自動(dòng)避障小車

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1、如果您需要使用本文檔，請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!摘要設(shè)計(jì)并制作了一輛可遠(yuǎn)距離遙控的小車。車體以TI公司Stellaris Cortex-M3系列單片機(jī)LM3S615為控制核心，配合步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)、紅外傳感器、zigbee無線通信模塊，實(shí)現(xiàn)小車行走、自動(dòng)避障、遠(yuǎn)距離通信控制等功能。遙控器部分采用TI公司MSP430G系列MSP430G2452單片機(jī)，配合電容觸摸板和zigbee無線通信模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)小車的遠(yuǎn)距離全方位控制。實(shí)際測(cè)試表明，遙控小車的有效控制距離超過500米，觸控板控制精確，小車行走流暢、避障迅速可靠。關(guān)鍵詞：Cortex-M3; Stellaris;MSP430;Zigbee1. 設(shè)計(jì)功能

2、思想:要設(shè)計(jì)的是一個(gè)可以遠(yuǎn)距離遙控，靈活快速運(yùn)動(dòng)的遙控小車。同時(shí)為了防止小車在遙控運(yùn)動(dòng)時(shí)意外撞到障礙物后發(fā)生損壞，所以給小車增加自動(dòng)避障功能。小車在無障礙物時(shí)按遙控指令行進(jìn)，遇到障礙物時(shí)，優(yōu)先執(zhí)行避障程序。主要涉及內(nèi)容包括：（1） 對(duì)小車運(yùn)動(dòng)電機(jī)的控制（2） 對(duì)紅外傳感器的信息讀取及檢測(cè)距離控制（3） 控制器控制臺(tái)的選取及其驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)（4） 無線通信協(xié)議，命令收發(fā)的軟件設(shè)計(jì)2. 系統(tǒng)方案 （1） 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖：圖1為系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖。1 / 91如果您需要使用本文檔，請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!MSP430G2452處理器觸摸板（控制小車任意轉(zhuǎn)向及運(yùn)動(dòng)）觸摸信號(hào)控制命令傳輸ZM2410P0無線模塊ZM2

3、410P0無線模塊LM3S615微處理器小車傳感器控制器部分小車部分障礙信息控制命令無線信號(hào)傳輸圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖（2） 其中使用的關(guān)鍵算法：（a）控制器部分，待機(jī)狀態(tài)下，且設(shè)置了8.3秒自啟動(dòng)的算法。并且通過軟件模擬UART，實(shí)現(xiàn)了命令的準(zhǔn)確發(fā)送。（b）小車部分， 5個(gè)紅外傳感器，由M3內(nèi)部硬件集成的PWM控制，由5個(gè)GPIO單獨(dú)讀取障礙信息3. 硬件清單系統(tǒng)硬件：控制器、小車（帶有步進(jìn)電機(jī)和紅外傳感器）、無線模塊。（1） 控制器部分：圖2 電容觸摸板2 / 92如果您需要使用本文檔，請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!圖2為電容觸摸板，型號(hào)為430BOST SENSE1。電容觸摸板是一種無損耗按鍵，操作界

4、面美觀，作為遙控器的控制臺(tái)。圖3 MSP-EXP430G2 LaunchPad圖3為TI公司MSP430G2系列開發(fā)板，所用單片機(jī)位MSP430G2452。G2板作為遙控器的處理器，實(shí)現(xiàn)對(duì)觸摸信號(hào)的處理和無線通信。圖4 小車圖4為小車部分。使用周立功公司的電腦鼠為車體，小車使用TI公司Stellaris Cortex-M3系列單片機(jī)LM3S615為控制核心。結(jié)合高性能的無線模塊，改裝成遠(yuǎn)距離遙控的小車。圖5 無線模塊圖5為 Zigbee無線通信模塊，型號(hào)：ZM2410P0。4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)（1） 軟件流程圖：圖6所示為軟件流程圖。3 / 93如果您需要使用本文檔，請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!開始初始

5、化觸摸板及UART定時(shí)器定時(shí)8.3s，進(jìn)入低功耗待機(jī)，等待觸摸定時(shí)時(shí)間8.3s?UART發(fā)送命令YN觸摸中斷喚醒，并關(guān)閉8.3s定時(shí)器開始初始化電機(jī)、紅外傳感器及其UART等待控制命令和障礙信息遇到障礙？控制小車準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)繼續(xù)完成運(yùn)動(dòng)NY2）小車1）控制器圖6 軟件流程圖（2） 軟件設(shè)計(jì)概述：（a） 電容觸摸板信號(hào)的讀取。采用捕獲中斷方式來識(shí)別觸摸信號(hào)，并且設(shè)計(jì)了判別誤動(dòng)作的消抖算法，使控制更可靠。（b） 按鍵中斷掃描。通過軟件設(shè)計(jì)，對(duì)每個(gè)按鍵的中斷狀態(tài)快速掃描，提高了觸摸板信號(hào)的識(shí)別速度。（c） 遙控器通信部分。在MSP430G2452上用定時(shí)器虛擬了UART通信協(xié)議，設(shè)置了同步波特率，實(shí)現(xiàn)了

6、與Zigbee無線模塊的串口通信，完成了命令的的發(fā)送環(huán)節(jié)。4 / 94如果您需要使用本文檔，請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!（d） Zigbee模塊部分。對(duì)ZM2410P0模塊波特率的設(shè)定和收發(fā)狀態(tài)的初始化，完成可靠準(zhǔn)確地?zé)o線傳輸環(huán)節(jié)。（e） 步進(jìn)電機(jī)控制部分。使用LM3S615內(nèi)部兩個(gè)32位定時(shí)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的“半步驅(qū)動(dòng)”控制，步進(jìn)角度為3.75度。（f） 調(diào)制紅外探測(cè)器。使用LM3S615的兩個(gè)硬件PWM模塊來完成對(duì)5個(gè)調(diào)制紅外探測(cè)器的驅(qū)動(dòng)。通過改變PWM的頻率，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同距離障礙物的檢測(cè)。（g） 小車通信部分。利用LM3S615內(nèi)部UART模塊實(shí)現(xiàn)了與Zigbee無線模塊硬件的串行通信。5.

7、系統(tǒng)創(chuàng)新（1） 實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離遙控小車，快速靈活運(yùn)動(dòng)，并自動(dòng)避障。（2） 充分利用MSP430G2板載資源，實(shí)現(xiàn)了方便快捷的人機(jī)交互。（3） 將兩塊ZM2410P0模塊來進(jìn)行MSP430G2452和LM3S615兩塊處理器之間的無線通訊，通訊控制距離達(dá)到500米。6. 評(píng)測(cè)與結(jié)論實(shí)際測(cè)試：（效果見作品視頻）（1） 檢測(cè)小車對(duì)無線控制的響應(yīng)：經(jīng)實(shí)測(cè)，小車可做到快速的響應(yīng)控制器信號(hào)和障礙信號(hào)。燒寫入M3測(cè)試程序后，小車可在障礙物之間快速流暢穿梭，無碰撞發(fā)生。（2） 待機(jī)8.3s自啟動(dòng)檢測(cè)：實(shí)測(cè)可看到，控制器待機(jī)狀態(tài)下每8.3s自啟動(dòng)一次，經(jīng)多次測(cè)試，準(zhǔn)確無誤。（3） 小車8個(gè)方向轉(zhuǎn)向測(cè)試：5 / 9

8、5如果您需要使用本文檔，請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!6 / 96如果您需要使用本文檔，請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!左轉(zhuǎn)45 右轉(zhuǎn)45左轉(zhuǎn)90 右轉(zhuǎn)90左轉(zhuǎn)135 右轉(zhuǎn)135實(shí)測(cè)可見，小車在接受控制器的命令后，可準(zhǔn)確地完成八個(gè)方向控制命令。（上下兩幅分別為8.3s自啟動(dòng)和后轉(zhuǎn)180動(dòng)態(tài)過程）（4） 小車前方5個(gè)紅外傳感器檢測(cè)障礙，并作出相應(yīng)避障運(yùn)動(dòng)測(cè)試：表1為程序預(yù)設(shè)的避障指令和實(shí)測(cè)的避障運(yùn)動(dòng)對(duì)照表。表1 避障指令測(cè)試表測(cè)試傳感器預(yù)設(shè)避障指令實(shí)測(cè)結(jié)果右方小車左轉(zhuǎn)90度符合右前方小車左轉(zhuǎn)135度符合左方小車右轉(zhuǎn)90度符合左前方小車右轉(zhuǎn)135度符合前方小車先后退，然后后轉(zhuǎn)符合經(jīng)實(shí)測(cè)，小車可以做到自動(dòng)準(zhǔn)確避障，動(dòng)作靈

9、活快速可靠。（5） 整體運(yùn)動(dòng)測(cè)試：經(jīng)測(cè)試，小車接收到“前進(jìn)”命令后，快速加速啟動(dòng)并前進(jìn)控制的距離。當(dāng)前方遇到障礙時(shí)，會(huì)立刻終止當(dāng)前控制器命令，并后退然后后轉(zhuǎn)180度。7 / 97如果您需要使用本文檔，請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!在運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)其他方位遇到障礙時(shí)，小車也會(huì)立刻調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)！然后等待控制器命令。（6） 遙控距離測(cè)試：測(cè)試Zigbee模塊通信距離的方法如下：兩個(gè)人間隔500米，一人手持遙控器，另一人站在小車周圍。兩人使用手機(jī)報(bào)告遙控操作和小車實(shí)際動(dòng)作。結(jié)果表明，小車準(zhǔn)確完成了所有待測(cè)動(dòng)作，證明遙控距離可達(dá)500米以上。受無障礙場(chǎng)地條件限制，極限通信距離未作測(cè)試。（7） 控制觸摸板靈敏度測(cè)試：當(dāng)

10、手指觸碰到正確的電容觸摸區(qū)域后，觸摸板相應(yīng)小燈迅速亮起，小車同時(shí)立刻做出相應(yīng)的動(dòng)作反應(yīng)，控制臺(tái)靈敏、美觀。7. 總結(jié)小車使用了TI公司的兩種主要單片機(jī)Stellaris Cortex-M3和MSP430單片機(jī)為控制核心，結(jié)合業(yè)界先進(jìn)的Zigbee無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了精確的遠(yuǎn)距離遙控控制。本小車目前主要功能為學(xué)習(xí)Cortex-M3和MSP430單片機(jī)構(gòu)架，掌握Zigbee無線通信的基本功能原理。如果能再結(jié)合攝像頭，則小車可實(shí)現(xiàn)小型“探測(cè)機(jī)器人”的實(shí)用功能。最后，非常感謝TI公司和周立功公司對(duì)我們學(xué)校創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室硬件上的贊助和技術(shù)上的支持！8 / 98如果您需要使用本文檔，請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載! （注：可編輯下載，若有不當(dāng)之處，請(qǐng)指正，謝謝!） 9 / 99