基于MSP430的智能小車(chē)尋跡模塊設計方案

　　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上如何實(shí)現智能尋跡小車(chē)的自動(dòng)尋跡行駛。并簡(jiǎn)要介紹了系統的電路圖。該技術(shù)可用于無(wú)人生產(chǎn)線(xiàn)、服務(wù)機器人、倉庫等領(lǐng)域。

　　0 引言

　　智能小車(chē)又稱(chēng)輪式移動(dòng)機器人，能夠按預設模式在特定環(huán)境中自動(dòng)移動(dòng)，無(wú)需人工干預，可用于科學(xué)勘測、現代物流等方面。針對路面采用黑色標記線(xiàn)條作為路徑引導線(xiàn)的應用場(chǎng)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構簡(jiǎn)單的特點(diǎn)而被廣泛應用于結構化環(huán)境和低成本產(chǎn)品中，雖然存在檢測距離近、預測性差的弱點(diǎn)，但通過(guò)合理設計和選擇反射式光電傳感器并結合合適的信息處理軟件能夠滿(mǎn)足上述簡(jiǎn)單環(huán)境場(chǎng)合應用。隨著(zhù)汽車(chē)ECU 電子控制的發(fā)展，在汽車(chē)上配備遠程信息處理器，傳感器和接收器，通過(guò)這些器件的協(xié)調控制可以實(shí)現汽車(chē)的無(wú)人駕駛。本文提出基于MSP430單片機的控制裝置，通過(guò)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(chē)的轉向，實(shí)現智能小車(chē)的自動(dòng)尋跡。

　　1 系統總體設計方案

　　在小車(chē)車(chē)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(guò)判斷4個(gè)尋跡模塊發(fā)送來(lái)的信號進(jìn)行自動(dòng)循跡。尋跡模塊在遇到黑線(xiàn)時(shí)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(guò)判斷高低電平即可作出相應的操作。通過(guò)4組尋跡模塊發(fā)送的信號組合，可將小車(chē)行駛狀態(tài)分成如表1所示7種狀態(tài)。

　　單片機通過(guò)判斷當前的運行狀態(tài)，然后對L298 驅動(dòng)模塊進(jìn)行相應的操作。當正常時(shí)，不進(jìn)行調整；當左偏時(shí)，通過(guò)對L298 驅動(dòng)模塊進(jìn)行調整，使小車(chē)的左輪速度大于右輪速度，即可實(shí)現小車(chē)向右調整。由于左偏有三種情形，但每種情形只是使能端的PWM 參數不同。當右偏時(shí)，處理流程與左偏類(lèi)似。

　　2 尋跡模塊的硬件設計

　　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：當光耦TCRT5000 有光線(xiàn)反射回來(lái)，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(guò)控制LM324AD 的輸出端電壓即可做出相應的控制操作。四個(gè)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 循跡模塊的軟件設計

　　在小車(chē)的自動(dòng)控制模式下，單片機通過(guò)判斷4個(gè)尋跡模塊發(fā)送回來(lái)的不同信號進(jìn)行相應的操作。整體的思路為：小車(chē)左偏則左輪的速度要大于右輪的速度小車(chē)才能恢復正常，小車(chē)右偏則右輪的速度要大于左輪的速度小車(chē)才能恢復正常，當小車(chē)正常時(shí)兩側輪子的速度相同 ［6］。由上面的分析可知速度的快慢可通過(guò)對L298使能端PWM值的控制進(jìn)行調節。通過(guò)多次調試可得出如表2所示的PWM數值。

　　4 MCU控制與算法實(shí)現

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

　　5 系統設計方案

　　本文設計的智能小車(chē)尋跡系統的電路如圖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，負責采集軌道信息。U6 為L(cháng)298驅動(dòng)模塊，負責控制智能小車(chē)兩側直流電機。

　　6 結語(yǔ)

　　本文所設計的方案通過(guò)對智能車(chē)尋跡模塊的研究，分析MSP430單片機的應用，利用感光傳感器信息來(lái)控制智能車(chē)的自動(dòng)轉向，實(shí)現了智能車(chē)的自動(dòng)尋跡。該尋跡系統的工作流程可概括為：通過(guò)四個(gè)外置的反射式紅外線(xiàn)傳感器收集軌道信息，在通過(guò)微處理器對采集到的信息進(jìn)行處理，然后將處理后的信息通過(guò)PWM 信號傳遞給L298 驅動(dòng)模塊，L298 模塊根據接收到的軌道信號控制智能車(chē)兩側直流電機的運行狀態(tài)，最終達到尋跡的目的。智能車(chē)在軍事、工業(yè)和民用領(lǐng)域的實(shí)際應用中，涉及到如何構造完整的導航系統以及多種傳感器數據融合及控制算法等，這需要在實(shí)踐中不斷研究探索。