STM32 스마트 자동차(선 추적, 추종, 장애물 회피, 속도 측정, 블루투스, Wi-Fi, 4G, 음성 인식) 종합 가이드

1. 모듈 구동

1.1 모터 모듈 개발

L9110s 모듈은 양방향 DC 모터 제어에 사용됩니다. 모듈의 작동 원리는 다음과 같습니다:

IA1에 하이 레벨 입력, IB1에 로우 레벨 입력 시 모터 정방향 회전
IA1에 로우 레벨 입력, IB1에 하이 레벨 입력 시 모터 역방향 회전

연결 방식:

B-1A -- PA0
B-1B -- PB1
A-1A -- PA1
A-1B -- PB10

기본 동작 코드:

motor.c

#include "motor.h"

void 자동차_전진(void)
{
    // 좌측 모터
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_10, GPIO_PIN_RESET);
    // 우측 모터
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
}

void 자동차_후진(void)
{
    // 좌측 모터
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_10, GPIO_PIN_SET);
    // 우측 모터
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);
}

void 자동차_좌회전(void)
{
    // 좌측 모터
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_10, GPIO_PIN_RESET);
    // 우측 모터
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
}

void 자동차_우회전(void)
{
    // 좌측 모터
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_10, GPIO_PIN_RESET);
    // 우측 모터
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
}

void 자동차_정지(void)
{
    // 좌측 모터
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_10, GPIO_PIN_SET);
    // 우측 모터
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
}

1.2 PWM 속도 제어

PWM(펄스 폭 변조)를 사용한 모터 속도 제어 원리:

전체 속도로 전진: LeftCon1A = 0; LeftCon1B = 1;
완전 정지: LeftCon1A = 0; LeftCon1B = 0;
주기(예: 20ms) 내에서 전진 시간이 길수록 속도가 빨라짐

PWM 속도 제어 코드:

// 메인 함수 내
TIM_HandleTypeDef htim2;

void PWM_속도_제어_테스트(void)
{
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_2);
    
    while (1)
    {
        // 저속
        __HAL_TIM_SetCompare(&htim2, TIM_CHANNEL_1, 8);
        __HAL_TIM_SetCompare(&htim2, TIM_CHANNEL_2, 8);
        HAL_Delay(1000);
        
        // 중속
        __HAL_TIM_SetCompare(&htim2, TIM_CHANNEL_1, 15);
        __HAL_TIM_SetCompare(&htim2, CHANNEL_2, 15);
        HAL_Delay(1000);
        
        // 고속
        __HAL_TIM_SetCompare(&htim2, TIM_CHANNEL_1, 25);
        __HAL_TIM_SetCompare(&htim2, CHANNEL_2, 25);
        HAL_Delay(1000);
    }
}

1.3 PWM를 이용한 회전 제어

회전 원리:

우회전: 좌측 모터 속도 > 우측 모터 속도
좌회전: 우측 모터 속도 > 좌측 모터 속도

PWM 회전 제어 코드:

void 회전_테스트(void)
{
    while (1)
    {
        // 우회전
        __HAL_TIM_SetCompare(&htim2, TIM_CHANNEL_1, 10);  // 좌측 모터: 중속
        __HAL_TIM_SetCompare(&htim2, TIM_CHANNEL_2, 20);  // 우측 모터: 고속
        HAL_Delay(1000);
        
        // 좌회전
        __HAL_TIM_SetCompare(&htim2, TIM_CHANNEL_1, 20);  // 좌측 모터: 고속
        __HAL_TIM_SetCompare(&htim2, TIM_CHANNEL_2, 10);  // 우측 모터: 중속
        HAL_Delay(1000);
    }
}

2. 선 추적 자동차

2.1 TCRT5000 센서 소개

TCRT5000 적외선 선 추적 센서 작동 원리:

적외선 발 다이오드가 지속적으로 적외선을 발사
검은색 선은 적외선을 흡수하므로, 센서는 검은색을 감지하면 하이 레벨 출력
흰색 배경은 적외선을 반사하므로, 센서는 흰색을 감지하면 로우 레벨 출력

연결 방식:

VCC: 전원 양극(3-5V)
GND: 전원 음극
DO: TTL 스위치 신호 출력(0 또는 1)
AO: 아날로그 신호 출력(일반적으로 연결하지 않음)

2.2 선 추적 제어 원리

선 추적 알고리즘:

양쪽 센서 모두 흰색 감지: 전진
좌측 센서만 검은색 감지: 우회전
우측 센서만 검은색 감지: 좌회전
양쪽 센서 모두 검은색 감지: 정지

2.3 선 추적 핵심 코드

연결 방식:

선 추적 센서(좌측) -- PB3
선 추적 센서(우측) -- PB4

#define 좌측_센서값 HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_3)
#define 우측_센서값 HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_4)

void 선_추적_제어(void)
{
    if (좌측_센서값 == GPIO_PIN_RESET && 우측_서서값 == GPIO_PIN_RESET)
        자동차_전진();
    else if (좌측_센서값 == GPIO_PIN_SET && 우측_센서값 == GPIO_PIN_RESET)
        자동차_우회전();
    else if (좌측_센서값 == GPIO_PIN_RESET && 우측_센서값 == GPIO_PIN_SET)
        자동차_좌회전();
    else if (좌측_센서값 == GPIO_PIN_SET && 우측_센서값 == GPIO_PIN_SET)
        자동차_정지();
}

2.4 부드러운 회전 구현

PWM를 이용한 부드러운 회전 구현:

void 부드러운_회전_제어(void)
{
    if(좌측_센서값 == GPIO_PIN_RESET && 우측_센서값 == GPIO_PIN_RESET)
    {
        // 직진
        __HAL_TIM_SetCompare(&htim2, TIM_CHANNEL_1, 25);
        __HAL_TIM_SetCompare(&htim2, TIM_CHANNEL_2, 25);
    }
    else if(좌측_센서값 == GPIO_PIN_SET && 우측_센서값 == GPIO_PIN_RESET)
    {
        // 우회전 (좌측 속도 > 우측 속도)
        __HAL_TIM_SetCompare(&htim2, TIM_CHANNEL_1, 20);
        __HAL_TIM_SetCompare(&htim2, TIM_CHANNEL_2, 10);
    }
    else if(좌측_센서값 == GPIO_PIN_RESET && 우측_센서값 == GPIO_PIN_SET)
    {
        // 좌회전 (우측 속도 > 좌측 속도)
        __HAL_TIM_SetCompare(&htim2, TIM_CHANNEL_1, 10);
        __HAL_TIM_SetCompare(&htim2, TIM_CHANNEL_2, 20);
    }
    else if(좌측_센서값 == GPIO_PIN_SET && 우측_센서값 == GPIO_PIN_SET)
    {
        // 정지
        자동차_정지();
    }
}

3. 추종/장애물 회피 자동차

3.1 적외선 장애물 감지 센서

작동 원리:

선 추적 센서와 유사하나, 적외선 방향이 수평으로 향함
장애물이 가까이 있으면 적외선이 반사되어 로우 레벨 출력
장애물이 없으면 적외선이 반사되지 않아 하이 레벨 출력

3.2 추종 자동차 원리

추종 알고리즘:

좌측 센서 장애물 감지, 우측 센서 미감지: 우회전
우측 센서 장애물 감지, 좌측 센서 미감지: 좌회전
양쪽 센서 모두 장애물 감지: 전진
양쪽 센서 모두 장애물 미감지: 정지

3.3 추종 자동차 코드

연결 방식:

추종 센서(좌측) -- PB5
추종 센서(우측) -- PB6

#define 좌측_추종_센서값 HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_5)
#define 우측_추종_센서값 HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_6)

void 추종_제어(void)
{
    if(좌측_추종_센서값 == GPIO_PIN_RESET && 우측_추종_센서값 == GPIO_PIN_RESET)
        자동차_전진();
    else if(좌측_추종_센서값 == GPIO_PIN_SET && 우측_추종_센서값 == GPIO_PIN_RESET)
        자동차_우회전();
    else if(좌측_추종_센서값 == GPIO_PIN_RESET && 우측_추종_센서값 == GPIO_PIN_SET)
        자동차_좌회전();
    else if(좌측_추종_센서값 == GPIO_PIN_SET && 우측_추종_센서값 == GPIO_PIN_SET)
        자동차_정지();
}

3.4 초음파 센서 소개

HC-SR04 초음파 센서 작동 원리:

Trig 핀에 최소 10us 하이 레벨 신호 발생
Echo 핀이 로우에서 하이로 변하면 초음파 발사 시작
Echo 핀이 하이에서 로우로 변하면 초음파 수신 완료
Echo 핀의 하이 레벨 유지 시간으로 거리 계산
거리(cm) = (시간(us) * 340m/s) / 2 / 10000

3.5 서보 모터 소개

SG90 서보 모터 특성:

PWM 신호로 각도 제어 (주파수 약 50Hz, 주기 20ms)
각도 제어 범위: 0° ~ 180°
각도별 PWM 펄스 폭:
0.5ms: 0° (CCRx = 5)
1.0ms: 45° (CCRx = 10)
1.5ms: 90° (CCRx = 15)
2.0ms: 135° (CCRx = 20)
2.5ms: 180° (CCRx = 25)

3.6 장애물 회피 자동차 코드

연결 방식:

서보 모터 -- PB9
초음파 센서 Trig -- PB7
초음파 센서 Echo -- PB8

서보 모터 제어 코드:

servo.c

#include "servo.h"
#include "gpio.h"
#include "tim.h"

void 서보_초기화(void)
{
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim4, TIM_CHANNEL_4);
    서보_중앙위치();
}

void 서보_중앙위치(void)
{
    __HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_4, 15); // 90°
}

void 서보_좌측위치(void)
{
    __HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_4, 5); // 0°
}

void 서보_우측위치(void)
{
    __HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_4, 25); // 180°
}

초음파 센서 코드:

ultrasonic.c

#include "ultrasonic.h"
#include "gpio.h"
#include "tim.h"

void TIM2_Delay_us(uint16_t us)
{
    __HAL_TIM_ENABLE(&htim2);
    __HAL_TIM_SetCounter(&htim2, 0);
    while(__HAL_TIM_GetCounter(&htim2) < us);
    __HAL_TIM_DISABLE(&htim2);
}

double 거리_측정(void)
{
    // 1. Trig에 10us 하이 레벨 신호 발생
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_SET);
    TIM2_Delay_us(20);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_RESET);
    
    // 2. Echo가 하이 레벨로 변하면 타이머 시작
    while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_8) == GPIO_PIN_RESET);
    HAL_TIM_Base_Start(&htim2);
    __HAL_TIM_SetCounter(&htim2, 0);
    
    // 3. Echo가 로우 레벨로 변하면 타이머 정지
    while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_8) == GPIO_PIN_SET);
    HAL_TIM_Base_Stop(&htim2);
    
    // 4. 거리 계산
    uint32_t 시간 = __HAL_TIM_GetCounter(&htim2);
    return (시간 * 0.034 / 2); // cm 단위
}

장애물 회피 메인 코드:

#define MIDDLE 0
#define LEFT 1
#define RIGHT 2

char 서보_방향 = MIDDLE;
double 중앙_거리, 좌측_거리, 우측_거리;

void 장애물_회피_제어(void)
{
    // 서보 중앙 위치
    if(서보_방향 != MIDDLE){
        서보_중앙위치();
        서보_방향 = MIDDLE;
        HAL_Delay(300);
    }
    
    중앙_거리 = 거리_측정();
    
    if(중앙_거리 > 35){
        // 전진
        자동차_전진();
    }
    else if(중앙_거리 < 10){
        // 후진
        자동차_후진();
    }
    else
    {
        // 정지 후 좌우 거리 측정
        자동차_정지();
        
        // 좌측 거리 측정
        서보_좌측위치();
        HAL_Delay(300);
        좌측_거리 = 거리_측정();
        
        // 중앙 복귀
        서보_중앙위치();
        HAL_Delay(300);
        
        // 우측 거리 측정
        서보_우측위치();
        서보_방향 = RIGHT;
        HAL_Delay(300);
        우측_거리 = 거리_측정();
        
        // 방향 결정
        if(좌측_거리 < 우측_거리){
            자동차_우회전();
            HAL_Delay(150);
            자동차_정지();
        }
        else{
            자동차_좌회전();
            HAL_Delay(150);
            자동차_정지();
        }
    }
    HAL_Delay(50);
}

4. 속도 측정 자동차

4.1 인코더 모듈

인코더 모듈 특성:

모터 회전 속도 측정에 사용
회전체의 구멍을 통과할 때마다 펄스 출력
구멍이 있으면 하이 레벨, 없으면 로우 레벨 출력

연결 방식:

VCC: 3.3V (5V 연결 시 중복 트리거 발생)
OUT: PB14

4.2 속도 측정 원리

속도 계산 방법:

바퀴 1회전 거리 = 2 × π × 반지름 = π × 지름 (6.5cm)
인코더 1회전당 20개 펄스
1펄스당 이동 거리 = π × 6.5cm / 20 ≈ 1.02cm
1초간 펄스 수 측정 → 속도(cm/s) = 펄스 수

4.3 속도 측정 코드

unsigned int 펄스_카운트 = 0;

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
    if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_14)
        if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_14) == GPIO_PIN_RESET)
            펄스_카운트++;
}

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    printf("속도: %d cm/s\n", 펄스_카운트);
    펄스_카운트 = 0;
}

// 메인 함수
void 속도_측정_시작(void)
{
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2); // 1초 주기 타이머 인터럽트 시작
}

4.4 OLED 화면에 속도 표시

연결 방식:

SCL -- PB6
SDA -- PB7

OLED 표시 코드:

#include "oled.h"
#include "i2c.h"
#include "oledfont.h"

char 속도_메시지[24];

void 속도_표시(int 속도값)
{
    sprintf(속도_메시지, "속도:%2d cm/s", 속도값);
    Oled_Show_Str(2, 2, 속도_메시지);
}

// 인터럽트 콜백에서 호출
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    속도_표시(펄스_카운트);
    펄스_카운트 = 0;
}

5. 원격 제어 자동차

5.1 블루투스 제어

블루투스 모듈 특성:

시리얼 투전 모드로 동작
AT 명령어로 설정
데이터를 그대로 전달 (투전 기능)

블루투스 제어 코드:

#include "bluetooth.h"
#include "motor.h"

char 수신_버퍼[20];

void 블루투스_명령_처리(void)
{
    if(!strcmp(수신_버퍼, "전진")){
        자동차_전진();
        HAL_Delay(10);
    }
    else if(!strcmp(수신_버퍼, "후진")){
        자동차_후진();
        HAL_Delay(10);
    }
    else if(!strcmp(수신_버퍼, "좌회전")){
        자동차_좌회전();
        HAL_Delay(10);
    }
    else if(!strcmp(수신_버퍼, "우회전")){
        자동차_우회전();
        HAL_Delay(10);
    }
    else{
        자동차_정지();
    }
}

5.2 Wi-Fi 제어

ESP-01s Wi-Fi 모듈 특성:

AT 명령어 인터페이스
AP/Station 모드 지원
TCP/UDP 프로토콜 지원

Wi-Fi 연결 코드:

void WiFi_연결_설정(void)
{
    // Wi-Fi 모드 설정
    AT_명령_전송("AT+CWMODE=1\r\n");
    HAL_Delay(1000);
    
    // AP 연결
    AT_명령_전송("AT+CWJAP=\"SSID\",\"PASSWORD\"\r\n");
    HAL_Delay(3000);
    
    // TCP 서버 시작
    AT_명령_전송("AT+CIPMUX=1\r\n");
    HAL_Delay(1000);
    AT_명령_전송("AT+CIPSERVER=1,8080\r\n");
    HAL_Delay(1000);
}

5.3 4G 제어

EC03-DNC 4G 모듈 특성:

시리얼 AT 명령어 인터페이스
투전 모드 지원
TCP/UDP 프로토콜 지원

4G 제어 코드: (블루투스 코드와 유사하나, 연결 방식만 변경)

void 모듈_초기화(void)
{
    // 4G 모듈 시작
    AT_명령_전송("AT\r\n");
    HAL_Delay(1000);
    
    // 네트워크 연결 확인
    AT_명령_전송("AT+CREG?\r\n");
    HAL_Delay(1000);
    
    // TCP 서버 연결
    AT_명령_전송("AT+CIPSTART=0,\"TCP\",\"서버_IP\",포트\r\n");
    HAL_Delay(2000);
}

6. 음성 인식 제어

6.1 음성 모듈 설정

SU-03T/LD3320 음성 인식 모듈 특성:

미리 정의된 음성 명령어 인식
시리얼 인터페이스
최대 10개 명령어 저장 가능

연결 방식:

음성 모듈 제어 핀 -- PA15 (추종 모드)
음성 모듈 제어 핀 -- PA13 (장애물 회피 모드)
음성 모듈 제어 핀 -- PA14 (선 추적 모드)

6.2 음성 제어 코드

#define 추종_모드 1
#define 장애물_회피_모드 2
#define 선_추적_모드 3

int 현재_모드 = 0;

void 음식_인식_모드_전환(int 모드)
{
    if(모드 == 추종_모드){
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_SET);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_RESET);
        현재_모드 = 추종_모드;
    }
    else if(모드 == 장애물_회피_모드){
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_RESET);
        현재_모드 = 장애물_회피_모드;
    }
    else if(모드 == 선_추적_모드){
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_SET);
        현재_모드 = 선_추적_모드;
    }
}

void 메인_제어_루프(void)
{
    // 음성 명령어에 따른 모드 전환
    if(음식_인식_완료()){
        if(strcmp(인식된_명령어, "추종") == 0){
            음식_인식_모드_전환(추종_모드);
        }
        else if(strcmp(인식된_명령어, "회피") == 0){
            음식_인식_모드_전환(장애물_회피_모드);
        }
        else if(strcmp(인식된_명령어, "추적") == 0){
            음식_인식_모드_전환(선_추적_모드);
        }
    }
    
    // 현재 모드에 따라 제어
    switch(현재_모드){
        case 추종_모드:
            추종_제어();
            break;
        case 장애물_회피_모드:
            장애물_회피_제어();
            break;
        case 선_추적_모드:
            선_추적_제어();
            break;
    }
}

태그: STM32 스마트 자동차 PWM 제어 선 추적 초음파 센서

6월 29일 22:13에 게시됨

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STM32 스마트 자동차(선 추적, 추종, 장애물 회피, 속도 측정, 블루투스, Wi-Fi, 4G, 음성 인식) 종합 가이드

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