字符串集合的數據結構 如存儲&#xff1a;abcdef,abdef,aced,... 從根節點開始存儲&#xff0c;從前往后存儲&#xff0c;看是否有a&#xff0c;沒有就創建&#xff0c;依次存儲。 一般在最后一個字符打個標記&#xff0c;意思就是當前字符…
閱讀更多...
論基于架構的軟件設計方法（ABSD）及應用

論基于架構的軟件設計方法（ABSD）及應用

2025年3月22日作 題目 基于架構的軟件設計&#xff08;Architecture-Based Software Design, ABSD&#xff09;方法以構成軟件架構的商業、質量和功能需求等要素來驅動整個軟件開發過程。ABSD是一個自頂向下&#xff0c;遞歸細化的軟件開發方法&#xff0c;它以軟件系統功能的…
閱讀更多...
【Docker基礎】Docker容器管理：docker exec詳解

【Docker基礎】Docker容器管理：docker exec詳解

目錄 1 docker exec命令概述 1.1 命令定位與作用 1.2 與相似命令對比 2 基本語法與參數解析 2.1 完整命令語法 2.2 核心參數詳解 2.2.1 -i, --interactive 2.2.2 -t, --tty 2.2.3 -d, --detach 2.2.4 -e, --env 2.2.5 -u, --user 2.2.6 -w, --workdir 3 典型使用場…
閱讀更多...
CSS3實現同心圓效果

CSS3實現同心圓效果

效果圖&#xff1a; 文本左側顯示一個 外圓&#xff08;30px&#xff0c;半透明&#xff09; 和 內圓&#xff08;12px&#xff0c;實色&#xff09; 的同心圓&#xff1a; <!DOCTYPE html> <html> <head><style>.text-with-circles {position: rela…
閱讀更多...
Spring Boot項目開發實戰銷售管理系統——系統設計！

Spring Boot項目開發實戰銷售管理系統——系統設計！

Spring Boot項目開發實戰——銷售管理系統 在前面的章節中我們詳細介紹了Spring Boot各個功能的使用&#xff0c;本章將新建一個銷售管理系統項目&#xff0c;演示項目從需求分析到功能分解&#xff0c;再到各個功能的實現過程&#xff0c;最后再使用Docker部署上線的完整過程…
閱讀更多...
RK3588開發筆記-Hailo AI模塊調試

RK3588開發筆記-Hailo AI模塊調試

目錄 前言 一、RK3588 與 Hailo AI 模塊簡介 RK3588 Hailo AI 模塊 二、原理圖連接 三、內核配置 四、Hailo驅動編譯 五、Hailo模塊驗證 總結 前言 在邊緣計算和人工智能應用不斷發展的今天，將高性能的 AI 模塊與功能強大的開發板相結合，能為各種創新應用提供堅實的基…
閱讀更多...
【Pytorch】語言模型上的動態量化

【Pytorch】語言模型上的動態量化

目錄 ■導言 ①定義模型 ②加載文本數據 ③加載預訓練模型 ④測試動態量化 ■結論 ■導言 量化涉及將模型的權重和激活從float轉換為int&#xff0c;這可以導致更小的模型大小和更快的推理&#xff0c;并且只對準確性造成很小的影響。 本文將把最簡單的量化形式-動態量…
閱讀更多...
【有啥問啥】大模型效率部署之Prefill-Decode分離

【有啥問啥】大模型效率部署之Prefill-Decode分離

大模型效率部署之Prefill-Decode分離 Prefill 與 Decode 階段定義與流程 LLM 推理分為兩個階段&#xff1a;預填充&#xff08;Prefill&#xff09;和解碼&#xff08;Decode&#xff09;。在 Prefill 階段&#xff0c;模型將完整地處理用戶輸入的所有提示詞&#xff08;prom…
閱讀更多...
最新文章

Copyright @ 2022~2023