第十四届全国海洋航行器设计与制作大赛

F1帆船模型竞速 - 现代帆船竞速

团队名：海洋Rose队

队长：徐子正    队员：赵禹惟、王昊凯、张浩、胡焕峥

指导老师：闫劢、冯晨

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一、项目简介

本项目为 “第十四届全国海洋航行器设计与制作大赛 - F1帆船模型竞速” 的软件控制部分，使用 STM32F103C8T6 微控制器实现红外数据采集、舵机角度控制与通信调试，完成自动控制路径跟踪功能。

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二、成果展示

1. 水上行驶


2. EDA 布局图


3. 电路板

注：原视频见 演示视频

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三、项目主体结构

User/
├── GPIO/                   # GPIO初始化，包含红外、PWM引脚配置
│   ├── GPIO.c
│   └── GPIO.h
│
├── Timer1/                 # TIM3定时中断，每67ms触发一次数据处理与舵机控制
│   ├── Timer1.c
│   └── Timer1.h
│
├── Usart1/                 # USART1串口初始化及数据发送函数
│   ├── usart1.c
│   └── usart1.h
│
├── pwm/                    # PWM输出模块（TIM1与TIM3控制舵机）
│   ├── pwm.c
│   └── pwm.h
│
├── main.c                  # 主程序入口，包含红外采集与控制主循环
│
├── stm32f10x_conf.h        # 标准外设库配置文件
├── stm32f10x_it.c          # 中断服务函数实现
└── stm32f10x_it.h          # 中断服务函数声明

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四、具体说明

1. 功能概述

模块	功能描述
GPIO	配置红外接收输入、PWM输出及串口通信引脚
PWM	通过 TIM1（PA8）和 TIM3（PA7）输出 PWM 控制信号
Timer1	配置 TIM3 每 67ms 触发一次中断，用于红外信号处理与舵机角度计算
USART1	初始化串口 9600 波特率，支持 printf 重定向，便于蓝牙或串口调试
主逻辑	实时读取 15 路红外传感器数据，识别红外信号区域，计算舵机角度，并输出控制信号

2. 硬件引脚连接

模块	引脚	说明
PWM输出1	PA8	TIM1_CH1 控制主舵机角度
PWM输出2	PA7	TIM3_CH2 预留控制第二通道
USART1 - TX	PA9	串口发送（连接蓝牙模块）
USART1 - RX	PA10	串口接收
红外接收	PB3~PB5、PB10~PB15、PC6~PC7、PC10~PC12、PD2、PA15	共15路红外输入信号

注：通过关闭 JTAG 释放 PB3~PB5 端口用于红外输入

3. 核心控制算法

• 红外采样逻辑：采用边沿检测替代电平累加，将高速信号采集与低速控制决策分离，保证红外脉冲计数的准确性和系统控制的稳定性
• 定时处理：TIM3中断每67ms触发一次，完成以下任务：
  1. 分类红外区域（左/中/右）信号强度
  2. 丢信号检测与上次角度保持处理
  3. 寻找信号连续的最大块，计算其重心位置作为角度输入
  4. 输出 PWM 控制信号至舵机（角度范围 900 ~ 2100）
• 调试信息：当开启 bluetoothsend = 1 时，通过串口输出传感器数据、角度值、PWM控制量等调试信息。

4. PWM 占空比角度转化 PD 算法

angle_pwm = 1500 - (int)((angle - 8) * 200) + (angle - anglelast) * 40;

注：angle_pwm 限制在 [900, 2100] 范围内

5. 烧录方法 (兼容 win / macOS)

注：由于 Coder 是一名 mac 重度使用者🧑🏻‍💻，这里以少为人知的 mac 使用方法作为讲解

1. 通过 Terminal 执行 brew install stlink 下载烧录工具，用于与ST-Link V2和电脑之间通信
2. 通过 st-info --probe 查看电脑是否识别到 STM 芯片，如果识别到，大致格式如下：

Found 1 stlink programmers
  version:    V2J37S7
  serial:     37FF71064E573436FC871343
  flash:      262144 (pagesize: 2048)
  sram:       65536
  chipid:     0x414
  dev-type:   F1xx_HD

3. 通过 Crossover 基于 x86 to arm 的 wine 配置转译运行的 Keil µVision5 生成项目对应 .bin 二进制文件
4. 通过 st-flash write XXX.bin 0x8000000 将 .bin 文件 (如 BH-F103.bin) 烧录到对应 STM 芯片中

注1：执行 st-flash 一般需要先执行 st-flash erase 用于擦除芯片旧二进制信息

注2：据 st-link 命令行工具官方说明，st-link version 1.8.0 之后将不再提供对 mac 的支持，详见 stlink-org/stlink

6. 蓝牙串口读取方法 (兼容 win / macOS)

1. 下载 bleak 库实现 BLE 协议 蓝牙通信pip install bleak
2. 配置 UUID 为 BT16 模块，即
   • Service UUID: 0000FFE0-0000-1000-8000-00805F9B34FB
   • Notify UUID: 0000FFE1-0000-1000-8000-00805F9B34FB
   • Write UUID: 0000FFE2-0000-1000-8000-00805F9B34FB
3. 执行对应 监听代码 即可读取串口信息
4. 通过 正则表达式 过滤无关信息获得 Vendor specific: bytearray 中串口内容

注：在 macOS Sequoia 大版本之后，mac 在 kernal 层不再支持对传统 SPP 协议蓝牙模块的支持 (如 HC-05)，BLE 因而成为首选

7. 关键参数说明

参数	默认值	说明
TIM3 周期	674	对应约 67ms 中断周期
PWM 主舵机通道	TIM1_CH1 / PA8	控制主向偏转角
中心角度基准	1500	舵机中位值
红外采样窗口	15通道	从 IRM1 ~ IRM15 并行处理

⚠️ License: 该项目非开源. 详见 LICENSE.

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