智能小車主控系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)
隨著科技的不斷進(jìn)步,智能電子產(chǎn)品發(fā)展步驟不斷加快,各種應(yīng)用層次的機(jī)器人等大量出現(xiàn),目前應(yīng)用在智能小車或機(jī)器人的微控制器主要是8/16單片機(jī)或ARM和數(shù)字信號處理器DSP等。本設(shè)計(jì)采用TI公司生產(chǎn)的功耗低運(yùn)行速度快且價格便宜的MSP430F2274為核心,避障檢測采用測距精準(zhǔn)的超聲波傳感器,該傳感器采集小車周圍的環(huán)境信息并傳遞給MSP430進(jìn)行程序判斷處理,從而達(dá)到控制小車自動避障的目的。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201808/387354.htm主控芯片
該設(shè)計(jì)是以MSP430F2274單片機(jī)為控制的核心部件。MSP430是一款16位的超低功耗單片機(jī),采用了精簡指令集(RISC)結(jié)構(gòu),具有豐富的尋址方式,片內(nèi)資源豐富,處理能力強(qiáng)大、系統(tǒng)工作穩(wěn)定,主要是它具有多路PWM輸出,以作為該設(shè)計(jì)電機(jī)控制的有利資源,系統(tǒng)主控設(shè)計(jì)圖如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)主控設(shè)計(jì)圖
超聲波模塊
避障是智能小車運(yùn)動過程中最基本的功能,而避障首要是確定機(jī)器人自身與障礙物的距離并且定位。小車的避障探測模塊采用 SRF08超聲波收發(fā)模塊,其波頻率為40 kHz,檢測距離范嗣為3 cm~6 m,SDA和SCL分別為控制端和接收端,設(shè)計(jì)共采用4個超聲波收發(fā)模塊分別安裝在小車的正前方,右前方和左前方和后方,4個模塊分別接在MSP430單片機(jī)的I/OP1.0、I/OP1.1、I/OP1.2、I/OP1.3、I/OP1. 4、I/OP1. 5、I/OP1.6、I/OP1.6端口上,采用I/O觸發(fā)測距,單片機(jī)給SDA提供25μs高電平信號,模塊自動發(fā)送8個40 Hz方波,并且檢測是否有返回信號,若有返回信號,SCL管腳輸出高電平,高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間,從而計(jì)算出超聲波從發(fā)射到接收所用的時間t,常溫下聲波在空氣中的傳播速度(其中T為攝氏溫度),此時可得到是否避障的距離為s=vt/2。
測溫和電源模塊
為了使計(jì)算的距離更精確而不受溫度影響,該設(shè)計(jì)中加入了DS18B20溫度傳感器接在I/OP4.6上,實(shí)時檢測機(jī)器人周圍環(huán)境的溫度T(T的值要精確到小數(shù)點(diǎn)后3位),以修正聲速的傳播公式V,從而提高測距的精確度。由于MSP430工作電壓最大是3.3 V,電機(jī)驅(qū)動采用12 V電壓,測速模塊和超聲波模塊采用5 V電壓,所以采用LM7812、LM7805和LM1117組成穩(wěn)壓電路。。
圖3 電機(jī)驅(qū)動模塊
電機(jī)驅(qū)動模塊
電機(jī)驅(qū)動模塊是智能車的重要組成部分,它和電機(jī)共同組成智能小車的運(yùn)動控制系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)的驅(qū)動輪是由2個M1和M2交流永磁同步電機(jī),因此采用的電機(jī)驅(qū)動器是高電壓大電流高功率的L298N雙H橋集成電路,L289N可以驅(qū)動兩個電機(jī),通過控制輸入端IN1-IN4信號,來控制 H橋的通斷,使得電機(jī)形成正反轉(zhuǎn)或停止,通過控制L298N的使能端EnA、EnB,采用技術(shù)成熟的PWM調(diào)速原理來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而達(dá)到控制小車運(yùn)行的快慢和轉(zhuǎn)向的目的。為了防止在啟停電機(jī)的瞬間所形成的反饋電流損壞L298N,因此在L298N輸出端與電機(jī)之間加入8個二極管形成續(xù)流達(dá)到保護(hù)的作用,再則為了防止L298N輸出負(fù)載端電機(jī)對輸入端信號傳輸產(chǎn)生影響,以及對MSP430芯片產(chǎn)生不利的干擾,在L298N的信號輸入端通過連接 TLP521可控制的光電電耦合器件,達(dá)到對L298N信號輸入前端的信號電路與負(fù)載的完全隔離,從而增加了電路的安全性,減少了電路信號干擾。本設(shè)計(jì)中的驅(qū)動電機(jī)采用的是方波驅(qū)動的交流永磁同步電機(jī),該電機(jī)的轉(zhuǎn)速與驅(qū)動信號的頻率成正比,結(jié)構(gòu)簡單,調(diào)速性能優(yōu)良,運(yùn)行可靠且便于維護(hù)。其電機(jī)驅(qū)動和控制模塊電路如圖3所示。
編輯點(diǎn)評:介紹一種基于MSP430F2274單片機(jī)為核心的智能小車。小車采用超聲波測距技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動避障,同時通過語音模塊來播報出小車與障礙物的距離。為了使測距不受溫度影響,用溫度傳感器實(shí)時檢測小車周圍環(huán)境的溫度并修正距離計(jì)算公式的參數(shù),采用光電編碼器來檢測小車的速度,運(yùn)用PID控制算法和PWM來控制小車的精確穩(wěn)定的運(yùn)行,從而達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。智能小車涉及到高級計(jì)算機(jī)控制、電子機(jī)械、自動化等諸多學(xué)科。
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