基于MSP430单片机循迹小车

课程设计报告

课程名称嵌入式系统原理与设计

课题名称智能循迹小车

专业通信工程

班级1101班

学号

姓名

指导老师

2014 年 1 月 5 日

1.系统总设计

1.1 功能说明

本课题是基于MSP430单片机循迹智能小车的设计与实现，小车系统以MSP430单片机为系统控制处理器，采用红外传感器对赛道进行道路检测，单片机根据检测到的

信号的不同状态判断小车的当前状态，通过电机驱动芯片L298N发出控制命令，控制电机的工作状态以实现对小车的控制。

1.2 任务分配情况

参与此次项目制作的一共七人，分别是：振凤，志成，肖新加，戴小敏，小林，鹏华和莹任务分配情况如表1所示：

产品名称：智能循迹小车

技术参数：

L298N基本参数：

类型：半桥输入类型：非反相输出数： 4

电流输出/同道：2A 电流峰值输出：3A

工作温度：-25~135°C 器件型号：L298N

产品的使用方法：

用六节干电池9V直流电压作为供电电源，接通电源，在有黑线的跑道上行走。注意事项：1、所用电源不能超过9V，以免电压过大，把电机烧坏。

2、小孩使用时，应在大人的陪同下使用，以免被小车的尖锐部分弄伤。

3、轻拿轻放，以免损坏小车器件。

4、长期不使用时，应把电池取出。

生产日期：20xx年xx月xx日

2.硬件设计

此次项目中硬件部分的设计主要包含以下模块：电源模块，红外循迹模块，电机驱动模块和MSP430f149单片机。

2.1 电源模块

模型车通过自身系统，采集赛道信息，获取自身速度信息，加以处理，由芯片给出指令控制其前进转向等动作，各部分都需要由电路支持，电源管理尤为重要。在本设计

中，在本设计中，msp430单片机使用5V电源，电机使用5V电源。用了6节1.5V 的电池，为单片机和电机供电。如图所示：

图1 电源实物图

其红线接电机驱动模块上的VDD接口，绿线连接GND接口。

2.2 红外循迹模块

采用光敏二极管作为光源探测模块的传感器，由于光敏二极管感光后，阻有较大的变化，通过一定的电路转化为电压的变化。其实物图为：

图2 红外循迹模块实物图

图中的SSI至SS5分别连接单片机I/O接口的P3.0到P3.4。分别控制五个光敏二极管，当没有检测到黑线，则指示灯不亮，则为高电平。有检测到黑线，则指示灯亮，为低电平。从而判断出小车是否能够循迹走。

2.2.1 红外循迹模块原理图

采用比较器对5 个二极管的输出电压进行比较，光敏二极管引起的电压变化送到比较器的反相端与基准信号进行比较，将结果输入到单片机执行判断。基于的寻光电压比较电路：二号管脚为基准电压输入端，将需要进行比较的电压输入到三号管脚，如果

比基电压的值大，则一号管脚输出为高电平，反之为低电平。其原理图为：

图4 红外循迹模块原理图

在板子的下面有五个循迹传感器，其实图为：

图5 循迹传感器

通过这五个传感器检测，没有检测到黑线，则H4发光到白纸光反射到H4接收端，H4接收端导通，导通则T1接地=0，指示灯不亮，则为高电平。有检测到黑线，则H4发光到黑线光全部被吸收，H4接收端，没有收到任何信号，因为H4不导通（截止），则T1=VCC，指示灯亮，为低电平。

2.2.2 红外循迹模块构造

红外循迹模块由循迹传感器，触碰传感器，测距距离调节器组成，其元件清单如下表所示：

表2 红外循迹模块元件清单

序号名称个数作用

SSI 至SS5分别连接单片机I/O 接口的P3.0到P3.4。 2.3 电机驱动模块

电机驱动芯片L298N 是SGS 公司的产品，部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即含二个H 桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL 逻辑电平信号，可驱动46V 、2A 以下的电机。L298可驱动2个电机，OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。IN1IN2 IN3 IN4脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA ，ENB 接控制使能端，控制电机的停转。也利用单片机产生PWM 信号接到ENA ，ENB 端子，对电机的转速进行调节。 其实物图为：

图6 电机驱动模块实物图

2.3.1 L298N 原理图

1 循迹传感器 5个 循迹作用

2 碰触传感器

1个

检查障碍物 3

测距距离调节器 1

个

调节与地面的高度

其OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机，IN1IN2 IN3 IN4脚接输入控制电平，控制电机的正反转，P4.0~4.3分别连接IN1~IN4。

2.3.2 L298N构造

电机驱动芯片L298N包括LED发光二极管、续流二极管、极性电容、稳压器、散热

片、接线端子、L298N、一般电容等元件组成，其作用如下表所示：表4 L298N元件清单

2.3.3 直流电机驱动原理

（1）其部采用H桥驱动电路，如图所示：

图8 H桥驱动电路

H桥式电机驱动电路包括四个三极管和一个电机，其外形像大写字母H，故叫做H 桥驱动电路。

要使电机M运转，必须使对角线上的一对三极管导通，其驱动原理示意图如图所示：

序号名称个数作用

1 LED发光二极管4个信号指示

2 续流二极管8个芯片续流保护

3 极性电容2个滤波作用

4 稳压器1个稳压输出

5 散热片1个驱动芯片散热

6 接线端子3个

7 L298N 1个电机驱动芯片

8 一般电容2个滤波作用