基于MSP430单片机的智能小车设计与实现

第３０卷第６期　２０１０年１１月　孝感学院学报　Ｊ（）ＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＸＩＡＯＧＡＮ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　Ｖ０Ｉ　．３Ｏ　Ｎ０．６　Ｎ（）Ｖ．２０１Ｏ　基于ＭＳＰ４３０单片机的智能小车设计与实现　陈晶晶　（龙岩学院物理与机电工程学院，福建龙岩３６４０１２）　摘　要：介绍了一种以ＭＳＰ４３０单片机作为核心控制单元的智能小车的设计方法。由安装在车头和轮胎　上的传感器负责采集各种信号，并将采集到的电平信号传给单片机，单片机经过处理后控制电机，完成４、车的　前进，转向和路程显示功能。给出了小车系统的硬件和软件设计方法，经过实际测试，能够完成所有功能。该　设计可用在自动停车系统和工厂的运料车上。　关键词：智能小车；传感器；单片机；路面检测　中图分类号：ＴＰ２４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—２５４４（２Ｏ１０）０６—００５５一Ｏ３　随着计算机技术、信息技术和人工智能技术　的飞速发展，智能车的使用越来越普及，相对于传　统的汽车而言，智能小车有着更好的安全性、机动　性和广泛的适用性　］。与此同时，科学技术和生　产力的发展也使智能车在探险、排爆以及工厂运　车轮的转数计数，最后计算出总的行驶路程。系　统结构如图１所示。　料等领域发挥的作用逐渐增大。因此，智能车的　研制问题也成为一个热门。本文着重介绍了以　ｍｓｐ４３０单片机作为核心控制单元，通过处理外部　图ｌ　系统结构圈　传感器传回的数据，自动实现巡线、避障等功能。　２硬件系统设计　２．１　电源电路　１　方案设计　本智能车采用ＴＩ公司的ｍｓｐ４３０单片机作　为唯一的核心控制单元，该系列单片机具有功耗　电源模块使用灵活方便的单电源供电方式，　这种供电方式非常简单和方便，通过７８０５芯片稳　低，功能强大，接口丰富等优点¨２ｊ。通过此芯片设　计出的智能小车具有省电和抗外部干扰强的优　点，可以长时间在恶劣环境下工作。小车系统一　压芯片提供５伏电压，分别给路面检测电路，车速　检测电路和ＬＥＤ显示电路供电，而电机驱动模块　中的马达则直接由干电池供电（如图２）。　共由电源模块、电机驱动模块、路面探测模块和路　程计算模块组成。电源模块采用灵活方便的单电　源供电模式，为所有模块供电。路面探测模块使　用反射式红外传感器负责采集各种路面信息，并　将采集到的信号反馈给核心控制单元，核心控制　单元对采集到的信号进行处理和判别，产生不同　占空比的ＰＷＭ波形分别控制转向电机、前进与　后退电机。路程计算模块则采用霍尔传感器，对　收稿日期：２０１０—０５—２２　作者简介：陈晶晶（１９８２一　），女，福建龙岩人，龙岩学院物理与机电工程学院教师，硕士。　图２电源电路　５５—　陈晶晶　２．２电机驱动电路　直流Ｈ桥功放电路是用于控制电机正转和　３软件系统设计　反转的基本电路，此电路可使电机通过输入端的　软件系统主要是完成一个决策和导向的功　改变来控制电机的转向。本设计中小车采用后轮　能，其主要设计思想是根据小车传感器传回的信　驱动控制进退，前轮通过转向电机控制方向。因　号确定小车的位置和车速，再调整电机的转向和　此通过对电机转向的控制可以实现小车的前进与　转速，改变小车的位置和车速，主要包括路面探测　后退以及前轮的左转和右转。电路如图３所示。　子程序、路程计算和ＬＥＤ显示子程序以及电机驱　动子程序。　３．１路面探测子程序　本设计的跑道模型中，以黑线作为跑道中的　标志。小车通过车头两个朝下的红外传感器检测　黑线来确定自身位置，如果两个传感器同时感应　到黑线，则表示小车进入加速或限速区，同时调整　图３　电机驱动电路　后轮的驱动电机改变速度。如果只有一个传感器　２．３路面检测电路　感应到黑线，则表示小车有一边即将出界，同时调　此模块使用反射式红外光电管作为车头的传　整前轮的转向电机来控制方向。程序流程如图６　感器，当反射式红外管扫过路面的颜色较深的线　所示。　时，受反射光线强弱的影响，异或门的输出电平会　发生改变，并将此电压信号的变化传递给单片机，　单片机经过处理后再控制电机电路，调整小车的　方向和车速。电路如图４所示。　ｖｃＣ　Ｒ１　ｒ　Ｒ２　｝＿１０ＫＱ．　５．１ＫＱ　Ｃｌ　—————＿＿１卜＿＿　１０００ＰＦ　Ｄ１　Ｄ２　［　【　图６路面探测　程圈　３．２　路程计算和ＬＥＤ显示子程序　图４路面探测电路　路程主要是根据后轮霍尔传感器传回的车轮　２．４　车速检测　转过的圈数计算得出。后轮每转一圈，程序中用　车速检测通过装在小车后轮上的霍尔传感器　来储存圈数的变量就自动加一，最后再乘以轮胎　将车轮转过的圈数以电信号的形式传递给单片　周长算出行驶距离。程序流程如图７所示。　机，然后单片机计算出小车行驶的路程，最后将路　程显示在ＬＥＤ管上。电路如图５所示。　图７路程显示流程图　３．３电机驱动子程序　一　本设计中小车有两个电机，一个装在后轮控　图５车轮计数电路　制车速，一个装在前轮控制方向。子程序根据主　５６一　基于ＭＳＰ４３０单片机的智能小车设计与实现　程序中传递的变量来判断此时该控制后轮电机还　小车的软件系统主要是由以上几个子程序构　是前轮电机。实现对小车运动状态的改变。程序　成，将这几个子程序合在一起构成的主程序流程　流程如图８所示。　图如图９所示。　４　结语　本设计中小车采用模块化的设计思想，各模　块问独立性强，经过测试，小车能很好地完成所有　功能，满足自动寻迹的设计要求，对路程的显示可　以精确到０．０１ｍ。　图８电机程序流程图　［参　考　文　献］　３．４　系统流程　［１］吴景华．智能小车ＥＪ］．轻工机械，２００７，１０（２５）：７３　７５．　［２］　胡大可．ＭＳＰ４３０系列１６位单片机原理与应用ＥＭ］．　北京：北京航空航天大学出版社，２０００．　［３］谭永辉，张辉．智能寻迹小车的研究与设计［Ｊ］．微　计算机信息，２００８，８（２４）：３１０—３１２．　［４］　胡大可．ＭＳＰ４３０系列单片机ｃ语言程序设计与开　发［Ｍ］．北京：北京航天航空大学出版社，２００２．　［５］　田拓，郭中华，丁帅华，等．基于ＡＴ８９Ｃ５２单片机智　能小车的设计［Ｊ］．宁夏工程技术，２００５，１２（４）：３３４　３３６．　［６］　陈懂，金世俊．智能小车的多传感器数据融合［Ｊ］．　现代电子技术，２００５，３（１９７）：３—５．　图９主程序流程图　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｍｉｎｉ—ｃａｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＭＳＰ４　３　０　Ｃｈｅｎ　ＪｉｎｇＪｉｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏＪ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｏｎｇｙａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｏｎｇｙａｎ，Ｆｕｊｉａｎ　３６４０１２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｍｉｎｉ—ｃａｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＭＳＰ４３０　ＭＣＵ．　Ｔｈｅ　ＭＣＵ　ｒｅｃｅｉｖｅｄ　ｔｈｅ　ｓｉｇｎａｌ　ｗｈｉｃｈ　ｗａｓ　ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ　ａｎｄ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｓｅｎｓｏｒｓ　ｆｉｘｅｄ　ｉｎ　ｆｒｏｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｒ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈｅ　ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｔｏｒ　ｔｈａｔ　ｃａｎ　ｍａｋｅ　ｔｈｅ　ｃａｒ　ｇｏｉｎｇ　ａｈｅａｄ　ｏｒ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｒ　ｗｅｒｅ　ｇｉｖｅｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ，ｔｈｅ　ｍｉｎｉ—ｃａｒ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｅｄ　ｗｅｌ１．Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｐａｒｋｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｆａｃｔｏｒｙ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｍｉｎｉ－ｃａｒ；ｓｅｎｓｏｒ；ＭＣＵ；ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｏａｄ　（责任编辑：陈锦华）　５７—