Rover autonome sur STM32 : évitement d'obstacles en bare-metal

Contexte

Projet de Licence à l'UBS Lorient (L3 Systèmes Numériques, Informatique Embarquée et Objets Connectés), en mars 2025. Le rover a deux moteurs à courant continu et doit avancer seul en évitant les obstacles, à l'aide d'un capteur à ultrasons et d'un capteur infrarouge.

Le programme est écrit en C sur un STM32F4, en bare-metal : pas de système d'exploitation temps réel. La boucle principale est vide. Tout le travail est fait dans des interruptions, déclenchées par des timers matériels.

Quatre timers, quatre rôles

Le capteur infrarouge est lu par l'ADC 12 bits, déclenché par TIM2. Le callback de fin de conversion convertit la tension en distance. Le processeur ne fait donc aucune attente active pour ce capteur.

Mesurer une distance par ultrason

Le programme envoie une impulsion de 15 µs sur la broche Trig, puis chronomètre la durée de l'écho avec TIM3. La distance vient de la vitesse du son : 0,0343 cm par microseconde, divisée par deux pour l'aller-retour.

dist = (fin - debut) * 0.0343 / 2;   // durée de l'écho en µs, distance en cm

La décision : une machine à états non bloquante

À chaque interruption de TIM4, le programme mesure la distance et choisit une action :

• au-delà de 80 cm, le rover avance vite ;
• entre 15 et 80 cm, il ralentit proportionnellement à la distance, avec une vitesse minimale pour ne pas caler ;
• sous 15 cm à l'ultrason, ou sous 10 cm à l'infrarouge, il s'arrête, attend 500 ms, puis tourne à droite pendant une seconde.

La manœuvre d'évitement est une machine à états. Elle ne contient aucun HAL_Delay : chaque étape compare le temps écoulé avec HAL_GetTick() et passe à l'étape suivante lors d'une interruption ultérieure. Une attente dans une interruption bloquerait tout le reste du programme.

case 0:  arreter();  timenow = HAL_GetTick();  etat = 1;  break;
case 1:  if (HAL_GetTick() - timenow > 500)  etat = 2;    break;
case 2:  tourner(15);
         if (HAL_GetTick() - timenow > 1500) etat = 0;    break;

Limites

En relisant le code, trois points seraient à reprendre :

• La mesure ultrason attend l'écho à l'intérieur de l'interruption, jusqu'à 40 ms d'attente active. Une capture d'entrée (input capture) sur un timer mesurerait l'écho sans bloquer.
• Avec le réglage de TIM4, la décision n'est prise qu'environ une fois par seconde. C'est lent pour éviter un obstacle, et les délais de 500 ms de la machine à états sont en pratique arrondis à la seconde.
• La liaison UART est configurée à 115 200 bauds mais n'est pas utilisée : il n'y a aucune remontée de mesures pour le débogage.

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