智能寻迹避障小车报告

智能小车

摘要

本小车以MSP超低功耗单片机系列MSP430F5438为核心，完成寻迹、避障、测速、测距等功能。在机械结构上，对普通的小车作了改进，即用一个万用轮来代替两个前轮，使小车的转向更加灵敏。采用PWM 驱动芯片控制电机，红外传感器来寻迹，超声波传感器来避障、测距，霍尔传感器测速。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、行驶速度等扩展功能。

关键词：MSP430 寻迹避障测速测距

Abstract

This design is controlled with the MCU(MSP430F5438) to complete the function of finding trace, detecting medal, avoiding barrier, tending to light and measure speed. By using infrared sensor to locate the trace, photo, electrical sense to measure the light、metal sensor to detect the metal and ultrasonic wave sensor to avoid the barrier. Based on the reliable hardware and software designing, this design is well fulfilled. In addition, such extended functions as measuring the distance and recording the running-time are completed well. On the level of machine structure, we use a perfect wheel to make the car turning more convenience.

Key Words: MSP430 find trace detect medal avoid barrier and tend to light.

一、系统设计

1.1设计要求

1、基本要求

(1) 小车跑道如下图所示，要求小车在跑道上实现寻迹、避障、测距、测速等基本功能。

图1.1 小车跑道

2、发挥部分

(1) 小车在跑道上行驶的过程中，存储并显示小车行驶的速度。

(2) 停车后，能准确显示小车全程行驶的时间及路程。

(3) 其他。

1.2方案论证及比较

1、电机驱动

方案一：使用继电器对电机进行开关控制和调制。但缺点很明显，继电器响应慢而且机械结构容易坏。

方案二：使用三极管或者达林顿管，结合单片机输出PWM 信号实现调速

的目的，此方案易于实施，但若控制电机转动方向较为困难。

方案三：使用PWM 控制芯片来实现对电机的控制。

方案选择：采用方案三。该方案电路简单，性能稳定，可以轻松实现对电机方向的控制。

2. 路面寻线模块

方案一：采用光敏传感器，根据白色背景和黑线反光程度的不同来判断传感器是否位于黑线上。

方案二：采用反射式红外传感器来进行探测。只要选择数量和探测距离合适的红外传感器，可以准确的判断出黑线的位置。

方案选择：采用方案二。方案一受环境光的影响太大，效果不佳。而红外光不易受到环境光的干扰。

3. 避障模块

方案一：采用一体化红外接收头，在38KHz 附近，接收头的灵敏度不同。依次在38KHz发射频段不同的红外线，在距离障碍物一定距离时测出障碍物。

方案二：采用超声波测距的方法，利用超声波传感器，监视测量发射脉冲和接受脉冲的时间差，计算超声波和物体之间的距离。可以将避障和寻光模块一起排列为环状结构。

方案选择：选择方案二。超声波能测量较远的距离，在性能上有一定的优势，故选择方案二。

4. 测距、测速模块

方案一：采用霍尔传感器，在车轮适当位置粘贴一个磁钢。每当车轮上磁钢转到霍尔传感器处，单片机计数一次，结合车轮半径就能求出小车行进距离及速度。

方案二：采用反射式红外对管，在车轮适当位置粘贴一白纸片，每当白纸片转到红外对管处，单片机计数一次，结合车轮半径就能求出小车行进距离及速度。

方案选择：由于电机转动时，对霍尔传感器附近的磁场有影响，导致单片机计数不准确，故采用方案二。

二、硬件电路设计

本系统以MSP430F5438为控制核心。整个硬件框图如下图所示：

2.1 主控制模块

MSP430系列单片机是美国TI公司的一种16位的超低功耗的混合信号处理器，适合于低功耗、高速实时控制以及数据计算，它拥有更多的片上资源供设计使用，是设计的不错选择。

由于本小车实现功能较多，因此我们选择了MSP430F5438为核心的系统，完成电机驱动、寻迹、避障、测距测速等功能。

2.2 电机驱动模块

电机的驱动芯片选用L298N。由单片机产生的占空比可调的PWM信号传至L298，控制电机的转向及转速。如图2.2所示：

图2.2电机驱动模块

驱动原理：如下图2.3所示，以其中一个电机为例：

图2.3 电机驱动原理

2.3红外对管寻迹和测速、测距模块

红外对管的工作原理图如右所示：

通过调节滑动变阻器R4可以

调节红外对管的灵敏度，当红外对

管检测到白线或黑线却不能送出信

号时，可以调节R4来增大其灵敏

度。

1、红外对管寻迹：

当小车在白色地面行驶时，装

在车下的红外发射管发射红外线信

号，经白色反射后，被接收管接收，