第九组实验报告

1 简易智能电动车

摘 要

本系统以MSP430单片机控制为核心，采用脉冲宽度调制方法（PWM）方便地实现了对小车速度和方向的精确控制。由反射式红外传感器ST188循迹、红外传感器避障，接近开关检测金属、霍尔传感器测距，光敏电阻传感器寻光进车库，实现了小车的智能化。

关键词：MSP430 传感器

第九组：马金猛，易涛，杨昆

2011年7月24日

2 目录

一、系统方案选择和论证 ........................................................................................... 1

1、方案设计与论证 .................................................................................................. 1

1.1．电机的选择.................................................................................................... 1

1.2．电机驱动模块................................................................................................ 1

1.3．引导线检测.................................................................................................... 2

1.4．路程测量........................................................................................................ 2

1.5．金属探测........................................................................................................ 2

1.6．障碍物探测.................................................................................................... 2

2、系统总体方案设计 .............................................................................................. 3

二、系统硬件设计 ....................................................................................................... 3

1. ST188循迹............................................................................................................. 3

2. 接近开关电路 ....................................................................................................... 4

3. 霍尔传感器电路 ................................................................................................... 4

4. 避障 ....................................................................................................................... 5

5. 光敏电阻传感器 ................................................................................................... 5

6．直流电机驱动电路 .............................................................................................. 5

三、系统软件设计 ....................................................................................................... 5

四、系统测试与分析 ................................................................................................... 7

五、总结分析 ............................................................................................................... 7

六、参考文献 ............................................................................................................... 8

1 一、系统方案选择和论证

1、方案设计与论证

1.1．电机的选择

方案一：使用步进电机。步进电机的优点是具有快速启动和停转能力、转动角度精确。但此方案缺点显著，步进电机的功率大、耗电量大，且易发热。另外，其价格较高，且在原有的小车结构上不易找到合适的步进电机进行安装，硬件改造难度很高。

方案二：使用小车上原有的直流电机。虽然直流电机不易精确控制，但对于小车来说，其精确性并不十分重要。而其调速平滑方便，可实现频繁的无级快速起动、制动和反转；调整范围广、过载能力强、能承受频繁的冲击负载等优点则显得尤为突出。

因此，我们选择方案二。

1.2．电机驱动模块

方案一：调压方法。通过电阻网络或数字电位器调整电机的分压，从而达到调速目的。这种方案只能实现有限级调速，而且由于电机的内阻一般较小，因此分压后电机的效率不高。

方案二：采用继电器对电动机的开或关进行控制。通过控制开关的切换速度实现对小车的速度进行调整。此方案电路简单，但继电器易损坏、寿命短，可靠性不高。

方案三：采用由达林顿管组成的H型PWM电路驱动电机。这种电路由于管子交替工作在饱和与截止的模式下，因此效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极强。

基于以上分析，选用方案三。

2 1.3．引导线检测

方案一：用光敏传感器。地面的黑色和白色反光程度不同，由此判断传感器是否在黑线上方。但此方法易受到外界光源的影响，检测的灵敏度与小车的行驶环境有关，这就降低了系统的适应能力和可靠性。

方案二：采用反射式红外传感器。红外线检测方法则能在一定程度上避免外界光源干扰的问题。一般光源红外线频段能量较弱，对传感器的干扰较小，而且红外线波长大，近距离衰减小，用红外传感器探测近距离黑线更可靠。

考虑到系统调试的过程中，行驶环境会有一定变化，因此选用方案二。

1.4．路程测量

方案一：借鉴光电鼠标的工作原理。在车轮上均匀地安装多个遮光条，用计数光脉冲的方法测量小车的位移，并据此计算车子的速度。

方案二：用霍尔开关感应车轮的转速。在车轮上均匀地安装磁片，在车轮中心轴上安装霍尔开关。

考虑到方案二安装相对简单，且能够达到题目要求，因此我们选择了方案二。

1.5．金属探测

方案一：采用分立的霍尔元件。此方案电路复杂、灵敏度低。

方案二：采用工业用的集成金属检测元件（接近开关）。元件使用简单，灵敏度较高。

故采用方案二。

1.6．障碍物探测

方案一：利用激光测距来测量有效的安全距离来控制。此方案探测距离准确、性能可靠；但造价较高，器件不易购买。

3 方案二：采用超声波探测。由于超声波频率高、波长短、定向性好，而且振幅小、加速度大、能量集中，适合于测量距离。但用分立元件搭建的效果不稳定，且价格较贵，故不宜用。

方案三：采用反射式红外探测。其电路形式比较简单，但其测量的距离比较近。

因此，采用方案三。

2、系统总体方案设计

MSP430MSP430ST188直流电机红外传感器光敏电阻接近开关霍尔传感器液晶显示蜂鸣器

二、系统硬件设计

1. ST188循迹

它由发光二极管和光敏三极管组成，发光二极管发出的光线经地面反射后射入光敏三极管并控制其通断。传感器处于黑线上方时，由于黑线红外光线的反射能力很弱，光敏三极管截止，输出端输出为高电平；反之，传感器检测到白线时，输出端输出为低电平。又由于光敏三极管并非是理想的导通截至两种状态，故在后级电路中加入了电压比较器，另一方面，也使电路输出电平符合msp430单片机的逻辑电平反射式红外传感器电路。我们的反射式红外采用的是ST188，ST188由高功率的红外二极管和高灵敏度的晶体管组成。ST188允许的最小输入电阻Rf=Vcc/50mA=100Ω,为了尽量地使ST188的检测距离大，我们尽量提高红外二极管的发射功率。在极限参数允许的条件下，提高流过红外二极管的电流，可以提高红外二极管的发射功率。我们选择电阻Rf=150Ω。晶体三极管导通时集电结和发射结之间有一定的直流电阻，为了使三极管导通时，输出的电压尽量的小，我们选择尽量大的集电极电阻Rc，并且电阻Rc越大越省电。但是Rc的最大值也有一定的限制，当Rc达到一定的值时，ST188在没有检测到障碍物时无法输