2022年msp智能小车的设计方案.docx

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1、精品学习资源基于 msp430智能小车的设计时间： 2021-06-08 16:04:34来源：现代电子技术李坤峰，傅成华摘要：介绍一种基于MSP430F2274单片机为核心的智能小车；小车接受超声波测距技术实现自动避障，同时通过语音模块来播报出小车与障碍物的距离；为了使测距不受温度影响，用温度传感器实时检测小车四周环境的温度并修正距离运算公式的参数，接受光电编码器来检测小车的速度，运用PID 把握算法和 PWM来把握小车的精确稳固的运行，从而达到预期的设计目标；关键词： MSP430F2274；超声波模块；光电编码器；PID 把握算法智能小车涉及到高级运算机把握、电子机械、自动化等诸多学科，

2、随着科技的不断进步，智能电子产品进展步骤不断加快，各种应用层次的机器人等大量显现，目前应用在智能小车或机器人的微把握器主要是816 单片机或 ARM和数字信号处理器 DSP等；本设计接受 TI 公司生产的功耗低运行速度快且价格廉价的MSP430F2274为核心，避障检测接受测距精准的超声波传感器，该传感器采集小车四周的环境信息并传递给MSP430进行程序判定处理，从而达到把握小车自动避障的目的；1 系统的总体结构框图该系统主要由MSP430把握器，超声波避障模块，电机驱动，测速，语音模块，温 度模块，小车的机械运动部分接受四轮差速转向式结构，前2 个轮是驱动轮，分别由电机把握其运动，后两轮为随

3、动轮；接受MSP430F2274单片机作为主把握单元，小车装有超声波模块来负责探测障碍物，做出避障决策；在小车的驱动轮上装有光电编码器对小车进行测速；为排除温度对测距的影响，使用温度传感器模块时刻检测小车四周的温度情形并修正；在小车上装配语音播报功能模块，能知道小车的位置和运行状态，总体结构框图如图1 所示；欢迎下载精品学习资源2 智能小车的硬件设计2 1 主控芯片该设计是以 MSP430F2274单片机为把握的核心部件；MSP430是一款 16 位的超低功耗单片机，接受了精简指令集RISC 结构，具有丰富的寻址方式，片内资源丰富，处理能力强大、系统工作稳固，主要是它具有多路PWM输出，以作为

4、该设计电机把握的有利资源，系统主控设计图如图2 所示；欢迎下载精品学习资源2 2 超声波模块避障是智能小车运动过程中最基本的功能，而避障首要是确定机器人自身与障碍物的距离并且定位；小车的避障探测模块接受SRF08超声波收发模块，其波频率为40 kHz ， 检测距离范嗣为 3 cm 6 m，SDA和 SCL分别为把握端和接收端，设计共接受4 个超声波收发模块分别安装在小车的正前方，右前方和左前方和后方，4 个模块分别接在 MSP430单片机的 I OP1 0、I OP1 1、 I OP1 2、I OP1 3、I OP1. 4 、I OP1. 5 、I OP1 6、I OP1 6 端口上，接受 I

5、 O触发测距，单片机给SDA供应 25 s 高电平信号， 模块自动发送8 个 40 Hz 方波，并且检测是否有返回信号，如有返回信号，SCL管脚输出高电平，高电平连续的时间就是超声波从发射到返回的时间，从而运算出超声波从发射到接收所用的时间 t ，常温下声波在空气中的传播速度 其中 T 为摄氏温度 ，此时可得到是否避障的距离为s=vt 2；2 3 测温存电源模块为了使运算的距离更精确而不受温度影响，该设计中加入了DS18B20温度传感器接在 I OP4 6 上，实时检测机器人四周环境的温度TT 的值要精确到小数点后3 位 ，以修正声速的传播公式V，从而提高测距的精确度；由于MSP430工作电压

6、最大是33 V ，电机驱动接受 12 V 电压，测速模块和超声波模块接受5 V 电压，所以接受 LM7812、LM7805和LM1117组成稳压电路；2 4 语音模块语音电路接受ISD2560 芯片为核心器件，结合外围电路与单片机接口连接，进行分段寻址，分析所测量数据，并设计出语音元素，包括前方、左前方、右前方、后方、厘M 等语音元素，然后分别录制好语音元素，把这些信息储备在ISD2560 的储备器单元内，测量的数据经过软件处理后，单片机发送语音地址和音控指令，通过和储备在ISD2560 内的地址数据匹配，然后由语音电路通过扬声器播出测量数据的结果；语音芯片的地址码接口A4、 A5、A6、A7

7、、 A8 分别接在 I OP2 2、I OP3 0、I OP3 1、I OP3 2、I OP3 3；2 5 电机驱动模块电机驱动模块是智能车的重要组成部分，它和电机共同组成智能小车的运动把握系 统；该设计的驱动轮是由2 个 M1和 M2沟通永磁同步电机，因此接受的电机驱动器是高电欢迎下载精品学习资源压大电流高功率的L298N 双 H 桥集成电路， L289N 可以驱动两个电机，通过把握输入端IN1-IN4信号，来把握H 桥的通断，使得电机形成正反转或停止，通过把握L298N 的使能端 EnA、 EnB，接受技术成熟的PWM调速原理来把握电机的转速，从而达到把握小车运行的快慢和转向的目的；为了防

8、止在启停电机的瞬时所形成的反馈电流损坏L298N，因此在L298N 输出端与电机之间加入8 个二极管形成续流达到爱惜的作用，再就为了防止L298N 输出负载端电机对输入端信号传输产生影响，以及对MSP430芯片产生不利的干扰，在L298N 的信号输入端通过连接TLP521 可把握的光电电耦合器件，达到对L298N 信号输入前端的信号电路与负载的完全隔离，从而增加了电路的安全性，削减了电路信号干扰；本设计中的驱动电机接受的是方波驱动的沟通永磁同步电机，该电机的转速与驱动信号的频率成正比，结构简洁，调速性能优良，运行牢靠且便于爱惜；其电机驱动和把握模块电路如图 3 所示；2. 6 测速模块和 PI

9、D 把握对速度的检测、调剂把握能够保证小车稳固的运行，防止小车在避障时由于车速过高来不及躲避等问题；该设计中接受256 线光电编码器作为速度检测，2 个编码器和电机同轴相连；它直接利用光电转换原理输出3 组方波脉冲 A、B 和 Z 相， A、B 两组脉冲相位差 90，从而可便利地判定出旋转方向，而Z 相为每转一个脉冲，用于基准点定位；在此接受 M T法测速，单片机通过定时器对电机速度进行10 ms 定时采样，把采样所得速度信息与给定的速度信息所得的速度差传给PID 把握器，来实现对电机速度的正确闭环把握；从而在小车在前进、后退、转弯、刹车等动作能快速响应且超调量小，因此系统接受积分分别的 PI

10、D 把握算法，开头取消积分作用，当被调量相差不大时再引入积分作用，实现算法的具体步骤如下：1) 依据实际情形，人为的设定一个值w0， Ek=Rk-Hk，其中 Rk 为给定值，欢迎下载精品学习资源Hk 为测量值；2) 当 Ekw 时，接受 PD把握调剂，可以防止超调过大，仍可以使系统有较快的反应；3) 当 Ekw 时，接受 PID 把握调剂，能够保证系统的把握精度；3 软件的设计MSP430单片机实时监控超声波模块传送的信号并对其信号进行避障决策判定，小车在不需要做出避障时沿直线行驶或停止，并且等待定时器的中断信号产生，当需要避障时，小车就向有障碍物相反的方向调整出 左转、右转、倒退并转向 正确

11、的运行路线，软件主要接受 C 语言进行编程；主控程序流程图如图4 所示；欢迎下载精品学习资源在小车运行的速度调控中加入PID 算法来调控 PWM对小车的运行速度进行决策把握，能够很好的实现小车运行的稳固性和牢靠性，PID 调控 PWM的程序流程图如图5 所示；4 试验结果该智能小车做成后对其性能测试：小车的正常运行速度约为0 11 m s，在遇到的障碍物后做出的避障决策，跟程序中预先设定避障距离15 cm 相差不多，依据试验的测量数据，小车预先设定的避障距离和实际的情形上下浮动03 cm，到达了预期设计的目标；欢迎下载精品学习资源5 结论该设计接受的以 MSP430单片机为平台智能小车，能够中意把握要求，接受的超声波避障、 PID 把握算法以及 PWM速度把握，使得小车稳固灵敏牢靠的运行；后续争论为改进小车实现更高智能化，接受ARM嵌入式、 Linux 操作系统和 DSP，并加入各种智能传感器等来实现小车的更高的人性化智能化；原文网址 :欢迎下载