基于M SP430單片機的智能小車設計與實現

陳晶晶

(龍巖學院物理與機電工程學院,福建龍巖364012)

基于M SP430單片機的智能小車設計與實現

陳晶晶

(龍巖學院物理與機電工程學院,福建龍巖364012)

介紹了一種以MSP430單片機作為核心控制單元的智能小車的設計方法。由安裝在車頭和輪胎上的傳感器負責采集各種信號,并將采集到的電平信號傳給單片機,單片機經過處理后控制電機,完成小車的前進,轉向和路程顯示功能。給出了小車系統的硬件和軟件設計方法,經過實際測試,能夠完成所有功能。該設計可用在自動停車系統和工廠的運料車上。

智能小車;傳感器;單片機;路面檢測

隨著計算機技術、信息技術和人工智能技術的飛速發展,智能車的使用越來越普及,相對于傳統的汽車而言,智能小車有著更好的安全性、機動性和廣泛的適用性[1]。與此同時,科學技術和生產力的發展也使智能車在探險、排爆以及工廠運料等領域發揮的作用逐漸增大。因此,智能車的研制問題也成為一個熱門。本文著重介紹了以m sp430單片機作為核心控制單元,通過處理外部傳感器傳回的數據,自動實現巡線、避障等功能。

1 方案設計

本智能車采用 TI公司的m sp430單片機作為唯一的核心控制單元,該系列單片機具有功耗低,功能強大,接口豐富等優點[2]。通過此芯片設計出的智能小車具有省電和抗外部干擾強的優點,可以長時間在惡劣環境下工作。小車系統一共由電源模塊、電機驅動模塊、路面探測模塊和路程計算模塊組成。電源模塊采用靈活方便的單電源供電模式,為所有模塊供電。路面探測模塊使用反射式紅外傳感器負責采集各種路面信息,并將采集到的信號反饋給核心控制單元,核心控制單元對采集到的信號進行處理和判別,產生不同占空比的 PWM波形分別控制轉向電機、前進與后退電機。路程計算模塊則采用霍爾傳感器,對車輪的轉數計數,最后計算出總的行駛路程。系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構圖

2 硬件系統設計

2.1 電源電路

電源模塊使用靈活方便的單電源供電方式,這種供電方式非常簡單和方便,通過7805芯片穩壓芯片提供5伏電壓,分別給路面檢測電路,車速檢測電路和LED顯示電路供電,而電機驅動模塊中的馬達則直接由干電池供電(如圖2)。

圖2 電源電路

2.2 電機驅動電路

直流H橋功放電路是用于控制電機正轉和反轉的基本電路,此電路可使電機通過輸入端的改變來控制電機的轉向。本設計中小車采用后輪驅動控制進退,前輪通過轉向電機控制方向。因此通過對電機轉向的控制可以實現小車的前進與后退以及前輪的左轉和右轉。電路如圖3所示。

圖3 電機驅動電路

2.3 路面檢測電路

此模塊使用反射式紅外光電管作為車頭的傳感器,當反射式紅外管掃過路面的顏色較深的線時,受反射光線強弱的影響,異或門的輸出電平會發生改變,并將此電壓信號的變化傳遞給單片機,單片機經過處理后再控制電機電路,調整小車的方向和車速。電路如圖4所示。

2.4 車速檢測

車速檢測通過裝在小車后輪上的霍爾傳感器將車輪轉過的圈數以電信號的形式傳遞給單片機,然后單片機計算出小車行駛的路程,最后將路程顯示在LED管上。電路如圖5所示。

圖5 車輪計數電路

3 軟件系統設計

軟件系統主要是完成一個決策和導向的功能,其主要設計思想是根據小車傳感器傳回的信號確定小車的位置和車速,再調整電機的轉向和轉速,改變小車的位置和車速,主要包括路面探測子程序、路程計算和LED顯示子程序以及電機驅動子程序。

3.1 路面探測子程序

本設計的跑道模型中,以黑線作為跑道中的標志。小車通過車頭兩個朝下的紅外傳感器檢測黑線來確定自身位置,如果兩個傳感器同時感應到黑線,則表示小車進入加速或限速區,同時調整后輪的驅動電機改變速度。如果只有一個傳感器感應到黑線,則表示小車有一邊即將出界,同時調整前輪的轉向電機來控制方向。程序流程如圖6所示。

圖6 路面探測流程圖

3.2 路程計算和LED顯示子程序

路程主要是根據后輪霍爾傳感器傳回的車輪轉過的圈數計算得出。后輪每轉一圈,程序中用來儲存圈數的變量就自動加一,最后再乘以輪胎周長算出行駛距離。程序流程如圖7所示。

圖7 路程顯示流程圖

3.3 電機驅動子程序

本設計中小車有兩個電機,一個裝在后輪控制車速,一個裝在前輪控制方向。子程序根據主程序中傳遞的變量來判斷此時該控制后輪電機還是前輪電機。實現對小車運動狀態的改變。程序流程如圖8所示。

圖8 電機程序流程圖

3.4 系統流程

圖9 主程序流程圖

小車的軟件系統主要是由以上幾個子程序構成,將這幾個子程序合在一起構成的主程序流程圖如圖9所示。

4 結語

本設計中小車采用模塊化的設計思想,各模塊間獨立性強,經過測試,小車能很好地完成所有功能,滿足自動尋跡的設計要求,對路程的顯示可以精確到0.01m。

[1] 吳景華.智能小車[J].輕工機械,2007,10(25):73-75.

[2] 胡大可.MSP430系列16位單片機原理與應用[M].北京:北京航空航天大學出版社,2000.

[3] 譚永輝,張輝.智能尋跡小車的研究與設計[J].微計算機信息,2008,8(24):310-312.

[4] 胡大可.MSP430系列單片機C語言程序設計與開發[M].北京:北京航天航空大學出版社,2002.

[5] 田拓,郭中華,丁帥華,等.基于 A T89C52單片機智能小車的設計[J].寧夏工程技術,2005,12(4):334-336.

[6] 陳懂,金世俊.智能小車的多傳感器數據融合[J].現代電子技術,2005,3(197):3-5.

Design and Implementation of Intelligent M in i-car Based on MSP430

Chen Jingjing
(School of Physics and Electromechanical Engineering,Longyan University,Longyan,Fujian 364012,China)

This paper introduced a method of designing intelligent mini-car based on MSP430 MCU.The MCU

the signal which was collected and transmitted by the sensors fixed in front of the car,and then control the orientation of the motor that can make the car going ahead or changing the direction.The system hardware and software of the car were given in the paper.According to the test,the mini-car functioned well.The design can be used in automatic parking system and factory transporter.

intelligent mini-car;sensor;MCU;detection of the road

TP24

A

1671-2544(2010)06-0055-03

2010-05-22

陳晶晶(1982— ),女,福建龍巖人,龍巖學院物理與機電工程學院教師,碩士。

(責任編輯:陳錦華)