msp430智能车_原创文档.pdf

本小车以MSP超低功耗单片机MSP430F168为控制核心，通过各种传感器采集外部信号，

经过信号放大及滤波电路对信号进行处理后，利用单片机进行综合判别及对信号的运算处

理，通过指令控制执行部件工作。结合各信号处理及控制电路实现了小车的寻迹、避障、避

悬崖、寻光、语音录放等功能，并且能够精确地在停车线附近停车。本设计采用单片机输出

PWM信号给集成驱动芯片来控制直流电机，使用了反射式红外传感器ST188检测红外线信

号来矫正行车路线以及躲避障碍物和悬崖，通过光敏电阻检测光强。多传感器并行工作，

MCU则提供外部检测信号综合处理，并控制小车的正确运行。

关键字：MSP430F168PWM寻迹避障避悬崖语音录放

前言:多功能小车采用MSP430F168为控制器，采用多传感器进行信息采集，运用反射式红

外传感器ST188进行路径检测和速度控制。另外，采用PWM技术控制小车电机的转向与

转速，系统还扩展了语音录放及趋光等功能。此外，寻迹算法的采用使小车行进性能更加优

越。

1．系统方案设计和论证

系统可以划分为以下几个基本模块，其模块组成

1.1控制核心的选择

采用以MSP430F168为控制核心，所有编程语言围绕MSP430F168进行描述。MSP430F168

单片机，功耗低、运算速度快、精度高、外围模块丰富，像该单片机片上自带的比较捕获单

元能够方便的产生频率和占空比可调的PWM信号，比其他单片机使用定时器来实现方便得

多。

1.2检测方案的选择

红外线光电传感器ST188能够检测到一定距离内自身发射的红外线信号，以下各功能

模块的实现基于它的这个特性。寻迹时小车行驶的跑道贴有黑色胶带，通过不同颜色背景对

于光线的反射系数不同能够实现对寻迹时黑线的检测；而在避障环节则通过传感器能否接受

到自身发出的红外线来判断前方是否存在障碍物；避悬崖实现原理与此类似，只是传感器安

装方式不同。使用ST188可以方便地实现实时监控，有效的防止误触发，灵敏度容易控制，

而且可以改变电阻来增加红外光电传感器的探测距离，因此选择方案三。

1.3电机选择以及驱动方案

采用减速直流电机。减速直流电机有很好的调速特性；功耗较低、过载能力强；更可以实

现频繁的无级快速启动、制动和反转。考虑到本设计中电动车爬坡需要较大的力矩，在找平

衡点是时需要反复的制动、变向，故减速直流电机可以很好的适用于此系统的设计。并且采

用内部集成有两个桥式电路的专用芯片L298N所组成的电机驱动电路，利用它内部的桥式

电路来驱动直流电机。此选择优点在于：每一组PWM波用来控制一个电机的速度，而另外

两个I/O口可以控制电机的正反转，控制和保护电路简单，应用比较灵活，而且稳定，可以

轻松实现对电机方向的控制。

1.4寻迹算法

为了小车能够更好地实现寻迹的功能，此设计中采用较常用的PID算法。PID控制算法，

简单地说，就是运用比例、积分、微分算法，来对回路中的偏差进行修正，通过执行器调节

参数，使测量值稳定在设定值附近，达到控制某一参数的目的。PID算法在控制过程中能够

在一定的范围内消除振荡，提高下偏差的稳定性。在小车高速行进时，遇到赛道变化，往往

会产生很大的偏移信号，使加入I变量后的振荡增大，所以把I的响应加入一个逻辑系数，

决定积分I变量是否参与调节小车状态，另外还使用微分D调节。并且我们把前四次的结

果结合起来，消除单次扰动。

2．系统具体设计与实现

2.1系统硬件设计

2.1.1车体设计

本小车体完全由手工制作。外形制作时用到了实验室的钻孔机和锯条，其各主要部件安

装位置。车的底板为一块铝板，用溶胶将两个电机固定在铝板的下面作为主动前轮，后面则

固定一个摩擦较小的万向轮；MSP430最小系统模块，传感器模块，显示模块，电机驱动模

块等都用螺丝安放在铝板上方，且有隔离层防止短路；共用到六个反射式红外传感器ST188

和两个光敏电阻，三个ST188安在电机前用来检测黑线实现寻迹功能，一个被安插在小车

正前方的底部以防止小车掉地，两个分布在小车两边检测前方是否有障碍物；而左右光敏电

阻可以探测较强光源；

2.1.2单片机最小系统设计

考虑到小车各模块功能的实现主要依靠传感器的信号检测及处理，这样会有较大的运算

量，选用一款处理能力强的控制芯片尤为重要，而TI公司的MSP430系列单片机是一种16

位的超低功耗的混合信号处理器，片上资源丰富，适合于低功耗、高速实