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：张振凤，冯志成，肖新加，戴小敏，杨小林，谢鹏华和张莹任务分配情况如表1所示：

1.3 使用说明书

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，内阻有较大的变化，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

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，内部包含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，即内含二个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

序号 名称 个数 作用 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

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

2.3.3 直流电机驱动原理

（1）其内部采用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：图9 驱动原理示意图