簡易智能電動車的設計

摘要：智能小車采用TI公司的MSP430F2274單片機作為核心控制芯片，由液晶顯示模塊、電機驅(qū)動模塊、傳感器模塊、電源模塊組成。在機械結(jié)構(gòu)上，用兩個直流電機作為兩個前輪，再外加一個從動輪，使小車的轉(zhuǎn)向更加靈敏。采用PWM驅(qū)動芯片控制電機，紅外LED和一體化接收頭來避障。基于可靠的硬件設計和穩(wěn)定的軟件算法，實現(xiàn)避障、測速等功能。
關(guān)鍵詞：MSP430；避障；PWM脈寬調(diào)制；低功耗；紅外傳感器

智能機器人的發(fā)展非常迅速，已經(jīng)廣泛應用于機械、電子、交通等領(lǐng)域，人們也在不斷地著力于改進機器人的智能，讓它更好地為人們提供便捷、舒適的生活。而智能電動車作為機器人的典型代表，也在不斷地發(fā)展，方便人們對安全性能的追求。
文中智能小車采用TI公司的MSP430F2274單片機作為核心控制芯片，由液品顯示模塊、電機驅(qū)動模塊、傳感器模塊、電源模塊組成?；诳煽康挠布O計和穩(wěn)定的軟件算法，實現(xiàn)智能避障、測速等功能。

1 系統(tǒng)設計
1．1 設計思路
本系統(tǒng)劃分為控制部分和信號檢測部分。其中信號檢測部分包括：障礙物探測模塊，路程測量模塊?？刂撇糠职ǎ弘姍C驅(qū)動模塊，顯示模塊，控制器模塊，計時模塊，狀態(tài)標志模塊。模塊框圖如圖1所示。

1．2 設計方案
(1)控制器模塊
本系統(tǒng)的控制器主要用于各個傳感器信號的接收與辨認、控制小車電機的動作、控制顯示車速與運行的時間以及小車在停止時發(fā)出聲光等信號。
本系統(tǒng)的控制器采用TI公司的MSP430單片機。MSP430在電池供電的低功耗應用中具有獨特的優(yōu)勢。其工作電壓為1．8～3．6 V，正常工作時功耗可控制在200μA左右，低功耗模式可實現(xiàn)2μA甚至0．1μA的低功耗。MSP430系列單片機作為性能優(yōu)異的MCU在中國已經(jīng)得到了廣泛的應用。MSP430具有高集成度，通常在單個芯片上集成了12位的A／D轉(zhuǎn)換器、比較器、多個定時器，以及片內(nèi)USART、看門狗、片內(nèi)DCO等。一般單片就可滿足大多數(shù)的應用需要。支持JTAG在線編程，可以方便地實現(xiàn)程序的下載、仿真、調(diào)試和升級。
(2)電機驅(qū)動模塊
電機的驅(qū)動電路主要通過電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)實現(xiàn)小車前后或者左右方向的選擇，并使用PWM控制芯片來實現(xiàn)對電機的控制，L298芯片實現(xiàn)電機的驅(qū)動。
(3)顯示模塊
在小車運行過程中，需要對運行的時間和路程做必要的顯示，系統(tǒng)選用液晶顯示屏顯示時間和路程。液晶顯示屏(LCD)具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強等特點。
(4)障礙物探測模塊
采用左右兩個紅外傳感器。紅外傳感器，是目前使用比較普遍的一種避障傳感器，可調(diào)節(jié)紅外傳感器的檢測距離為10～80 cm，開關(guān)量輸出(TTL電平)，簡單、可靠。
(5)計時模塊
計時模塊要求對小車從啟動到停止的過程進行計時，最小單位為0．01 s。由于本系統(tǒng)的控制器是由單片機構(gòu)成的，其內(nèi)部有很好的定時系統(tǒng)，因此系統(tǒng)使用MSP430F2274內(nèi)置的定時器實現(xiàn)該模塊功能。
(6)電源模塊
雙電源供電。電機驅(qū)動部分、顯示電路、紅外傳感器部分用小型蓄電池供電。小型蓄電池具有，輸出功率大，在負載不穩(wěn)定的情況下能保證合適的電壓和電流輸出的特點。單片機和傾角傳感器則對電壓參數(shù)要求比較高．使用9 V干電池穩(wěn)壓到5 V。這樣設計雖然不如單電源方便靈活，但可以將電極驅(qū)動所造成的干擾有較高的抑制，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。

2 系統(tǒng)的硬件電路設計與實現(xiàn)
2．1 控制電路的設計
單片機接收從傳感器檢測電路輸入的邏輯信號和脈沖信號，并將輸入的信號進行處理運算，以控制電流或控制電壓的形式輸出給被控制的單元電路，完成各項任務要求。