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1、华中科技大学 2013 年 TI 杯电子设计竞赛总结报告华中科技大学电子与信息工程系华中科技大学电子与信息工程系 20132013 年年 TITI 杯电子设计大赛项目总结报告杯电子设计大赛项目总结报告项目名称： 基于 MSP430 的智能小车设计 团队成员： 竺浩 通信工程 1006 班 邱双 通信工程 1006 班 郑学谦 通信工程 1006 班 指导教师: 汪小燕 2013 年 7 月 3 日华中科技大学 2013 年 TI 杯电子设计竞赛总结报告课题名称：智能小车自动控制系统【摘要】本次课程设计以MSP430超低功耗单片机系列MSP430F5529为主控制器，附加电机、电池、 传感控制模
2、块等，完成二驱小车自由运动、检测黑白线实现沿轨道自动运行、能够避开障碍物、 无线控制等功能，F5529的I/O口丰富，使得各个功能模块之间信息交流快捷方便。在机械结构 上，我们选购用一个万用轮代替两个前轮的小车，大幅度提高了小车的灵敏度。利用单片机产 生PWM波，控制小车速度，选用L298N驱动芯片驱动电路，使用三路红外对接管检测黑白线，使 用一个超声波实现测距壁障功能，使小车能够自动左转避开障碍物，使用无线控制模块，可实 时控制小车运动。基于可靠的硬件设计和更加优化的软件算法，在实现本课设基本要求的基础 上，可实现部分扩展功能。【关键词】：MSP430F5529 循迹 无线控制 超声波测距壁
3、障华中科技大学 2013 年 TI 杯电子设计竞赛总结报告Abstract This curriculum project uses MSP430F5529, in the series of MSP430 ultra low power single chip microcomputer, as its main controller. In addition, the realization of the controllers function can not leave motor, battery, sensing control template and so on, for ex
4、ample, free movement of the two drive vehicle, and automatic operation along runway by testing black and white lines, avoiding obstacles, wireless operation and other functions. The quick and easy information exchanging among each functional template has to thank to the abundance of I/O of F5529. On
5、 mechanical structure, two front wheels of the mini car are replaced by a universal wheel, so as to improve its sensitivity by large margin. PWM is used to control motor and single chip microcomputer to make PWM wave, in order to control its speed. The car can stop and turn left to avoid obstacles b
6、ecause L298N driving chip drives circuit, three infrared ray on pipes is used to test black and white lines, and an ultrasonic template is chosen to realize ranging barrier function. With wireless operating template, movement of the mini car can reach real- time control. Besides finishing basic requ
7、irement of this curriculum project, some broadening functions can also be achieved based on reliable hardware design and better software algorithm.Key words: MSP430F5529 tracking wireless control ultrasonic wave ranging counterguard华中科技大学 2013 年 TI 杯电子设计竞赛总结报告目录目录1 概述概述32 设计目标设计目标33 团队组成与任务分工团队组成与任务
8、分工44 方案论证方案论证44.1 电机驱动模块电机驱动模块.4 4.2 循迹模块循迹模块.5 4.3 无线模块无线模块.5 4.4 测距壁障模块测距壁障模块.55 系统总体设计系统总体设计75.1 总体设计思路总体设计思路.7 5.2 主要器件选择主要器件选择.7 5.3 主要元器件清单主要元器件清单.87 系统各模块设计与实现系统各模块设计与实现.157.1 电机驱动模块电机驱动模块.15 7.2 循迹模块循迹模块.16 7.3 无线模块无线模块.16 7.4 超声波测距壁障模块超声波测距壁障模块.179 心得与总结心得与总结.2610 致谢致谢2711 参考文献参考文献2712 附录附录
9、.27华中科技大学 2013 年 TI 杯电子设计竞赛总结报告1. 概述概述随着控制技术及计算机技术的发展，智能车系统将在未来工业生产和日常生活中扮演 重要的角色。智能小车系统综合运用了控制技术、传感器技术、电力电子、计算机、机械 等专业领域的知识，使小车能够模仿人类的思想完成预定的控制任务，实现智能化。 本系统以 MSP430F5529 为主控芯片，这是一款基于闪存的产品系列，在操作电压范围 1.8-3.6V 内，性能达到 25MIPS，启动时为 12MIPS，拥有一个优化功耗的创新电源管理模 块，内部有电压稳压模块，以及更高的存储能力。我们利用它自身的优点，并加入了红外 对接管、无线控制以
10、及超声波测距模块，成功实现了循迹黑白线，沿轨道运行，不偏离轨 道；实时遥控小车前行，左右转弯及后退；以及测距壁障等功能，能够检测到前方障碍， 并在半米的距离内左转，避开障碍物。供电方面，主控器使用两节干电池单独供电，电机 等部分使用 7.2V 充电电池供电。小车可以通过无线控制的 D 键实现循迹和避障功能的切 换。 本报告以下的内容将会按照以下结构来组织：在第二小节中我们将会介绍设计的目标，以及小车将实现的基本功能和扩展功能；第三 小节中，我们将会介绍组员分工情况；第四小节中，我们将按模块分析方案选取的原因，主 要包括电机驱动模块，循迹模块、无线模块、测距壁障模块等四个主要模块；第五小节的内
11、容是总体设计方案与应用场景的介绍，其中将详细介绍总体设计思路，核心器件的选择，并 且列出了主要器件清单；第六小节里，将按照模块进行详细的介绍，其中包括每个小模块的 基础知识、设计原理、软硬件设计、性能分析、模块的最终效果等。我们系统整机测试的过 程与结果将会展现在第七小节。2. 设计目标设计目标2.2 基本功能1)各个电路模块自行设计完成，机械模块自行购买 2)具有两种以上传感控制模块 3)能够控制二驱小车自由运动 4)能够在规定的时间内控制小车沿着具有直线和弧线的轨迹运动到停止处， 5)不能偏离轨道 6)能够利用红外线发射及接收对管检测黑白线 7)由电池供电； 8)使用 MSP430 开发板
12、作为控制处理器2.2拓展功能1)若在运动线路中设置障碍物，小车能够避开障碍物 2)提高小车的运行速度 3)其他控制方式：如无线控制华中科技大学 2013 年 TI 杯电子设计竞赛总结报告3. 团队组成与任务分工团队组成与任务分工本小组分工的指导思想如下：为了最大程度实现并行性，我们按照模块来划分任务。不同 模块之间首先需要将相互之间的接口定义好，定义完成以后不同模块就能够相对地独立工作了。 我们所划分的三大模块为：电机控制及循迹模块，超声波测距壁障模块，无线控制以及主函数 编写模块。 竺浩负责电机控制及循迹模块程序的设计与调试；小组分工；小车组装；整机调试。 邱双负责超声波测距壁障模块的电路与
13、程序的设计和调试；编写文档。 郑学谦负责无线控制模块的设计、实现与调试；主函数的编写；小车组装；元器件购买。4. 方案论证4.1 电机驱动模块方案的选择与论证方案一：采用电阻网络调整电机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调 速，而数字电阻元器件比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻较小，但电流较大； 分压不仅会降低效率，而且实现很困难。方案二：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行控制。这 个方案的优点是电路较简单，缺点是继电器的响应时间慢，机械结构易损坏，寿命较短，可 靠性不高。方案三：采用由 CMOS 管组成的 H 型 PWM 电路。使用
14、PWM 波形来实现电机的调速。用单 片机控制 CMOS 管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于 工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H 型电路保证了可以简单实现转速和方向的控 制，电子开关的速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的 PWM 调速技术。通过比较，本系统需要对电机的速度进行控制，而且方案三对于资源的要求不是很高， 可以由单片机自己产生，不需要增加硬件，对软硬件的要求不是很高，可以很好的满足本系 统的要求。所以需要采用方案三。 4.2 循迹模块方案一：采用热探测器。由于温度变化是因为吸收热能辐射能量引起的，与吸收红外辐射的波 长没有关系，即对红外辐射吸收没有波长的选择，因此受外界环境影响比较大。方案二：使用发光二极管和光敏三极管组合。这种方案的缺点在于其他环境的光源会对光敏二 极管产生很大
