基于MSP430智能小车的设计
2.2 超声波模块
避障是智能小车运动过程中最基本的功能,而避障首要是确定机器人自身与障碍物的距离并且定位。小车的避障探测模块采用SRF08超声波收发模块,其波频率为40 kHz,检测距离范嗣为3 cm~6 m,SDA和SCL分别为控制端和接收端,设计共采用4个超声波收发模块分别安装在小车的正前方,右前方和左前方和后方,4个模块分别接在MSP430单片机的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触发测距,单片机给SDA提供25μs高电平信号,模块自动发送8个40 Hz方波,并且检测是否有返回信号,若有返回信号,SCL管脚输出高电平,高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间,从而计算出超声波从发射到接收所用的时间t,常温下声波在空气中的传播速度
![f.jpg](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20130926/171327_2_0.jpg)
2.3 测温和电源模块
为了使计算的距离更精确而不受温度影响,该设计中加入了DS18B20温度传感器接在I/OP4.6上,实时检测机器人周围环境的温度T(T的值要精确到小数点后3位),以修正声速的传播公式V,从而提高测距的精确度。由于MSP430工作电压最大是3.3 V,电机驱动采用12 V电压,测速模块和超声波模块采用5 V电压,所以采用LM7812、LM7805和LM1117组成稳压电路。
2.4 语音模块
语音电路采用ISD2560芯片为核心器件,结合外围电路与单片机接口连接,进行分段寻址,分析所测量数据,并设计出语音元素,包括前方、左前方、右前方、后方、厘米等语音元素,然后分别录制好语音元素,把这些信息存储在ISD2560的存储器单元内,测量的数据经过软件处理后,单片机发送语音地址和音控指令,通过和存储在ISD2560内的地址数据匹配,然后由语音电路通过扬声器播出测量数据的结果。语音芯片的地址码接口A4、A5、A6、A7、A8分别接在I/OP2.2、I/OP3.0、I/OP3.1、I/OP3.2、I/OP3.3。
2.5 电机驱动模块
电机驱动模块是智能车的重要组成部分,它和电机共同组成智能小车的运动控制系统。该设计的驱动轮是由2个M1和M2交流永磁同步电机,因此采用的电机驱动器是高电压大电流高功率的L298N双H桥集成电路,L289N可以驱动两个电机,通过控制输入端IN1-IN4信号,来控制H桥的通断,使得电机形成正反转或停止,通过控制L298N的使能端EnA、EnB,采用技术成熟的PWM调速原理来控制电机的转速,从而达到控制小车运行的快慢和转向的目的。为了防止在启停电机的瞬间所形成的反馈电流损坏L298N,因此在L298N输出端与电机之间加入8个二极管形成续流达到保护的作用,再则为了防止L298N输出负载端电机对输入端信号传输产生影响,以及对MSP430芯片产生不利的干扰,在L298N的信号输入端通过连接TLP521可控制的光电电耦合器件,达到对L298N信号输入前端的信号电路与负载的完全隔离,从而增加了电路的安全性,减少了电路信号干扰。本设计中的驱动电机采用的是方波驱动的交流永磁同步电机,该电机的转速与驱动信号的频率成正比,结构简单,调速性能优良,运行可靠且便于维护。其电机驱动和控制模块电路如图3所示。本文引用地址://m.amcfsurvey.com/article/171327.htm
2.6 测速模块和PID控制
对速度的检测、调节控制能够保证小车稳定的运行,避免小车在避障时由于车速过高来不及躲避等问题。该设计中采用256线光电编码器作为速度检测,2个编码器和电机同轴相连。它直接利用光电转换原理输出3组方波脉冲A、B和Z相,A、B两组脉冲相位差90°,从而可方便地判断出旋转方向,而Z相为每转一个脉冲,用于基准点定位。在此采用M/T法测速,单片机通过定时器对电机速度进行10 ms定时采样,把采样所得速度信息与给定的速度信息所得的速度差传给PID控制器,来实现对电机速度的最佳闭环控制。从而在小车在前进、后退、转弯、刹车等动作能快速响应且超调量小,因此系统采用积分分离的PID控制算法,开始取消积分作用,当被调量相差不大时再引入积分作用,实现算法的具体步骤如下:
1)根据实际情况,人为的设定一个值w>0,E(k)=R(k)-H(k),其中R(k)为给定值,H(k)为测量值。
2)当E(k)>w时,采用PD控制调节,可以避免超调过大,还可以使系统有较快的反应。
3)当E(k)w时,采用PID控制调节,能够保证系统的控制精度。
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