基于MSP430F5529的循迹壁障无线控制智能小车设计报告

1、华中科技大学电子与信息工程系2022年TI杯电子设计大赛工程总结报告工程名称：基于MSP430F5529智能小车设计团队成员：通信工程通信工程通信工程指导教师：2022 年 7 月 3 日课题名称：智能小车自动限制系统【摘要】本次课程设计以MSP43那么低功耗单片机系列 MSP430F5529为主限制器,附加电机、电池、 传感限制模块等,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、 无线限制等功能,F5529白I/O 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,大幅度提升了小车的灵敏度.利用单片机产 生PWMt限

2、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,使用无线限制模块,可实 时限制小车运动.基于可靠的硬件设计和更加优化的软件算法,在实现本课设根本要求的根底 上,可实现局部扩展功能.【关键词】：MSP430F5529 循迹无线限制 超声波测距壁障Abstract This curriculum project uses MSP430F5529, in the series of MSP430 ultra low power single chip microcomputer, as its main co

3、ntroller. In addition, the realization of the controller s funct ion can not leave motor, battery, sensing control template and so on, for example, free movement of the two drive vehicle, and automatic operation along runway by testing black and white lines, avoiding obstacles, wireless operation an

4、d other functions. The quick and easy information exchanging amongeach functional template has to thank to the abundance of I/O of F5529. Onmechanical structure, two front wheels of the mini car are replaced by a universal wheel, so as to improve its sensitivity by large margin. PWMs used to control

5、 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 because 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 rangin

6、g barrier function.With wireless operating template, movement of the mini car can reach real-time control. Besides finishing basic requirement of this curriculum project, some broadening functions can also be achieved based on reliable hardware design and better software algorithm.Key words: MSP430F

7、5529 tracking wireless control ultrasonic wave ranging counterguard目录1概述 32设计目标33团队组成与任务分工44方案论证44.1 电机驱动模块 . .44.2 循迹模块.54.3 无线模块 .54.4 测距壁障模块 .55系统总体设计75.1 总体设计思路.75.2 主要器件选择 .75.3 主要元器件清单.87系统各模块设计与实现.157.1 电机驱动模块.157.2 循迹模块 .167.3 无线模块 .167.4 超声波测距壁障模块 .179心得与总结 .2610致谢 2711参考文献27.2712附录1 .概述随着限

8、制技术及计算机技术的开展,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限制技术、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限制任务,实现智能化.本系统以MSP430F552油主控芯片,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,性能到达25MIPS,启动时为12MIPS,拥有一个优化功耗的创新电源治理模 块,内部有电压稳压模块,以及更高的存储水平.我们利用它自身的优点,并参加了红外 对接管、无线限制以及超声波测距模块,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

9、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 等局部使用7.2V充电电池供电.小车可以通过无线限制的D键实现循迹和避障功能的切换.本报告以下的内容将会根据以下结构来组织：在第二小节中我们将会介绍设计的目标,以及小车将实现的根本功能和扩展功能；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 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

10、小节里,将根据模块进行详细的介绍,其中包括每个小模块的 根底知识、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2.2根本功能1各个电路模块自行设计完成,机械模块自行购置2具有两种以上传感限制模块3能够限制二驱小车自由运动4能够在规定的时间内限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开发板作为限制处理器2.2 拓展功能1假设在运动线路中设置障碍物,小车能够避开障碍物2提升小车的运行速度3其他限制方式：如无线限制3 .团队组成与任务分工

11、本小组分工的指导思想如下：为了最大程度实现并行性,我们根据模块来划分任务.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：电机限制及循迹模块,超声波测距壁障模块,无线限制以及主函数 编写模块.负责电机限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.负责超声波测距壁障模块的电路与程序的设计和调试；编写文档.负责无线限制模块的设计、实现与调试；主函数的编写；小车组装；元器件购置.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,从而到达调速的目的.但是电阻网络只能实现有级调 速,而数字

12、电阻元器件比拟昂贵.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.万案一：采用继电器对电动机的开或关进行限制,通过开关的切换对小车的速度进行限制.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.方案二：采用由CMOS管组成的H型PWM电路.使用PWM波形来实现电机的调速. 用单片 机限制CMOS!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限制,电子开关的速度很快,稳定性也极强,是一种广泛采用的PW硼速技术

13、.通过比拟,本系统需要对电机的速度进行限制,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.由于温度变化是由于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拟大.万案一：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 极管产生很大的干扰.方案二：采用光敏传感器,根据白色背景和黑线的反光程度的不同,光强度的变化引起电阻的 变化,但在光线比拟的强的情况下误差会很大.方案四：使

14、用红外反射式一体化传感器进行检测.只要选择数量和探测距离适合的红外传感器,可以精准的判断出黑线位置.通过比照,这次设计中由于是近距离探测,故采用方案四来完成数据采集.由于红外 光波长比可见光长,因此受可见光的影响较小.同时红外线系统还具有以下优点：尺寸小、 质量轻,便于安装.反射式光电检测器就是其中的一种器件,它具有体积小、灵敏度高、线性好等特点,外围电路简单,安装起来方便,电源要求不高.用它作为近距离传感器是最理 想的,电路设计简单、性能稳定可靠.4.4 测距壁障模块方案一：采用超声波技术.利用超声波传感器,监视测量发射脉冲和接受脉冲的时间差,计算 超声波和物体之间的距离.并在适当的距离内采

15、取壁障举措.万案一：采用反射式红外发射一接收管.红外线测距传感器利用的就是红外线信号在遇到障碍物其距离的不同那么其反射的强度也不同,根据这个特点从而对障碍物的距离的远近进行测量 的.其优点是本钱低廉,使用平安,制作简单,缺点就是测量精度低,方向性也差,测量距 离近以上两种方案中,第一种精度较高,抗干扰水平强,有较短的反响时间,应用广泛, 所以采用第一种超声波方案.4.5 供电方案方案一：采用两个电源供电,将电动机驱动电源以及其周边电路与单片机电源分别供电,由于单片机的电压较 低,而电机需要的电压较高,容易使单片机电压过高而损坏,使用两个电池供电,可以提升系统稳定性, 但是多一组电池,增加了小车

16、的质量,同时也增加了小车的惯性,降低了灵敏度.方案二：采用单一电源供电.电源直接给单片机供电,通过单片机的IO口连接到电动机上,这样输 出的电压稳定,同时也减轻了小车的质量,使小车更加灵活.但是加高的电压提升了损坏单片 机的风险.从平安性考虑,我们选择方案一.5系统总体设计5.1 硬件电路设计整个电路系统分为黑线检测、障碍检测、限制、驱动四个主要局部.主控单元是小车的核心局部,它所要完成的任务有：处理输入信号,启动/停止小车、控制电机转速、完成距离检测、做出壁障判断等.首先利用红外对接管对路面信号 进行检测,然后将检测结果送入主控芯片,输出相应的信号给驱动芯片,驱动电 机转动,从而限制整个小车

17、的运动,与此同时,超声波模块检测前方是否有障碍 物,并将搜集到的信息实时送到主控芯片,及时避开障碍.无线限制模块也可以 通过I/O中断限制电机驱动,限制小车运动.图1系统硬件框图5.1.1 超声波模块功能框图如图3-2所示可以通过超声波模块得到小车与障碍物的距离,将数据交给单片 机判断是否需要避开障碍物,随即单片机限制电机,驱动小车运动.5.1.2如图3-3所示,无线限制模映冽摧制脚例婀骨机处理,限制电机运动无线限制限制信号-单片机 一*E线限制模块功能框图驱动电路 电机5.1.3 电机驱动调速模块用于限制小车的前进,后退,停止等根本功能,并且实现 PWM波对于转速的 限制.如图3-4所示电动

18、机小车的本机构如 单片机5.1.4 寻迹模块图3-4电机驱动调速模块功能框图用于小车的循迹黑线.如图3-5所示图3-5循迹模块功能框图弓1脚号引脚功能硬件连接电机模块P2.0TA1CCR1电机模块ENA 输出P2.1TA1CCR2电机模块ENB 输出P4.0I/O电机模块IN1 输出P4.1I/O电机模块IN2 输出P4.2I/O电机模块IN3 输出P4.3I/O电机模块IN4 输出循迹模块P7.0I/O左循迹模块OUT 输入P7.1I/O中循迹模块OUT 输入P7.2I/O右循迹模块OUT 输入无线 限制 模块P4.4I/O无线解码模块D1 输入P4.5I/O无线解码模块D2 输入P4.6I

19、/O无线解码模块D3 输入P4.7I/O无线解码模块D4 输入P2.6I/O中断无线解码模块VT 输入避障 模块P7.7I/O超声波测距模块Trig 输出P1.0I/O中断超声波测距模块Echo 输入5.2系统软件结构设计根据不同路段的限制要求,单片机系统主要由电机调速和换向子程序,测距避障子程序,无线限制子程序和循迹子程序构成.总体流程如图3-6所示：编辑电机模块的IN1IN4引脚号以及使能端ENA和ENB , 加一左转、右转、前进、判断按键5.3主要器件选择.停止函数5.3.1,电机驱动此片：L298N芯片可以驱初析h判断三个循迹L298N贲块的输出定时发出测距脉冲相电机,50V7 以直接

20、通过电压来调节右转盾迹前进左转判断有无Echo信号输出电压；可以直接用单片机的 IO 口提供信号,而且电路简单,使用比拟方便.通过单片 机的I/O输入改变芯片限制端的电平,即可以对电机进行正反转,停止的操作.1298热接受标准TT国辑电平信号 ,VSs可接4. 57 V电压.4脚V眼电源电压,VSfe压范围VIH为 + 2. 546 V.输出电流可达2. 5 A,可驱动电感性负载.1脚和15脚下管的发射极分别单 独引出以便接入电流采样电阻,形成电流传感信号.将其 OUT1 OUT2 OUT3 OUT分别接2 个电机,IN1、IN2、IN3、IN4引脚从单片机接输入限制电平,限制电平的正反转,E

21、NA ENB接限制使能端,限制电机的停转.逻辑功能如下： 接线方式如下：L298N可以直接对电机进行限制,无须隔离电路,亦能够满足直流减速电机的大电流要 求,调试时,可以用程序输入对应的码值,能够实现对应的动作.对电机的调速,采用PWM调速的方法.5.3.2 无线限制模块：SC2262接收模块的七根引脚分别为D& D2、D1、D0 GND VT VCC其中VCE DC5V勺供电端,GNM接地端,VT端为解码有效输出端,只要发射器的数据码有输出,VT都能同步输出高电平；D& D2、D1、D配2262解码芯片的四位数据输出端,有信号时能输出5V左右的高电平,驱动电流约2mA与发射器的四位数据码输出

22、一一对应.接收模块不焊天线也能接收信号.各管脚功能如下： 1.技术参数工作电压V: DC5V静态电流mA : 4.5MA调制方式：调幅OOK工作温度：？-10 C+70C接收灵敏度dBm: -105DB工作频率MHz: 315、433.92MHz 266-433MHZ 频率段可任选编码方式：焊盘编码固定码工作方式：M4 点动：按住不松手就输出,一松手就停止输出、L4 互锁：四路同时只能有一路输出、T4 自锁：四路相互独立输出、互不影响,按一下输出 再按一下停止输出尺寸LWH : 41*23*7mm2 .产品？特点：?湘再生接收*II块采用 LC振荡电路,内含放大整形,输出的数据信号为解码后的高

23、电平信号, 使用极为方便,并且价格低廉,所以被广泛使用.带四路解码输出同时也可改为六路点动或 互锁输出,使用方便；频点调试容易,供货周期短；产品质量一致性好,性价比高.?接收模块有较宽的接收带宽,一般为10MHz ,出厂时一般调在 315MHz或433.92MHZ如有特殊要求可调整频率, 频率的调整范围为 266MHz433MHz.接收模块一般采用 DC5V 供电,如有特殊要求可调整电压范围.4 .应用环境应用领域无线遥控开关、遥控插座、数据传输6 .备注VCC电压要与模块工作电压一致,且要做好电源滤波；天线对模块的接收效果影响很大,最好接1/4波长的天线,一般采用50欧姆单芯导线,天线的长度

24、315M的约为23cm, 433M的约为17cm；天线位置对模块接收效果亦有影响,安装时,天线尽可能伸直,远离屏蔽体,高压,及干扰源的地方；？使用时接收频率、解码方式应与发射匹配.、遥控玩具、防盗报警主机、车库门、卷闸门、道闸门、伸缩门等门控业及其遥控音响领域等.6.1.1 超声波模块：HC-SR04实物如下列图.其中VCC供5V电源,GND为地线,TRIG触发限制信号输入,ECHO回响 号输出等四支线.电器特性.HC-SR0媚声波的供电电压为 DC5M MSP430勺供电电压为3.3V.其他电气参数如下：最远射程4m最近射程2 cm测量角度15输入触发信号10us的TTL脉冲输出回响?号输出

25、TTL电平信号,与射程成比例6.1.2 循迹模块：74HC04D该芯片主要为智能小车、 机器人等自动化机械装置提供一种多用途的红外线探测系 统的解决方案.在循迹模块中我们使用红外线发射和接收管等分立元器件组成探头, 并使用LM339电压比拟器参加了迟滞电路更加稳定做为核心器件构成中控 电路.发射器是一个红外发光二极管,接收器是一个高度灵敏度、平面光电三极管,两者 集为一体,使探测器结构紧凑,易于单片机接口.该模块易于安装,使用简便,各路循迹 分别独立工作,工作时不受数量限制.主要参数如下：模块高度w 10毫米平安工作电压范围在 3伏特至6伏特之间各路全开工作电流 30毫安至55毫安之间各管脚的

26、作用：VCC GND:电源接线端IN 14、OUT探头与中控板连接端OUT1 OUT2 OUT3 OUT4:对应输出端LED1、 LED2 LED3 LED4:对应输出指示R1、R2、R3 R4:对应比拟电压调节输出端为集电极开路,板载5.1千欧上拉电阻实验之前,我们测试下,模块是否是好的：1测试探头：移开探头前面的所有物体,且探头不要指向阳光的方向.将探头板接上电源后用万用表测最输出端电压.此时的电压 应当在1伏特左右.用白纸挡在探头前.用万用表测输出端电压应当接近电源电压.2测试中探板：将测试好的探头按板上所标示的接入输入端子,移开探头前面的所有物体,且探头不要指向阳光的方向,将中探板接上

27、电源后用万用表测输出端子,此时 输出端输出的电压应当接近电源电压,用白纸挡在探头前,万用表测输出端电 压应当接近0伏特.5.5 主要元器件清单主控芯片：SEED-EXP430F5529智能小车底盘二轮驱动；电机驱动L298N；智能小车循迹模块74HC04D ；超声波模块HC-SR04 ；杜邦线假设干.5.6 应用场景该智能小车应用广泛,不仅可家用清洁卫生,也可以提供功率,承载力等之后用于餐饮等 效劳行业.7.系统各模块的设计与实现7.1 电机驱动7.1.1 模块概述：电机驱动芯片选用L298N,电机的调速,采用 PWIW速算法.电机由电池供电,信号由 单片机的端口提供.L298N的连接方法为：

28、PWMJ原理是开关管在一个周期内的导通时间为t ,周期为T,那么电机两端的平均电压为U=Vcc* t/T =a*Vcc.其中a=t/T为占空比,Vcc是电源电压,电机的转速与电机两端的电 压成比例,而电机两端的电压与限制波形的占空比成正比,因此电机的速度与占空比成比 例,占空比越大,电机转得越快.在硬件电路的连接上,弓1脚号引脚功能硬件连接电机模块P2.0TA1CCR1电机模块ENA (输出)P2.1TA1CCR2电机模块ENB (输出)P4.0I/O电机模块IN1 (输出)P4.1I/O电机模块IN2 (输出)P4.2I/O电机模块IN3 (输出)P4.3I/O电机模块IN4 (输出)根据如

29、上引脚连接后, 我们可以通过改变端口的上下电平变化以限制小车的前进方向, 通过改变端口的上下电平的占空比以限制电机的转速.7.1.2 定时器根底知识介绍：定时器A功能模块主要包括：(1)计数器局部：输入的时钟源具有4种选择,所选定的时钟源又可以1、2、4或8分频作为计数频率,Timer_A可以通过选择4种工作模式灵活的完成定时 /计数功能.(2)捕获/比拟器：用于捕获事件发生的时间或产生时间间隔,捕获比拟功能的引入主要 是为了提升I/O端口处理事务的水平和速度.不同的MSP430单片机,Timer_A模块中所含有的捕获/比拟器的数量不一样,每个捕获/比拟器的结构完全相同,输入和输出都取决于各自

30、所带限制存放器的限制字,捕获 /比拟器相互之间完全独立工作.(3)输出单元：具有可选的 8种输出模式,用于产生用户需要的输出信号,支持 PWM输 出.定时器工作模式：(1)停止模式：停止模式用于定时器暂停,并不发生复位,所有存放器现行的内容在停止模式结束后都可用.当定时器暂停后重新计数时,计数器将从暂停时的值开始以暂停前的计数 方向计数.例如,停止模式前,Timer_A工作于增/减计数模式并且处于下降计数方向,停止模式后,Timer_仍然工作于增/减计数模式,从暂停前的状态开始继续沿着下降方向开始计数.如 果不需这样,那么可通过 TACTL中的CLR限制位来去除定时器的方向记忆特性.(2)增计

31、数模式：捕获/比拟存放器CCR0用作Timer_A增计数模式的周期存放器,由于 CCR0为16位存放器,所以该模式适用于定时周期小于65536的连续计数情况.计数器 TAR可以增计数到 CCR0的值,当计数值与 CCR0的值相等(或定时器值大于 CCR0的值)时,定时 器复位并从0开始重新计数.增计数模式的计数过程如图4-2所示.通过改变 CCR0值,可重置计数周期.图增计数模式示意图(3)连续计数模式：在需要65536个时钟周期的定时应用场合常用连续计数模式.定时器从当前值计数到单增到 0FFFFH后,又从0开始重新计数如图4-3所示.图连续计数模式(4)增/减计数模式需要对称波形的情况经常

32、可以使用增 /减计数模式,该模式下,定时器先增计数到 CCR0的 值,然后反向减计数到 0.计数周期仍由 CCR0定义,它是CCR0计数器数值的2倍.计数器 的计数过程如图 4-4所示.图增/减计数模式7.1.2 PWM信号的产生使用定时器可以产生定时中断、定时脉冲和PWM 脉宽调制信号.PWM信号是一种具有固定周期T和不定占空比t的数字信号,如果PWM信号的占空比随时间变化,那么会产生不 同的模拟信号. 定时器的PWM输出一共有8种模式：在输出模式7下,每次TA计数值超过TACCRx时,TAx引脚会自动置低,当TA计数至 TACCR0时,TAx弓唧会自动置高.因此实际的输出波形就是 PWM调

33、制方波.只需要改变TACCR0 的值即可改变PWM方波周期,改变TACCRx即可改变从TAx引脚输出信号的占空比：TACCRx越大,占空比越大.7.1.3 差速转向限制该限制的根本原理是：转向时,智能小车的外侧小轮的转速增加,内侧下轮的转速降 低,并且增加的量和减少的量大小相等,小车的中央速度保持原直线行驶时的速度不变.7.2循迹模块7.2.1 模块综述：作为小车自主循迹的主要局部,该局部必须完成小车精确地根据预定轨迹行驶的任务, 保证不偏离轨迹较远.该模块采用一体式红外对接管检测黑线.本实验中采用三路循迹, 当检测到黑线时,红外接收管接收到反射回来的红外光,其输出立即发生上下电平转换, 该信

34、号经放大器放大后送到单片机进行处理.然后将处理后的结果发送到电机驱动模块进 行校正.为了保证小车沿着黑线行驶.我们将三路检测器进行并行排列,当左右边检 测到黑线时,小车左右转,当中间一个检测到黑线时,小车直行,使得限制精度得以 提升.传感器的安装位置如下图：7.2.2 逻辑设计：开始前方是否有障碍物7.2.37.2超声波测距壁障模块左 边到 里 八、 线6.1模块概述超声波作为智能车避障的右种重耍中 间嘛|到 里 八、 线 手上到里 八、 线以其避障实现方便, 计算简单,易于做到实时限制,测量精度也能到达实用的要求,在未来汽车智能化进程中必将得到广泛应用.我国作为一个世界大国,在高科技领域也必

35、须占据一席之地,未来汽车的智能化是汽车产业 开展必然的,在这种情况下研究超声波在智能车避障上的应用具有深远意义,这将对我国 未来智能汽车的研究在世界高科技领域占据领先地位具有重要作用.本模块选用了超声波测距模块HC-SR04,它可以提供2cni11400cm的非接触式距离感测功能,测距精度可到达3mm模块包括超声波发射器、接收器与限制电路.本设计中,采用一个超声波模块,面对正前方,超声波在距离检测方面能够较准确定 位.该传感器主要发射高频超声波,在遇到障碍物时发生像光一样的反射和散射,从而通过发送和接受信号的时间得出距离,判断是否要躲避前方的障碍物.6.2主要芯片介绍：HC-SR04实物如下列

36、图.其中VCC供5V电源,GND为地线,TRIG触发限制信号输入,ECHO回响 号输出,OUT：不使用.图5超声波模块器件的主要主要参数如下：HC-SR0媚声波的供电电压为 DC5V MSP430勺供电电压为3.3V.其他电气参数如下：最远射程4m最近射程2 cm测量角度15输入触发信号10us 的 TTLB冲输出回响?号输出TTL电平信号,与射程成比例6.3工作原理6.3.1 HC-SR04的工作原理给最少10us的高电平信号,采用IODTRIG触发测距；模块自动发送8个40KHz勺方波,自动检测是否有信号返回；有信号返回,通过IODECH输出一个高电平,高电平持续的时间就是超声波从发射到返

37、回的时间.测试距离=(高电平时间*声速)/2.时序特性从以上时序图中可知,只需要提供一个10us以上的脉冲触发信号,该模块内部将发出8个40KH调期电平并检测回波.一旦检测到有回波信号那么输出回响信号.回响信号的脉冲 宽度与所测的距离成正比.由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距 离.公式：距离=(高电平时间*声速)/2.6.3.2开发板的中断原理首先查找数据手册,了解单片机的端口情况： 其中与定时器相关的端口有：TA0 : P1.0 (Timer)TA1 : P2.0(CCR1)、P2.1 (CCR2)TA2 : P2.3 (CCR0)、P2.4(CCR1)TB0 ： P7.

38、7 (Timer)、P7.5 (CCR3)与I/O中断相关的端口有：P1 : P1.0P2 口: P2.0、P2.1、P2.3、P2.4、P2.6MSP430F5529 总共有四个定时器, TA0、TA1、TA2、TB0 ,其中 TA0 有 CCR0CCR2 , TA1 有 CCR0CCR2 , TA2 有 CCR0CCR4 , TB0 有 CCR0CCR6.我们可以使用 TASSEL_x 语句选择时钟,假设为2,那么代表的是选择内部时钟源SMCLK ,其频率为1MHz;当数字为1时,选择内部时钟源 ACLK ,其频率为32768Hz;当数字为0和3时选择的是外部时钟.此外我们使用MC_x语句

39、选择计数器的计数方式,当为增计数时,TA0定时器内部的计数器TA0R计到CCR0时归零；0为停止计数；2为连续计数,指的是 TA0R计数到0xFFFF时归 零；3为增减计数,指的是 TA0R增计数到CCR0后进行减计数,减到零后进行增计数. 波形图分别为：图6计数器计数模式CCR的值取值范围为065535.我们使用ID_x语句,设置定时器的分频;引脚输出有7种模式限制.使用语句 OUTMOD_x选择,代表含义如下：OUTMODEx输出限制模式说明000模式0电平输出TA0x管教输出电平由 OUT限制位的值决定001模式1延迟置位当主计数器计至 TA0CCRx值时,TA0x管脚置1010模式2取

40、反/清零当主计数器计至 TA0CCRx值时,TA0x管脚取反 当主计数器计至 TA0CCR0值时,TA0x管脚置0011模式3置位/清零当主计数器计至 TA0CCRx值时,TA0x管脚置1当主计数器计至 TA0CCR0值时,TA0x管脚置0100模式4取反当主计数器计至 TA0CCRx值时,TA0x管脚取反101模式5延迟清零当主计数器计至 TA0CCRx值时,TA0x管脚置0110模式6取反/置位当主计数器计至 TA0CCRx值时,TA0x管脚取反 当主计数器计至 TA0CCR0值时,TA0x管脚置1111模式7清零/置位当主计数器计至 TA0CCRx值时,TA0x管脚置0当主计数器计至 T

41、A0CCR0值时,TA0x管脚置1对于定时器的中断：其中包括溢出中断、IO中断等.在比拟模式下,当主计数器计至TA0CCRx时,计数满标志位置1.在捕获模式下,当捕获条件发生,相应的标志位置1 o CCIFG 标志会在中断执行后自动清零,其余模块共用了中断入口,他们的CCIFG标志位会根据TA0IV存放器的值在知行相应的中断后自动去除. 中断语句格式为#pragma vector=Timer0_A1_VECTOR/Timer0 代表白是 TA0 或者 TB0 , A1 代表的是处理的中 断由非CCR0的存放器产生否那么A0指的是由CCR0产生_interrupt void TA0_ISR(vo

42、id)/void 后面的名称随意,声明是中断效劳程序对于I/O中断：可以使用I/O中断的I/O 口有P1.x和P2.x.与I/O中断有关的标志位有： PxIE存放器用于设置每一位I/O的中断允许,PxIES存放器用于选择每一位 I/O的中断触发沿.在使用I/O 口中断之前,需要先将I/O 口设为输入状态,并允许改为I/O的中断,再通过 PxIES存放器选择触发方式为上升沿触发或者下降沿触发.PxIFG存放器是I/O中断标志存放器：0=中断条件不成立1 =中断条件曾经成立过.无论中断是否被允许,也不管是否正在执行中断服务程序,只要对应I/O满足了中断条件,PxIFG中的相应位都会立即置1并保持,

43、智能通过软件人工去除.这种机制的目的在于最大可能的保证不会漏掉每一次中断.在MSP430系列单片机中,P1 口的8个中断和P2 口的8个中断各公用了一个中断入口,因此该存放器另一个重要 作用在于中断效劳程序中用于判断哪一位I/O产生了中断.IO中断的语句格式为：#pragma vector=PORT1_VECTOR_interrupt void P1_ISR(void)/ 声明一个中断效劳程序,名为 P1_ISR() 6.4模块方案设计6.4.1 硬件设计：超声波的指向性很强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,并且利用超声波检测距 离设计比拟方便,计算处理较简单.总体方案的设计图为：障碍物

44、超声波模块 MSP430 = 驱动电路图超声波模块总体方案6.4.2 软件设计：电机的IN1-IN4使用单片机上的P4.0-P4.3四个端口,两个使能端对应的端口分别为 P2.0 对于使能端ENA, P2.1对应使能端ENB.PWM使用定时器TA1 , TA1CCR0设定周期,TA1CCR1、 TA1CCR2用来设置两个电机的转速.该超声波程序在一直执行 PWM驱动的同时持续进行.使用端口 P7.7 TB0 Timer输出信号到Trig,使用P1.0 TA1 Timer连接到Echo.将定时器TB0设置为增量计数模式,SMCLK为时钟,为分频,设置 TB0CCR0=65536-1;TB0CCR

45、1=60000;用于溢出中断,当中断发生时 P7.7端口 输出高,并使其保持30个时钟周期为了得到大于 10us的高电平,随后将其变为低,触发 Trigo 将定时器TA2设置为增量计数模式,SMCLK为时钟,无分频处理,设置为 IO中断.首先将计时器TA2R清零,等待计数,设置为上升沿采样,当P1.0中断发生时,暂停计时器,保存该值,假设果该值大于1470,说明障碍距离还较远忽略,否那么发生壁障处理.流程图如下： 图超声波模块软件流程图 算法设计中选择了一个IO中断和普通IO的原因是：该程序中没有选用普通IO IO 口分为普通IO和IO中断 6.5测试中的问题以及解决方案 6.5.1 测试的仪

46、器仪表 示波器：用于测试超声波模块trig和echo端口是否能够发送和接受信号波形.信号发生器:给trig端口提供一个周期大于 50KHz勺方波,触发trig发送信号.6.5.2 测距功能测试及结果分析测距是该模块的核心功能,首先测试超声波模块是否是好的.依据该模块的原理,测试方法 如下：用信号发生器给 Trig端口提供周期大于50KHz的方波单个脉冲的时间小于10us,然后再Echo端口用示波器观察波形,假设Echo端口也有脉冲出现,说明超声波模块是完好的.观察到的示波器波形如下列图：CH2接收到的Echo端CH1发射端Trig有观察到的现象可知：当CH1为低电平时,输出端CH2输出周期性的

47、脉冲.6.5.4模块效果展示及分析前方有障碍时能够很好的壁障并向左转,但是由于小车上只有一个壁障模块,并且架在高 处,所以较低处的障碍不能感应到,会卡在某处不能转弯.无线限制模块8.无线模块硬件连接根据以上测试结果,无线模块总共7个接口,分为 Vcc、GND接电源和地,D0、D1、D2、D3解码输出接普通IO 口,可选的范围很广,为方便代码编写,直接将它们放在一起,因 此选择 P4.4、P4.5、P4.6、P4.7, VT 作为 I/O 中断接口,可用白有 P1.0、P2.0、P2.1、P2.3、P2.4、 P2.6,其中的P2.0、P2.1、P2.3、P2.4可能作为其他时钟中断输出,因此这

48、里选用P1.0作为I/O1D1D2D3D4VTP4.4P4.5P4.6P4.7P1.0调试故障、产生原因及排除方法1 .测试工具：信号发生器数字万用表双踪示波器稳压电源电机模块测试及结果分析测试过程：由于我们需要用到的智能小车的逻辑功能仅有前进、停止、左转、右转,因此并没有对全部的逻辑进行测试,通过编程通过msp430f5529向IN1、IN2、IN3、IN4输入信号,电机上相应的D1、D2、D3、D4发光二极管发光并得到以下结果IN1IN2IN3IN4小车运动力向1010前进0000停止1000右转0010左转0101后退与前文所述的L298N资料进行比拟得到相符的结果.另外,L298N端口

49、还提供ENA和ENB两个使能端,分别限制两个电机的使能.在软件端向两个使能端输入 PWM波形,调节CCR0与CCR1的比,最终结果发现可以进行调速.结果分析：电机局部工作正常,可以通过ENA和ENB来实现转弯、前进等的速度调节.无线模块测试及结果分析测试方法：直接将无线解码模块XD-YK04的D1、D2、D3、D4 口接在已测试完毕的电机模块IN1、IN2、IN3、IN4上,由于之前已经测试得到电机未发生损坏,因此可以通过观察电机模块上D1、D2、D3、D4的发光情况来确定最终解码的结果.外部有按键ABCD ,分别按键观察电机上面发光二极管的发光情况,得到以下结果.“1代表亮,“0代表灭D1D

50、2D3D4A1000B0100C0010D0001另外,通过杜邦线连接 VT与示波器CH1 ,可以观察得到当解码结果出现的时候出现短暂的高 电平,其他情况均为低电平.结果分析：通过外部无线发送器的按键限制可以得到不同的解码结果,解码完成输出信号正常,因此可以通过编程,将解码结果作为I/O输入,将解码完成输出信号作为外部中断来处理与其他模块的冲突.超声波测距模块测试及结果分析6.5.3壁障功能测试及结果分析编程过程,我让小车在没有障碍物时是直行,当遇到障碍物时左转,编号程序并烧写之后,发现小车一直直行,不能壁障.虽然之前检测过模块,但为了排除操作错误将模块烧坏,我又 检测了一次模块,反复测试后,

51、发现该模块时好时坏,偶尔接收不到回波信号.所以换了一个 模块继续测试.首先我编码测试,发现右侧电机是好的,排除电机的问题.然后我通过单步调试,发现程 序中断方面存在问题,不能跳进中断,看来中断处完全出错了.后来我仔细看了很久的书,修 改了中断,换了程序使用的端口,使用端口P7.7 (TB0 Timer)输出信号到Trig,使用P1.0 (TA1Timer)连接到 Echo.更改后程序可以进入中断了,烧写后执行,发现仍然一直直行.这次我分别检测超声波的 Trig和Echo端口,将示波器连接到 P7.7端口,发现能够检测到波形,说明有周期性脉冲产生,那 么就能够触发Trig信号,然后将单片机上连接

52、到 echo的P1.0端口,接到示波器上,通过示波器 检测Echo端口,发现能够检测到回波信号.那么问题会是什么？为了进一步确定,程序本身没 有问题,我将一个灯亮灭参加代码中,每次中断标识符清零之前,改变灯的状态,最后发现当 改变障碍物的距离时灯闪的速度会发生改变.再做了更进一步的检测后,发现应该是单片机的 端口坏了,同组同学通过编码帮我检测了几个单片机的端口,最后发现确实是单片机端口坏了,所以换了新的回来.安装新的板子,烧写代码,挡着前方,左轮停止转动,拿开障碍物,两个轮子同时转动. 放到地上测试,又不能成功壁障了,按下复位键后,第一次能够壁障,这说明只能跳入一次中 断,程序单步调试,发现只

53、能进入一次中断,不能跳出中断,调试发现,那个端口一直是高电 平.一切关闭,从头开始,发现又可以了.反复试验,发现模块又是时好时坏.把代码拿到别 人的车上测试,能够成功壁障.换新之后,能够壁障了,但是由于速度太快,还没来得急避开障碍物就撞上了.所以修改 程序,添加语句,使得检测到障碍物时先停止大约1s,然后再左转.最后成功了.循迹模块测试及结果分析测试方法：硬件连接完成后,向各循迹模块通电,在模块下方放置白纸和黑胶布,观察指 示灯的亮灭,通过 msp430f5529编程,软件内部switch语句来实现小车的运动方式选择,可以 通过观察电机上面 D1、D2、D3、D4的发光情况来判断模块是否工作正

54、常.随后实际操作,在白板上贴上黑线,让小车对其循迹,开始时循迹效果不好,通过观察, 我们发现在实际的小车运动过程中,红外接收管的接收效果并不理想,调整接收管的间距和高 度后,有很好的改善.但是小车速度较低,所以我们修改PWM的设置,逐步提升 PWM的占空比,知道小车的速度最正确且循迹良好.整机测试及结果分析5.4整机兼容性调整我们在各模块代码实现完成之后,需要对各代码进行整合,会遇到以下问题： 1.确定各管脚的复用情况,在各模块可用方案中选择兼容性最好的方案.2 .完善各代码的功能,使小车在整体跑的过程中能够做到最正确的应对.3 .将各代码写入主函数,确定先后关系,编写兼容的各相关代码.确认各

55、管脚的复用情况,确定下来各模块最终使用的方案.我自己负责的是无线模块, 需要用到的端口是一个I/O中断端口和四个普通I/O .一开始确定下来的引脚号是P1.0和P4.4P4.7,进行整合之后,需要弄清楚到底有哪几种方案可以使用,最好多使用普通I/O 口,毕竟所有的时钟口和中断口只有6个,就结果而言：电机模块需要 ENA和ENB实现PWM波调速,这里必须用到时钟中断口,也就是说 P2.0、P2.1、P2.3、P2.4中需要两个端口,而且最好是P2.0和P2.1或者P2.3和P2.4,在一个定时器内节省资源.另外还需要四个普通 I/O 口连接IN1、IN2、IN3、IN4,为编写代码方便,最 好直接使用端口号连在一起的端口,这里可以使用的有P4.0、P4.1、P4.2、P4.3、P4.4、P4.5、P4.6、P4.7 和 P7.0、P7.1、P7.2、P 7.3.循迹模块需要三个I/O 口,提供的方案有通过时钟中断口定时扫描循迹、中断 I/O 口实 现循迹和普通I/O 口直接写入主函数 while循环进行循迹.最终确定的方案是使用普通I/O 口,直接将循迹函数写入 while循环,这样可