自动往返小车报告

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1、自动往返小车指导老师：赵建作者：陈波杜金鑫马洁司芳坤西安电子科技大学测控技术与仪器教研中心摘　要本小车以MSP超低功耗单片机系列MSP430F14为核心，完成检测黑线判断车体位置，检测轨道挡板，测速等功能。采用PWM驱动芯片控制电机，红外传感器检测黑线，红外LED和一体化接收头来检测挡板。基于可靠的硬件设计和稳定的软件算法，实现题目要求。而且附加实现显示起跑距离、行驶时间等扩展功能。关键词：MSP430寻迹避障1.系统设计1．1基本要求（1）车辆从起跑线出发（出发前，车体不得超出起跑线），到达终点线后停留10秒，然后自动返回起跑线（允许倒车返回）。往返一次的时间应力求最短（从合上汽车电源开关

2、开始计时）。　　（2）到达终点线和返回起跑线时，停车位置离起跑线和终点线偏差应最小（以车辆中心点与终点线或起跑线中心线之间距离作为偏差的测量值）。　　（3）D～E间为限速区，车辆往返均要求以低速通过，通过时间不得少于8秒，但不允许在限速区内停车。2．发挥部分　　（1）自动记录、显示一次往返时间（记录显示装置要求安装在车上）。　　（2）自动记录、显示行驶距离（记录显示装置要求安装在车上）。　　（3）其它特色与创新。1.2方案论证与比较1.控制系统方案一控制部分的核心采用传统的数字逻辑芯片来实现。该系统共有启动、加速前进/后退、限速前进/后退、暂停、等待等几个状态。各个状态保持或者转移的条件依赖

3、于外部传感器送来的信号。由于外部传感器数目比较多，需要比较多的传感器接口电路。系统的逻辑状态以及相互转移更是复杂，用纯数字电路或者小规模的可编程逻辑电路实现该系统有一定的困难，需要用中大规模的可编程逻辑电路。这样，系统的成本就会急剧上升（相对于方案二）。因此，本设计未采用这种方案。方案二该小汽车是一个自动控制系统，这样的系统用单片机来实现比较合适。选用一片MSP430F149作为MCU，与L298一起控制电机。还处理光电传感器送来的地面标志信号，该信号主要控制小车的加速、减速、限速、惯性行驶、刹车、倒车等状态；另外，它利用DS1302计时，芯片驱动LCD显示，很方便的就显示行车时间。由小汽车

4、轮胎后轮旁边的干簧管的导通次数直接送到它的CA0(P2.3),这样，小车的实际行驶距离就很方便能测量出来。2.传感器的选择本实验使用光电传感器和干簧管。（1）检测黑线的传感器本设计采用红外线光电反射传感器，鉴于车底盘低，采用近距离有效的光电传感器（LTH1550）。（2）检测挡板的传感器本设计采用反射式红外线光电传感器。能够检测10cm—20cm距离。并且找到一种接收头，持续接受能够保持低电平，可以比较准确的分辨出是否走偏。另外由于用电动小车改装而成，小车行驶基本成直线，更加减少了撞上挡板的可能。（3）测量车行程、速度传感器我们通过测量小汽车驱动轮转动的圈数来间接换算小汽车的行程，并且记录每

5、圈的时间，换算出速度v，实时显示。关键就是测量车轮的转动，有几个办法。首先，可以选择透射式光电传感器或者反射式光电传感器。这样需要在车轮上做较大的机械加工（打孔或者黏贴白纸），而且市场上能买到的可用光电传感器体积较大，不易安装，故没有采用。我们采用干簧管，该传感器体积小，可以装在车轮附近的车身上，在车轮上安装一块小磁铁，每转动一圈，闭合一次，并且精度比较高，是个不错的选择。故选用。3.执行部件的选择执行部件分为驱动部件和方向控制部件两个部分。比较好的方案是在方向控制部分使用步进电机，这样可以由MCU比较精确的控制前轮转向的角度和持续时间，结合传感器传来的信号，便可以非常精确地控制小汽车行驶的

6、方向。但是，由于该系统的控制对象是由玩具电动车改装，其电动机和变速系统已经无法更换。故只能使用该玩具汽车自带的两个电动机。实际使用时，用PWM信号驱动电动机，控制电机的输出功率和转速。4.电源由于该系统用电池供电，对电路功耗的要求比较严格。该电路中耗电量大的就是电动机和MCU。但是主要是电动机，功耗无法消减。另一方面，该系统为数字与模拟混合系统，要求使用多档不同的电压供电，比较理想的办法是使用DC-DC变换器来产生系统所需要的各种电压。但是考虑到小车跑的距离不是很长，干电池可以支撑系统的稳定，再加上成本、体积、效率、噪声干扰一系列随之而来的问题，系统并未采用DC-DC变换的方案，而是直接用干

7、电池供电。2.硬件电路设计MCU本系统以MSP430F14为控制核心。整个硬件框图如下图所示：图2.1主控制模块本小车实现功能较少，我们选用美国TI公司MSP430系列单片机来实现小车的行动。由于MSP430单片机具有低功耗、高速实时控制以及数据计算，并且拥有更多的片上资源供设计使用，这使得我们的设计更加简练更加有效。。图2.2黑线探测及处理电路反射式红外传感器工作原理：反射式红外传感器1550采用高发射功率