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基于MSP430F5529的智能无线遥控小车设计报告.doc

发布时间：2022-06-25 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.86M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    摘 要
    Abstract
    二、 课题实施方案
    2.1 方案说明
    2.1.1 核心控制器
    2.1.2 驱动模块
    2.1.3 避障模块
    图3：E18-D80NK
    2.1.4 蓝牙无线模块
    2.1.5 里程速度测试模块
    2.2 工程规范
    2.2.1 电路原理图
    三、 课题实施过程详述
    四、 系统测试方法
    4.5整机测试及结果分析
    五、 结果分析
    六、总结
    参考文献
    工程教育(高级) 基于 MSP430F5529 的智能无线遥控 小车设计报告 学 生 1： 学 生 2： 学 生 3： 学 生 4： 组 长： 组长电话： 指导老师： 完成时间： 1
    工程教育(高级) 摘 要 本次工程教育（高级）以 MSP430 超低功耗单片机系列 MSP430F5529 为主控制器，附加小车底座、电 机、电池、红外避障模块等，完成四驱小车无线遥控、自动避开障碍物、多档变速等功能，制作完成了 多功能的玩具小车。MSP430F5529 指令简单且外部 I/O 口丰富，使得各个功能模块之间信息交流快捷方 便。小车采用四轮驱动，使转弯及变速变得更加容易实现。利用单片机产生 PWM 波，控制小车运动及速 度调节，选用 L298N 驱动芯片驱动电路。使用一个反射式红外传感器实现壁障功能，使小车能够自动左 转避开障碍物。使用蓝牙无线控制模块，可实时控制小车运动状态。基于可靠的硬件设计和更加优化的 软件算法，在实现本设计基本要求的基础上，可实现部分扩展功能，在玩具市场和教学科研领域上具有 重要意义。 关键词：工程教育(高级)，MSP430 单片机，无线遥控小车，红外避障 Abstract The engineering education (advanced) is given priority to with MSP430 ultra-low power MCU series MSP430F5529 controller, additional car base, motor, battery, infrared obstacle avoidance module, etc. It completed the multi-function toy car with the all-wheel-drive vehicle wireless remote control, automatic avoiding obstacles, multi-speed controlling, and other functions. MSP430F5529’s instruction is simple and it has rich external I/O mouths, making the information communication among the various functional modules fast and convenient. The small car with four-wheel drive, making swerve and variable speed become easier to more implement. PWM wave generated by MSP430 was used to control the vehicle movement and speed adjustment with L298N driver circuit. The car uses a reflective infrared sensor function of walls to make the car turn left automatically when it meets obstacles. It also uses wireless bluetooth to control the car’s motion state in the real-time. Based on reliable hardware and better software algorithm, we have achieved the design on the basis of the basic requirements, which can realize some extensions. It has great significance on the scientific research and teaching in the toy market. Keywords： engineering education, MSP430F5529, wireless remote control car， obstacle avoiding 2
    工程教育(高级) 一、 课题概述 结合课程以及课题的要求，在经过市场调研后我们小组确定了对课题的定位，我们所要完成的课题 应该是一个具有无线控制功能的玩具小车，具有抗干扰性强，控制距离远等特点。在市场一般的遥控玩 具小车的设计基础上，增添自动避障功能，当小车前方出现障碍物时可以及时自动转向避障。课题涉及 到无线射频通信技术，单片机嵌入式系统开发技术，智能化控制系统等相关知识。通过模拟企业研发团 队的运营模式，对课题进行一个完整的研发过程，来进一步提高电子系统软硬件设计、系统调试能力， 以及培养一定的工程理念和工程素养。 根据我们课题的定位，我们所要完成的基本功能有： 小车前进，后退，左转，右转，加速等基本 运动功能；小车自动避障功能；小车行驶状况显示功能等。 课题设计的核心问题是设计基于 MSP430F5529 单片机控制的无线通信系统，完成智能无线遥控小车 的设计。 二、 课题实施方案 本课题涉及的核心模块主要有单片机控制模块、电机驱动模块、红外避障模块、无线收发模块以及 测速模块，经过前面充分的调研，我们的设计方案为，选取 TI 低功耗 MSP430F5529 单片机作为控制模 块，选取 L298N 驱动模块作为电机驱动，选取 E18-D80NK 红外传感器作为自动避障模块，选取 HM-09 蓝牙串口作为无线模块，选取对射式红外头模块作为测速模块。 2.1 方案说明 2.1.1 核心控制器 MSP430F5529 单片机（见图 1）是一款 16 位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器， 只有简洁的 27 条指令，而且功能强大，运算速度快。 它采用 1.8-3.6V 的电源电压，具有超低功耗的 特性。MSP430 还引进了 Flash 型程序存储器和 JTAG 技术，不仅使开发工具变得简便，而且价格也相 对低廉，并且还可以实现在线编程。 它在封装尺寸上比较小，有较小的天线效应，在含有无线传输方 面的应用上具有极大的优势。而另一款应用广泛的单片机 89C51，功耗相对较大，模拟功能部件相对较 少，而且芯片尺寸较大，加上 PCB 上的每个元件都会产生较强的天线效应，会对无线传输造成一定不良 影响。 基于以上各方面考虑，我们将 MSP430 单片机选取为我们的控制模块，负责处理各路信息以及控制 各个模块协调运作。一共用到两块 MSP430 单片机开发板，小车上安装一块用来控制小车运动以及响应 和处理无线信号。遥控部分直接利用开发板五个触摸板按键作为遥控信号输入，齿轮电位计作为调速档 3
    工程教育(高级) 位控制。MSP430 负责将读取的遥控信号通过无线模块发送出去，同时利用自带的显示屏显示小车运动 信息。 图 1：MSP430F5529 单片机开发板 2.1.2 驱动模块 L298N 驱动模块（见图 2）集成 2 块 L298N 芯片,每块芯片内含两个 H 桥的高电压大电流全桥式驱动 器，整个模块可以同时驱动 4 个直流电机,实现正反转及电机速度的控制。模块内部带有 L7805 降压芯 片,如果驱动 7V 电压以上的电机时,可以向外输出 5V 电,供给控制端使用。我们的小车底座上配有 7V 电池，给该模块上电后，同时可以输出 5V 电平供红外模块使用。其主要特点有可轻松驱动电机正反转、 利用 PWM 波脉宽可平滑调速，非常适合小车的驱动模块。 图 2：L298N 驱动模块 4
    工程教育(高级) 2.1.3 避障模块 E18-D80NK（见图 3）是一种集发射与接收于一体的光电传感器，发射光经过调制后发出，接收头 对反射光进行解调输出。有效的避免了可见光的干扰。透镜的使用，也使得这款传感器最远可以检测 60 厘米距离的问题（由于红外光的特性，不同颜色的物体，能探测的最大距离也有不同；白色物体最 远，黑色物体最近），检测障碍物的距离可以根据要求通过尾部的电位器旋钮进行调节。在实际操作中， 为了有效避免小车撞上障碍物，我们将检测距离调到最大，根据障碍物颜色不同约 30 到 40 厘米。正确 接线后，检测到障碍物，模块会有指示灯提示，同时黄线输出变为低电平，正常情况下为高电平。利用 这一点可以将模块输出口接在单片机 IO 口上，当检测到该 IO 口为低电平时执行避障动作。 2.1.4 蓝牙无线模块 图 3：E18-D80NK HM-09（见图 4）是一款既可以由下位机控制，又可以由上位机控制，既可以传输数据，又可以远 程控制 PIO，做工精良，价格又不贵蓝牙串口模块。支持 AT 指令，可以根据需要更改 SPP 角色（主、 从模式）以及串口波特率、设备名称、配对密码等参数，使用灵活。工作又可分为串口蓝牙数传模式和 远程 IO 控制模式 2 种模式：串口蓝牙数传模式就是简单的串口通讯；远程 IO 控制模式即可以远程发送 数据控制蓝牙模块上的 10 个 IO 脚的高低电平。 我们需要通过蓝牙发送遥控信息以及小车运动信息，也就是简单的串口通讯，所以我们用到的是串 口蓝牙数传模式，一共需要用到两块 HM-09 模块。利用 AT 指令，我们将接在遥控端的蓝牙模块设为主 机，接在小车上的蓝牙模块设为从机，串口波特率为 9600bps。 5
    工程教育(高级) 2.1.5 里程速度测试模块 图 4：HM-09 74HC14D 对射式红外头模块（见图 5），配合测速码盘（见图 6），可以利用脉冲计数进而测出运动 里程和速度，模块工作电压为直流 5 伏，主要特点有：具有信号输出 LED 指示、单路信号输出、输出有 效信号为低电平。 图 5：74HC14D 对射式红外头 图 6：测速码盘 6
    工程教育(高级) 2.2 工程规范 2.2.1 电路原理图 遥控部分电路原理图（见图 7）： 图中包括主控单片机 MSP430F5529，触摸按键模块，蓝牙模块（BLUETOOTH），显示屏模块（SCREEN）。 图 7：遥控部分电路原理图 小车部分电路原理图（见图 8）： 图中包括主控单片机 MSP430F5529，蓝牙模块（BLUETOOTH），避障模块（E18-D80NK），测速测里程 模块(74HC14D*2)，驱动模块（L298N*2）。 7
    工程教育(高级) 图 8：小车部分电路原理图 2.2.2 工程规范条款 1、理解设计需求，从需求中整理出电路功能模块和性能指标要求； 2、根据功能和性能需求制定总体设计方案，并对外设功能模块进行元器件选型。 元器件选型我们遵守以下原则： （1）普遍性原则：所选的元器件要被广泛使用验证过的，尽量少使用冷、偏芯片，减少风险. MSP430F5529 单片机是一款 16 位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器，只有简洁的 27 条指令，而且功能强大，运算速度快，不仅开发简便，而且价格也相对低廉，并且还可以实现在线 编程。它采用 1.8-3.6V 的电源电压，具有超低功耗的特性。故我们采用 MSP430F5529 芯片作为小车的 遥控芯片与主体芯片。 （2）高性价比原则：在功能、性能、使用率都相近的情况下，尽量选择价格比较好的元器件，减少成 本。 L298N 驱动模块集成 2 块 L298N 芯片,每块芯片内含两个 H 桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以同 时驱动 4 个直流电机,实现正反转及电机速度的控制。其主要特点有可轻松驱动电机正反转、利用 PWM 波脉宽可平滑调速，非常适合小车的驱动模块。市场上运用技术成熟，价格比较低廉，故现在许多小车 8
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