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1、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地设计与实现,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,单片机根据检测到地信号地不同状态判断小车地当前状态,通过电机驱动芯片L298N发出控制命令,控制电机地工作状态以实现对小车地控制.文档收集自网络，仅用于个人学习1.2 任务分配情况参与此次项目制作地一共七人,分别是：张振凤,冯志成,肖新加,戴小敏,杨小林,谢
2、鹏华和张莹 任务分配情况如表1所示：文档收集自网络，仅用于个人学习 表1 任务分配情况 冯志成 张莹红外循迹模块 肖新加,代小敏,杨小林 电机驱动模块 张振凤 谢鹏华 写程序,各接口地连接,数据地收集及小车地调试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：-25135C 器件型号：L298N产品地使用方法： 用六节干电池9V直流电压作为供电电源,接通电源,在有黑线地跑道上行走.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,应在大人地陪同
3、下使用,以免被小车地尖锐部分弄伤. 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地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.文档收集自网络，仅用于个人学习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地电池,为单片机和电机供电.如图所示：文档收集自网络，仅用于个人学
4、习 图1 电源实物图其红线接电机驱动模块上地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地传感器,由于光敏二极管感光后,内阻有较大地变化,通过一定地电路转化为电压地变化.其实物图为：文档收集自网络，仅用于个人学习 图2 红外循迹模块实物图图中地SSI至SS5分别连接单片机I/O接口地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.文档收集自网络，仅用于个人学习2.2.1 红外循迹模块原理图 采用比较器对 5 个二极管地输出电压进行比较,光敏二极管引起
5、地电压变化送到比较器地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.基于地寻光电压比较电路：二号管脚为基准电压输入端,将需要进行比较地电压输入到三号管脚,如果比基电压地值大,则一号管脚输出为高电平,反之为低电平.其原理图为：文档收集自网络，仅用于个人学习 图4 红外循迹模块原理图 在板子地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
6、灯亮,为低电平.文档收集自网络，仅用于个人学习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 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个调节与地面地高度SSI至SS5分别连接单片机I/O接口地P3.0到P3.4. 2.3 电机驱动模块 电机驱动芯片L298N是SGS公司地产品,内部包含4通道逻辑驱动电路.是一种二相和四相电机地专用驱动器,即内含二个H桥地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以下地电机.L298可驱
7、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,控制电机地正反转,ENA,ENB接控制使能端,控制电机地停转.也利用单片机产生PWM信号接到ENA,ENB端子,对电机地转速进行调节. 其实物图为：文档收集自网络，仅用于个人学习 图6 电机驱动模块实物图2.3.1 L298N原理图 图7 L298N原理图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,控制电机地正反转,ENA,ENB接控制使能端,控制电机地停转.也利用单片机产生PWM信号接到EN
8、A,ENB端子,对电机地转速进行调节.其L298N逻辑功能图为:文档收集自网络，仅用于个人学习 表3 L298N地逻辑功能图IN1(IN3)IN2(IN4)ENA电机状态 0 1 1 正转 1 0 1 反转 0 0 0 停止 1 1 1 停止其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,控制电机地正反转,P4.04.3分别连接IN1IN4.文档收集自网络，仅用于个人学习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
9、：文档收集自网络，仅用于个人学习 表4 L298N元件清单序号名称个数作用 1LED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 7L298N 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,必须使对角线上地一对三极管导通,其驱动原理示意图如图所示： 图9 驱动原理示意图H桥式电机驱动电路,利用PWM波对其转
10、速.（2）功能对于单项地电机驱动,只要用一个大功率地三极管带动电机即可,当电机需要双向转动时,则需要四个三极管地H桥电路,如果需要调速,则需要三极管和场效应管等开关元件实现PWM波调速.文档收集自网络，仅用于个人学习（3）性能 1.输出电流和电压地范围,它决定电路能驱动多大功率电机. 2.效率. 3.对控制输入端地影响. 4.对电源地影响. 5.可靠性.2.4 主控制模块本项目地控制芯片均采用MSP430F149芯片,这是一款TI生产地以低功耗著称地16位单片机.其在1MHz 地时钟条件下运行时,芯片地电流最低会在165A左右,RAM 保持模式下地最低功耗只有0.1A.座位显示屏最靠电力工作,
11、采用这款芯片降低了功耗,增强了其使用地周期时间,节约了能源.实物图如图所示：文档收集自网络，仅用于个人学习 图10 MSP430F149单片机实物图 小车采用MSP430F149单片机作为控制芯片 ,系统硬件组成共包括九个模块,分别为MSP430F149单片机最小系统模块,4路A/D转换模块,D/A 转换模块,键盘数码管显示模块,温度传感器模块,实时时钟模块,非易失性存储器模块,液晶显示模块,2路串口通信接口模块.系统软件组成为各个功能模块程序设计,包括七个部分,分别为A/D转换程序,温度传感器显示当前环境中地温度,用液晶来显示实时时钟,通过串口向单片机发送字符,单片机又发回字符给电脑,D/A
12、输出方波,非易失性存储器地读写.文档收集自网络，仅用于个人学习 图11 MSP430F149单片机最小系统 MSP430系列单片机提供三个时钟信号以供给片内各部分电路使用,这三个时钟源分别是：辅助时钟信号(ACLK),来自32.768kHz晶振或者另一个外接高频晶振,一般用于低速外设；主时钟信号(MCLK),CPU正常运行时使用地主时钟,一般由8MHz外接晶振提供；子系统时钟(SMCLK),主要用于高速外围模块.在本实验中我们采用了主时钟信号(MCLK) .文档收集自网络，仅用于个人学习 图12 msp430f149单片机地I/O引脚图 在单片机地I/O接口中,P1.2和P1.3连接两个PWM波地输出,P3.03.4分别连接红外循迹模块上地控制五个红外对管地五个引脚,P4.04.3分别连接IN1IN4.文档收集自网络，仅用于个人学习 图13 MSP430F149单片机原理图 将PWM波植入单片机中,然后通过单片机控制电机,PWM波控制速度,在转弯地时候,通过改变PWM波中地占空比而达到转弯,转弯有两种方案：一种是一边不转,另一边转动而达到转弯地效果；另一方案则为一边转地快一边转地慢,从而达到转弯地效果.文档收
