基于MSP430的智能小車尋跡模塊設(shè)計方案

　　本文詳細介紹了反射式光電傳感器尋跡模塊的工作原理，尋跡模塊的電路圖以及在以MSP430單片機為控制核心的基礎(chǔ)上如何實現(xiàn)智能尋跡小車的自動尋跡行駛。并簡要介紹了系統(tǒng)的電路圖。該技術(shù)可用于無人生產(chǎn)線、服務(wù)機器人、倉庫等領(lǐng)域。

　　0 引言

　　智能小車又稱輪式移動機器人，能夠按預(yù)設(shè)模式在特定環(huán)境中自動移動，無需人工干預(yù)，可用于科學(xué)勘測、現(xiàn)代物流等方面。針對路面采用黑色標記線條作為路徑引導(dǎo)線的應(yīng)用場合，反射式光電傳感器是常用的路徑識別傳感器。反射式光電傳感器因信號處理方式和物理結(jié)構(gòu)簡單的特點而被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)化環(huán)境和低成本產(chǎn)品中，雖然存在檢測距離近、預(yù)測性差的弱點，但通過合理設(shè)計和選擇反射式光電傳感器并結(jié)合合適的信息處理軟件能夠滿足上述簡單環(huán)境場合應(yīng)用。隨著汽車ECU 電子控制的發(fā)展，在汽車上配備遠程信息處理器，傳感器和接收器，通過這些器件的協(xié)調(diào)控制可以實現(xiàn)汽車的無人駕駛。本文提出基于MSP430單片機的控制裝置，通過反射式光電傳感器尋跡，MSP430單片機處理反射式光電傳感器檢測到的信號，從而控制智能車的轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)智能小車的自動尋跡。

　　1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

　　在小車車體的前端貼近地面的地方安裝有4 組尋跡模塊，如圖1所示，單片機通過判斷4個尋跡模塊發(fā)送來的信號進行自動循跡。尋跡模塊在遇到黑線時發(fā)送低電平信號，遇到空白的地方發(fā)送高電平信號，單片機通過判斷高低電平即可作出相應(yīng)的操作。通過4組尋跡模塊發(fā)送的信號組合，可將小車行駛狀態(tài)分成如表1所示7種狀態(tài)。

　　單片機通過判斷當(dāng)前的運行狀態(tài)，然后對L298 驅(qū)動模塊進行相應(yīng)的操作。當(dāng)正常時，不進行調(diào)整；當(dāng)左偏時，通過對L298 驅(qū)動模塊進行調(diào)整，使小車的左輪速度大于右輪速度，即可實現(xiàn)小車向右調(diào)整。由于左偏有三種情形，但每種情形只是使能端的PWM 參數(shù)不同。當(dāng)右偏時，處理流程與左偏類似。

　　2 尋跡模塊的硬件設(shè)計

　　繪制完成的反射式光電傳感器電路圖如圖2 所示。該電路的工作原理為：當(dāng)光耦TCRT5000 有光線反射回來，即遇到白色等反光能力強的跑道，放大器LM324AD 的輸出端輸出為高電平，反之，輸出為低電平。單片機通過控制LM324AD 的輸出端電壓即可做出相應(yīng)的控制操作。四個相同的此模塊分別與單片機的P41，P42，P43，P44引腳相連。單片機模塊如圖3所示。

　　3 循跡模塊的軟件設(shè)計

　　在小車的自動控制模式下，單片機通過判斷4個尋跡模塊發(fā)送回來的不同信號進行相應(yīng)的操作。整體的思路為：小車左偏則左輪的速度要大于右輪的速度小車才能恢復(fù)正常，小車右偏則右輪的速度要大于左輪的速度小車才能恢復(fù)正常，當(dāng)小車正常時兩側(cè)輪子的速度相同 ［6］。由上面的分析可知速度的快慢可通過對L298使能端PWM值的控制進行調(diào)節(jié)。通過多次調(diào)試可得出如表2所示的PWM數(shù)值。

　　4 MCU控制與算法實現(xiàn)

　　系統(tǒng)控制由微處理器完成，微處理器采用MSP430單片機，當(dāng)單片機讀入傳感器的信號后即可判斷小車當(dāng)前的行駛狀態(tài)，具體流程如圖4所示。

　　5 系統(tǒng)設(shè)計方案

　　本文設(shè)計的智能小車尋跡系統(tǒng)的電路如圖5 所示。其中U1、U5、U7、U8 分別為反射式光電傳感器A、B、C、D，布局如圖5 所示，負責(zé)采集軌道信息。U6 為L298驅(qū)動模塊，負責(zé)控制智能小車兩側(cè)直流電機。

　　6 結(jié)語

　　本文所設(shè)計的方案通過對智能車尋跡模塊的研究，分析MSP430單片機的應(yīng)用，利用感光傳感器信息來控制智能車的自動轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)了智能車的自動尋跡。該尋跡系統(tǒng)的工作流程可概括為：通過四個外置的反射式紅外線傳感器收集軌道信息，在通過微處理器對采集到的信息進行處理，然后將處理后的信息通過PWM 信號傳遞給L298 驅(qū)動模塊，L298 模塊根據(jù)接收到的軌道信號控制智能車兩側(cè)直流電機的運行狀態(tài)，最終達到尋跡的目的。智能車在軍事、工業(yè)和民用領(lǐng)域的實際應(yīng)用中，涉及到如何構(gòu)造完整的導(dǎo)航系統(tǒng)以及多種傳感器數(shù)據(jù)融合及控制算法等，這需要在實踐中不斷研究探索。