【正文】 、驅(qū)動(dòng)四個(gè)主要部分。但是加高的電壓提高了損壞單片機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。 方案二：采用單一電源供電。其優(yōu)點(diǎn)是成本低廉，使用安全，制作簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)就是測(cè)量精度低，方向性也差，測(cè)量距離近 以上兩種方案中，第一種精度較高，抗干擾能力強(qiáng)，有較短的反應(yīng)時(shí)間，應(yīng)用廣泛，所以采用第一種超聲波方案。 方案二： 采用反射式紅外發(fā)射 — 接收管。利用超聲波傳感器，監(jiān)視測(cè)量發(fā)射脈沖和接受脈沖的時(shí)間差，計(jì)算超聲波和物體之間的距離。用它作為近距離傳感器是最理想的，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定可靠。同時(shí)紅外線系統(tǒng)還具有以下優(yōu)點(diǎn)：尺寸小、質(zhì)量輕，便于安裝。 華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽總結(jié)報(bào)告 通過(guò)對(duì)比，這次設(shè)計(jì)中由于是近距離探測(cè)，故采用方案四來(lái)完成數(shù)據(jù)采集。 方案四： 使用紅外反射式一體化傳感器進(jìn)行檢測(cè)。這種方案的缺點(diǎn)在于其他環(huán)境的光源會(huì)對(duì)光敏二極管產(chǎn)生很大的干擾。由于溫度變化是因?yàn)槲諢崮茌椛淠芰恳鸬模c吸收紅外輻射的波長(zhǎng)沒(méi)有關(guān)系，即對(duì)紅外輻射吸收沒(méi)有波長(zhǎng)的選擇，因此受外界環(huán)境影響比較大。所以需要采用方案三。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高； H 型電路保證了可以簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子開(kāi)關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是一種廣泛采用的 PWM調(diào)速技術(shù)。使用 PWM波形來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢，機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞，壽命較短，可靠性不高。更主要的問(wèn)題在于一般電動(dòng)機(jī)的電阻較小，但電流較大；分壓不僅會(huì)降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。 4. 方案論證 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 模塊 方案的選擇與論證 方案一： 采用電阻網(wǎng)絡(luò)調(diào)整電機(jī)的分壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 負(fù)責(zé)超聲波測(cè)距壁障模塊的電路與程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試；編寫(xiě)文檔。我們所劃分的三大模塊為：電機(jī)控制及循跡模塊，超聲波測(cè)距壁障模塊，無(wú)線控制以及主函數(shù)編寫(xiě)模塊。 2. 設(shè)計(jì)目標(biāo) 基本功能 1) 各個(gè)電路模塊自行設(shè)計(jì)完成，機(jī)械模塊自行購(gòu)買(mǎi) 2) 具有兩種以上傳感控制模塊 3) 能夠控制二驅(qū)小車(chē)自由運(yùn)動(dòng) 4) 能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)控制小車(chē)沿著具有直線和弧線的軌跡運(yùn)動(dòng)到停止處， 5) 不能偏離軌道 6) 能夠利用紅外線發(fā)射及接收對(duì)管檢測(cè)黑白線 7) 由電池供電； 8) 使用 MSP430 開(kāi)發(fā)板作為控制處理器 拓展功能 1) 若在運(yùn)動(dòng)線路中設(shè)置障礙物，小車(chē)能夠避開(kāi)障礙物 2) 提高小車(chē)的運(yùn)行速度 3) 其他控制方 式：如無(wú)線控制 華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽總結(jié)報(bào)告 3. 團(tuán)隊(duì)組成與 任務(wù) 分工 本小組分工的指導(dǎo)思想如下：為了最大程度實(shí)現(xiàn)并行性，我們按照模塊來(lái)劃分任務(wù)。 本報(bào)告以下的內(nèi)容將會(huì)按照以下結(jié)構(gòu)來(lái)組織： 在第二小節(jié)中我們將會(huì)介紹設(shè)計(jì)的目標(biāo)，以及小車(chē)將實(shí)現(xiàn)的基本功能和擴(kuò)展功能；第三小節(jié)中，我們將會(huì)介紹組員分工情況；第四小節(jié)中，我們將按模塊分析方案選取的原因，主要 包括 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 模塊 ，循跡 模塊 、無(wú)線 模塊 、測(cè)距壁障 模塊 等四個(gè)主要模塊； 第五小節(jié)的內(nèi)容是總體 設(shè)計(jì)方案與應(yīng)用場(chǎng)景的介紹，其中將詳細(xì)介紹總體設(shè)計(jì)思路，核心器件的選擇，并且列出了主要器件清單；第六小節(jié)里，將按照模塊進(jìn)行詳細(xì)的 介紹，其中包括每個(gè)小模塊的基礎(chǔ)知識(shí)、設(shè)計(jì)原理、軟硬件設(shè)計(jì)、性能分析、模塊的最終效果等。供電方面，主控器使用兩節(jié)干電池單獨(dú)供電 ，電機(jī)等部分使用 充電電池供電。 本系統(tǒng)以 MSP430F5529為主控芯片，這是一款基于閃存的產(chǎn)品系列，在操作電壓范圍 內(nèi)，性能達(dá)到 25MIPS，啟動(dòng)時(shí)為 12MIPS，擁有一個(gè)優(yōu)化功耗的創(chuàng)新電源管理模塊，內(nèi)部有電壓穩(wěn)壓模塊，以及更高的存儲(chǔ)能力。 【關(guān)鍵詞】： MSP430F5529 循跡 無(wú)線控制 超聲 波測(cè)距壁障華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽總結(jié)報(bào)告 Abstract This curriculum project uses MSP430F5529, in the series of MSP430 ultra low power single chip microputer, as its main controller. In addition, the realization of the controller’s function can not leave motor, battery, sensing control template and so on, for example, free movement of the two drive vehicle, and automatic operation along runway by testing black and white lines, avoiding obstacles, wireless operation and other functions. The quick and easy information exchanging among each functional template has to thank to the abundance of I/O of F5529. On mechanical structure, two front wheels of the mini car are replaced by a universal wheel, so as to improve its sensitivity by large margin. PWM is used to control motor and single chip microputer to make PWM wave, in order to control its speed. The car can stop and turn left to avoid obstacles because L298N driving chip drives circuit, three infrared ray on pipes is used to test black and white lines, and an ultrasonic template is chosen to realize ranging barrier function. With wireless operating template, movement of the mini car can reach realtime control. Besides finishing basic requirement of this curriculum project, some broadening functions can also be achieved based on reliable hardware design and better software algorithm. Key words: MSP430F5529 tracking wireless control ultrasonic wave ranging counterguard 華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽總結(jié)報(bào)告 目錄 1 概述 ……………………………………………………………… 3 2 設(shè)計(jì)目標(biāo) …………………………………………………………… 3 3 團(tuán)隊(duì)組成與 任務(wù)分工 ……………………………………………… 4 4 方案論證 …………………… ………………………………………… 4 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 模塊 ………………………………………………………… ..…… ...4 循跡 模塊 ……………………………………………………………… ..…… ...5 無(wú)線 模塊 …………………………………………………………… ..……… ...5 測(cè)距壁障 模塊 ……………………………………………………… ..……… ...5 5 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) ………………………………………………………… 7 總體設(shè)計(jì)思路 ……………………………………………………………… ...7 主要器件選擇 ……………………………………………………………… ...7 主要元器件清單 …………………………………………………………… ...8 7 系統(tǒng) 各模塊 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) …………………………………………… ..15 電機(jī) 驅(qū)動(dòng)模塊 …………………………………………………………… ..15 循跡模塊 …………………………………………………………………… ...16 無(wú)線模塊 …………………………………………………………………… ...16 超聲波測(cè)距壁障模塊 ………………………………… …………………… ...17 9 心得與總結(jié) ………………………………………………………… ..26 10 致謝 ………………………………………………………………… 27 11 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………… 27 12 附錄 ……………………………………………… .……………… ...27 華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽總結(jié)報(bào)告 1. 概述 隨著控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能車(chē)系統(tǒng)將在未來(lái)工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中扮演重要的角色。利用單片機(jī)產(chǎn)生 PWM波，控制小車(chē)速度，選用 L298N驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電路，使用三路紅外對(duì)接管檢測(cè)黑白線，使用一個(gè)超聲波實(shí)現(xiàn)測(cè)距壁障功能，使小車(chē)能夠自動(dòng)左轉(zhuǎn)避開(kāi)障礙物，使用無(wú)線控制模塊，可實(shí)時(shí)控制小車(chē)運(yùn)動(dòng)。華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽總結(jié)報(bào)告 華中科技大學(xué)電子與信息工程系 2020 年 TI 杯電子設(shè)計(jì)大賽項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告 項(xiàng)目名稱(chēng)： 基于 MSP430F5529 的智能小車(chē)設(shè)計(jì) 團(tuán)隊(duì)成員： 通信工程 通信工程 通信工程 指導(dǎo)教師 : 2020 年 7 月 3 日 華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽總結(jié)報(bào)告 課題名稱(chēng)： 智能小車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng) 【 摘要 】 本次課程設(shè)計(jì)以 MSP430超低功耗單片機(jī)系列 MSP430F5529為主控制器 ， 附加電機(jī)、電池、傳感控制模塊等，完成二驅(qū)小車(chē)自由運(yùn)動(dòng)、檢測(cè)黑白線實(shí)現(xiàn)沿軌道自動(dòng)運(yùn)行、能夠避開(kāi)障礙物、無(wú)線控 制等功能， F5529的 I/O口豐富，使得各個(gè)功能模塊之間信息交流快捷方便。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，我們選購(gòu)用一個(gè)萬(wàn)用輪代替兩個(gè)前輪的小車(chē)，大幅度提高了小車(chē)的靈敏度?；诳煽康挠布O(shè)計(jì)和更加優(yōu)化的軟件算法，在實(shí)現(xiàn)本課設(shè)基本要求的基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)部分?jǐn)U展功能。智能小車(chē)系統(tǒng)綜合運(yùn)用了控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、電力電子、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)，使小車(chē)能夠模仿人類(lèi)的思想完成預(yù)定 的控制任務(wù)，實(shí)現(xiàn)智能化。我們利用它自身的優(yōu)點(diǎn)，并加入了紅外對(duì)接管、無(wú)線控制以及超聲波測(cè)距模塊，成功實(shí)現(xiàn)了循跡黑白線，沿軌道運(yùn)行，不偏離軌道；實(shí)時(shí)遙控小車(chē)前行，左右轉(zhuǎn)彎及后退；以及測(cè)距壁障等功能，能夠檢測(cè)到前方障礙，并在半米的距離內(nèi)左轉(zhuǎn)，避開(kāi)障礙物。小車(chē)可以通過(guò)無(wú)線控制的 D 鍵實(shí)現(xiàn)循跡和避障功能的切換。我們系統(tǒng)整機(jī)測(cè)試的過(guò)程與結(jié)果將會(huì)展現(xiàn)在第七小節(jié)。不同模塊之間首先需要將相互之間的接口定義好，定義完成以后不同模塊就能夠相對(duì)地獨(dú)立工作了。 負(fù)責(zé)電機(jī)控制及循跡模塊程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試；小組分工；小車(chē)組裝；整機(jī)調(diào)試。 負(fù)責(zé)無(wú)線控制模塊的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與調(diào)試；主函數(shù)的編寫(xiě)；小車(chē)組裝；元器件購(gòu)買(mǎi)。但是電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，而數(shù)字電阻元器件比較昂貴。 方案二： 采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)或關(guān)進(jìn)行控制，通過(guò)開(kāi)關(guān)的切換對(duì)小車(chē)的速度進(jìn)行控制。 方案三： 采用由 CMOS 管組成的 H 型 PWM電路。用單片機(jī)控 制 CMOS管使之工作在占空比可調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。 通過(guò)比較，本系統(tǒng)需要對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行控制，而且方案三對(duì)于資源的要求不是很高，可以由單片機(jī)自己產(chǎn)生，不需要增加硬件，對(duì)軟硬件的要求不是很高，可以很好的滿(mǎn)足本系統(tǒng)的要求。 循跡模塊 方案一： 采用熱探測(cè)器 。 方案二： 使用發(fā)光二極管和光敏三極管組合。 方案三： 采用光敏傳感器，根據(jù)白色背景和黑線的反光程度的不同，光強(qiáng)度的變化引起電阻的變化，但在光線比較的強(qiáng)的情況下誤差會(huì)很大。只要選擇數(shù)量和探測(cè)距離適合的紅外傳感器，可以精準(zhǔn)的判斷出黑線位 置。由于紅外光波長(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng)，因此受可見(jiàn)光的影響較小。反射式光電檢測(cè)器就是其中的一種器件，它具有體積小、靈敏度高、線性好等特點(diǎn)，外圍電路簡(jiǎn)單，安裝起來(lái)方便，電源要求不高。 測(cè)距壁障模塊