1、1 智能 循迹小 车设 计说明 书智能 循迹 小车摘摘摘摘要要要要：本设计由寻迹信息采集电路 ， 电机驱动电路 ， 遥控模块以及 MCU控制模块四大部分构成 。 MCU控制模块是本设计的核心部分 ， 该部分以一片 TI公司的 MSP430F149为控制中心 ， 实现对各个模块的控制 。 寻迹信息采集部分以反射式光电传感器和比较器组成 ， 将采集到的数据处理后送至单片机 。 电机由以 L298N为核心部件的电路驱动 。 遥控模块则可以在小车没有成功寻迹的情况下对其进行远程控制。该小车具有自动寻迹 ， 起始点 检测以及 自动声光 报警等功 能。基 于稳定的 硬件电路 设计以及 精确可 靠的软件 算
2、法，小车能够实现预期功能。关键词：关键词：关键词：关键词：MSP430， L298N，寻迹，遥控Abstract: This desi gnby t raci ngi nform at i on acquisi t i on ci rcuit , m otor dri veci rcuit , rem otecont rolm odule andMCUcontrol m odule t hree m ost const i t utes. MCUcontrol m odule i s t hedesi gnoft hecore part , t his part t o a TI compan
3、ys MSP430F149for cont rol center, andt oreal i ze t hecont roloft hem odules . Traci ngi nform at i on coll ect i on ofrefl ect i ngphotoel ect ri csens orandcomparat or composi t i on, wi l l beprocessed t hedat a coll ect ed wi l l besent t o t hem i crocontroll er. Motor by L298Nas t he core comp
4、onent ci rcuit dri ver. Rem ot e controlm odule can bei n t hecar wi t houtsuccess t raci ng of t herem ote control. This car has aaut omat i c t raci ng,st art i ngpoint t est andautomat i c sound-l i ghtal arm funct i ons. Based onst able har dwar e ci rcuit desi gn and preci se and rel i able sof
5、t ware al gori t hm, t het ank canreal i ze t het opic request .K eyK K K words:MSP430， L298N， t raci ng， rem ote2 智能 循迹小 车设 计说明 书目 录1 前言 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
6、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 32 方案 比较、 设计与 论证 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
7、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 42. 1 寻迹 信息采 集模块 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 42.
8、2 驱动 电机的 选择 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 42. 3 总体 方案选 择 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
9、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 43 理论 分析与 计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
10、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 54 系统 电路设 计 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
11、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 64. 1 寻迹 模块 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
12、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 64. 2 电机 驱动模 块 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
13、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 74. 3 电源 模块 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
14、 - 74. 4 主控 制模块 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 84. 5 总体 电路 - - - - - - - - - - - - -
15、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 85 系统 软件设 计 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
16、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 96 系统 测试 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
17、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 107 结束 语 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
18、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 118 参考 文献 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
19、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 12附录 一：系 统总体 电路图 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
20、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 13附录 二：部 分程序 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
21、- - 14附录 三：作 品实物 图 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 163 智能 循迹小 车设 计说明 书1 前言随着机械自动化的不断发展 ， 人们在生活的各个方
22、面都希望能够利用自动化的操作来提高工作效率 ， 使生产发展能够得到不断的提高 。 近来在轨迹跟踪方面的话题研究不断引起人们的更多关注，国内外更是开展了一系列的智能轨迹跟踪系统的竞赛活动 。 在实际应用中 ， 具有智能化的机器人在人们无法触及的工作场合下更是大显身手 ， 如各种军事机器人 、 勘探机器人等 。 和我们日常生活更为接近的有各种医疗机器人 、 汽车自动泊位系统、自动驾驶系统等等。轨迹跟踪系统的设计在机器人领域有着重要的地位 ， 可以说是机器人实现智能化的一个重要指标 。 任何一个机器人想要实现智能化就必须能够实现对外部环境的自我感知判断并作出相应反应，最终完成人们布置的任务。 本设计
23、通过对轨迹跟踪问题的分析 ， 制作了一辆能够自动跟踪地面上的黑色轨迹的小车。4 智能 循迹小 车设 计说明 书2 方案比较、设计与 论证2.1 寻迹 信息采集 模块方案一 ： 采用红外对管对黑带进行高频率扫描 ， 并将扫描结果串行输出 ， 用斯密特触发器对波形整形后，将数据送入 MSP430进行分析判断。优点：节省系统消耗的功率，节约 MSP430的 I/O，硬件电路的接线变得简洁。缺点：信息处理速度相对于并行输出慢，相邻红外会产生干扰。方案二：采用多路反射型的光电传感器 TCRT5000对地面进行检测，将所采集到的信息并行输入比较器比较后，再将数据送入 MSP430处理。优点：信息处理速度快
24、，相邻传感器不会相互干扰，操作方便，结构简单。 缺点：占用 MSP430的 I/O较多，连线相对繁琐。方案选择 ： 考虑到小车对信息的采集速度及检测的准确性 ， 我们最终选用了方案二 。2.2 驱动 电机的选 择直流减速电机转速平稳 ， 速度快 ， 功耗低 ， 又因为本设计是用电池供电 ， 所以我们最终选择了直流减速电机作为小车的驱动电机。2.3 总体 方案选择基于 对小车寻 迹准确性 以及速 度的综合 考虑，我 们最终选 择的系 统框图如 图 2-1所示：CPU(MSP430F149)黑 线 检 测 (TCRT5000)线 路 修 正直 流 减 速 电 机 驱 动起 始 点 检 测 (TCR
25、T5000)遥 控 模 块 (YJC300-A72) 声 光 报 警图 2-1 总体方案框图5 智能 循迹小 车设 计说明 书3 理论分析与计算（ 1）寻迹的实现 小车在前进时 ， 要实现寻迹功能 ， 可以采用高灵敏度的反射式光电传感器 TCRT5000对地面进行扫描 ， 再将采集到的数据经过比较器后输出高低电平 ， 最后送入单片机处理 。经过对一只 TCRT5000的测试 ， 发现 TCRT5000接收管输出端的低电平输出大致为 0.78V，高电平的输出大致为 2.85V,经过比较器后输出低电平为 0.03V,高电平为 3.26V,能够被单片机所识别。（ 2）驱动电机及车型的选择 我们选择了
26、 12V的直流减速电机作为驱动电机。经过测试，该电机在 7V供电时能够达到 90转每分 ， 小扯车轮直径为 6cm， 所以 ， 小车能够达到足够快的速度 。 考虑到小车要能够比较迅速的转向，所以我们最终选择了前轮为万向轮，后轮两轮驱动的车型 。6 智能 循迹小 车设 计说明 书4 系统电路设计4.1 寻迹 模块小车在白色地面行驶时，红外发射管发出的红外信号被反射，接收管收到信号后 ，输出端为低电平 。 而当红外信号遇到黑色导轨时 ， 红外信号被吸收 ， 接收管不能接收到信号 ， 输出端为高电平 。 单片机通过采集每个红外接收管的输出端电压 ， 便可以检测出轨道的位置，从而控制小车的转向，使小车
27、一直沿轨道前进。我们采用的光电传 感器为 TCRT5000，它的是采用高发 射功率红外光电二极管和高度灵敏光电晶体管 组成。通过测试，其检测距离在 6mm-14mm。 TCRT5000的发射管和接收管是一起封装在矩形塑料壳中 ， 其结构如图 4-1所示 。 为了使检测更加准确 ， 我们用了 5 只 TCRT5000检测黑线 ， 其中一只放在黑线上方 ， 其余四只对称分布在黑线的两侧 。寻迹模块的原理图如图 4-2所示：图 4-1TCRT5000结构图图 4-2寻迹模块原理图7 智能 循迹小 车设 计说明 书4.2 电机 驱动模块对于 小车车轮 的两个直 流电机 ，我们采 用了一片 电机驱动 芯
28、片 L298N对其 进行驱动。 MSP430F149为芯片提 供驱动信号，传 至 PWM控制各个 电机的转速，从 而调整小车的前进速度和转向。其原理图如图 4-3所示：图 4-3电机驱动模块原理图4.3 电源 模块本设计中 采用的是 7.2V电池供电 ，因为主控芯片 以及其余模块均采 用的 3.3V供电 ， 直流减速电机采用 7.2V供电 ， 所以用到了一块稳压芯片LM1117， LM1117通 过 2 个外部电阻可实现 1.25 13.8V输出电压范围。 其原理图如图 4-4所示：8 智能 循迹小 车设 计说明 书图 4-4电源模块原理图4.4 主控 制模块本设计采用了一片 MSP430F1
29、49为控制核心。主要用于红外寻迹模块、声光报警、轨道基准检测的数据处理以及小车的两个直流电机的驱动。其原理图如图 4-5所示：图 4-5主控制模块原理图4.5 总体 电路总体电路原理图见附录。9 智能 循迹小 车设 计说明 书5 系统软件设计当开机时 ， 系统复位 ， 然后进入自动运行状态 。 使小车沿黑线行进 ， 并且在小车偏离轨道后自动调整走向使之返回预定路线。该模块的具体设计流程框图如图 5-1所示 ：单 片 机 初 始 化电 机 初 始 化开 始 寻 迹偏 离 判 断转 向 调 整是 否 到 达结 束是 否 恢 复 正常 轨 迹NONOYES图 5-1 系统软件设计框图10 智能 循迹
30、小 车设 计说明 书6 系统测试（ 1）测试仪器：示波器，电源，万用表。测试方法 ： 采用模拟电路由前端到后段 ， 数字电路先仿真再试测 ， 先逐个模块测试再整体调试的办法。 （ 2）寻迹采集模块测试：按图 4-2连接好电路 ， 用万用表分别测量光电传感器接收端的输出电压值以及经过比较器后的电压值，其值如表 6-1所示：表 6-1TCRT5000输出的电压测量传感器 1 2 3 4 5 6 7传感器光接收端电压 (V)高电平 2.85 2.85 2 83 2 89 2.90 2 88 2.86低电平 0.76 0.67 0.59 0.66 0.89 0.74 0.86比较器输出端电压（ V）高
31、电平 3.19 3.23 3.20 3.18 3.18 3.21 3.19低电平 0.05 0.07 0.07 0.08 0.09 0.07 0.0711 智能 循迹小 车设 计说明 书7 结束语该小车以 MSP430F149单片机为控制核心 ， 由寻迹信息采集模块 、 遥控模块以及电机驱动等部分组成 。 系统设计合理 ， 实现了预期功能 。 当然 ， 该小车还存在着一些缺陷 ，比如：功耗较大、外型不够美观等。总之，本设计还有一定的提升空间。 通过本次竞赛，无论是在硬件还是软件上都有很大的提高，这使我们经历了一个设计从方案提出到确定 ， 到最后的调试出实物 ， 看到效果 。 在这个过程中收获巨
32、大 。 通过竞赛 ， 我们提高了自学能力以及团队协作能力 ， 并进一步提高了对本专业的兴趣 。 本次竞赛对自己的信心也有很大提高，在以后的学习中，我们会再接再厉。 比赛结束了 。 这次设计为今后的学习工作增添了新的一页 。 这段经历对我们来说是一笔宝贵的财富 ， 谢谢老师对我门的指导 ， 谢谢同学给我们的帮助 。 在以后的学习工作中，我们一定会将今天所学习到的知识应用于生产实践中，创造社会价值。12 智能 循迹小 车设 计说明 书8 参考文献1谢自美 . 电子线路设计 、 实验 、 测试 （ 第三版 ） M.武汉 ： 华中科技大学出版社， 2006.82沈建华 .MSP430系列 16位超低功
33、耗单片机原理与应用 M. 北京 :清华大学出版社， 2004.113张桂香 ， 单片机现场应用中的几个技术问题 B.湖北 ： 华中科技大学出版 ， 2007.64石东海主编 . 单片机数据通信技术从入门到精通 M. 西安 :西安电子科技大学出版社， 2000.75吴金戍 .沈庆阳 ,郭庭吉 . 8051单片机实践与应用 M.山东：山东大学出版社 ，2003.46何立民 .单片机应用系统设计系统配置与接口技术 M.北京 : 北京航空航天大学出版社， 2008.17王福瑞 . 单片机微机测控系统设计大全 M.重庆：重庆大学出版社， 2006.68余永权 . ATMEL89系列单片机应用技术 M.
34、北京 :北京航空航天大学出版，2007.613 智能 循迹小 车设 计说明 书附录一：系统总体 电路图14 智能 循迹小 车设 计说明 书附录二： 部分程序（ 1） PWM调试程序：#include #def ines ce1 P6OUT | = BI T7#def ines ce0 P6OUT /unsigned char dd=255,cc=255;unsigned char kk=1;unsigned i nt t im e=0;void LCD_init ( void);void LCD_clear ( void);void LCD_wr it e_St r ing(unsigned
35、char X, unsigned char Y, char *s) ;void LCD_wr it e_char ( unsigned char c);void LCD_wr it e_byte( unsigned char dt, unsigned char comm and);/ /名称 : 主函数void m ain()WDTCTL = WDTPW+ WDTHOLD; / / St opWDTinit clk() ;_EI NT( );P2IE=0xff ;P2IES=0xff ;P1DI R| = 0X01;15 智能 循迹小 车设 计说明 书/ / P2IES=0x27;P6DI R= 0xf8;P4DI R=0xff ;/ / P1DIR=255;/ / P1OUT=255;pwm ( 255,255);/ / whil e ( 1);P4OUT=255;/ / t im er _b() ;whil e ( 1)16 智能 循迹小 车设 计说明 书附录三：作品实物图17 智能 循迹小 车设 计说明 书
