基于msp430的多功能小车

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1、基于MSP430的多功能小车1.黄艳刚，2.刘董科，3.黄亮（湖北武汉中国地质大学430074）摘要：木小车以MSP超低功耗单片机MSP430F168为控制核心，通过各种传感器采集外部信号，经过信号放大及滤波电路对信号进行处理后，利用单片机进行综合判别及对信号的运算处理，通过指令控制执行部件工作。结合各信号处理及控制电路实现了小车的寻迹、避障、避悬崖、寻光、语音录放等功能，并且能够精确地在停车线附近停车。木设计采用单片机输出PWM信号给集成驱动芯片来控制直流电机，使用了反射式红外传感器ST188检测红外线信号来矫正行车路线以及躲避障碍物和悬崖，通过光敏电阻检

2、测光强。多传感器并行工作，MCU则提供外部检测信号综合处理，并控制小车的正确运行。关键字：MSP430F168PWM寻迹避障避悬崖语音录放前言:多功能小车采用MSP430F168为控制器，采用多传感器进行信息采集，运用反射式红外传感器ST188进行路径检测和速度控制。另外，釆用PWM技术控制小车电机的转向与转速，系统还扩展了语音录放及趋光等功能。此外，寻迹算法的采用使小车行进性能更加优越。1.系统方案设计和论证系统可以划分为以下几个基木模块，其模块组成1.1控制核心的选择釆用以MSP430F168为控制核心，所有编程语言围绕MSP430F168进行描述。MS

3、P430F168单片机，功耗低、运算速度快、精度高、外围模块丰富，像该单片机片上自带的比较捕获单元能够方便的产生频率和占空比可调的PWM信号，比其他单片机使用定时器来实现方便得多。1.2检测方案的选择红外线光电传感器ST188能够检测到一定距离内自身发射的红外线信号，以下各功能模块的实现基于它的这个特性。寻迹时小车行驶的跑道贴有黑色胶带,通过不同颜色背景对于光线的反射系数不同能够实现对寻迹吋黑线的检测；而在避障环节则通过传感器能杏接受到自身发出的红外线来判断前方是杏存在障碍物；避悬崖实现原理与此类似，只是传感器安装方式不同。使用ST188可以方便地实现实吋监

4、控，有效的防止误触发，灵敏度容易控制，而且可以改变电阻来增加红外光电传感器的探测距离，因此选择方案三。1.3电机选择以及驱动方案采用减速直流电机。减速直流电机有很好的调速特性；功耗较低、过载能力强；更可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转。考虑到本设计中电动车爬坡需要较大的力矩，在找平衡点是吋需要反复的制动、变向，故减速直流电机可以很好的适用于此系统的设计。并且采用内部集成有两个桥式电路的专用芯片L298N所组成的电机驱动电路，利用它内部的桥式电路来驱动直流电机。此选择优点在于：每一组PWM波用来控制一个电机的速度，而另外两个I/O口可以控制电机的正反转，控

5、制和保护电路简单，应用比较灵活，而且稳定，可以轻松实现对电机方向的控制。1.4寻迹算法为了小车能够更好地实现寻迹的功能，此设计中采用较常用的PID算法。PID控制算法，简单地说，就是运用比例、积分、微分算法，来对回路中的偏差进行修正，通过执行器调节参数，使测量值稳定在设定值附近，达到控制某一参数的目的。PID算法在控制过程中能够在一定的范围内消除振荡，提高下偏差的稳定性。在小车高速行进吋，遇到赛道变化，往往会产生很大的偏移信号，使加入I变量后的振荡增大，所以把I的响应加入一个逻辑系数，决定积分I变量是否参与调节小车状态，另外还使用微分D调节。并且我们把前四次

6、的结果结合起来，消除单次扰动。1.系统具体设计与实现2.1系统硬件设计2.1.1车体设计本小车体完全由手工制作。外形制作时用到了实验室的钻孔机和锯条，其各主要部件安装位置。车的底板为一块铝板，用溶胶将两个电机固定在铝板的下面作为主动前轮，后面则固定一个摩檫较小的万向轮；MSP430最小系统模块，传感器模块，显示模块，电机驱动模块等都用螺丝安放在铝板上方，H冇隔离层防止短路；共用到六个反射式红外传感器ST188和两个光敏电阻，三个ST188安在电机前用来检测黑线实现寻迹功能，一个被安插在小车正前方的底部以防止小车掉地，两个分布在小车两边检测前方是否冇障碍物；而

7、左右光敏电阻可以探测较强光源；2.1.2单片机最小系统设计考虑到小车各模块功能的实现主要依靠传感器的信号检测及处理，这样会冇较大的运算量，选用一款处理能力强的控制芯片尤为重要，而TI公司的MSP430系列单片机是一种16位的超低功耗的混合信号处理器，片上资源丰富，适合于低功耗、高速实吋控制以及数据处理，是设计的不错选择。一片MSP430F168能够出色的完成电机控制、各传感器检测信号的处理、接口显示，使小车实现设定的各种功能。2.1.3直流电机驱动模块电机的驱动电路以L298N驱动桥为核心，工作吋电机驱动信号由单片机提供，通过单片机输出的两路PWM信号来控制

8、一对直流减速电机，电机的转速通过PWM信号的占空比来