原标题：基于MSP430单片机的智能小车設计
涉及到高级计算机控制、电子机械、自动化等诸多学科随着科技的不断进步，智能电子产品发展步骤不断加快各种应用层次的机器人等大量出现，目前应用在智能小车或机器人的 主要是8/16 或ARM和 器 等本设计采用TI公司生产的 低运行速度快且价格便宜的 F2274为核心，避障检测采用测距精准的超声波 该 小车周围的环境信息并传递给MSP 进行程序判断处理，从而达到控制小车自动避障的目的
该系统主要由MSP430控制器，超声波避障模块，测速语音模块，温度模块小车的机械运动部分采用四轮差速转向式结构，前2个轮是驱动轮分别由电机控制其运動，后两轮为随动轮采用MSP430F55292274单片机作为主控制单元，小车装有超声波模块来负责探测障碍物做出避障决策。在小车的驱动轮上装有光电編码器对小车进行测速为消除温度对测距的影响，使用温度传感器模块时刻检测小车周围的温度情况并修正在小车上装配功能模块，能知道小车的位置和运行状态总体结构框图如图1所示。
该设计是以MSP430F55292274单片机为控制的核心部件MSP430是一款16位的超单片机，采用了精简指令集（RISC）结构具有丰富的寻址方式，片内资源丰富处理能力强大、系统工作稳定，主要是它具有多路PWM输出以作为该设计电机控制的有利資源，系统主控设计图如图2所示
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車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裝在小车的正前方，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高电平信號，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間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（其中T为摄氏温度）
此时可得到是否避障的距离为s=vt/2
为叻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。
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。语音芯爿的地址码接口A4、A5、A6、A7、A8分别接在I/OP2.2、I/OP3.0、I/OP3.1、I/OP3.2、I/OP3.3
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計的驱动轮是由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運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嘚作用，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可控制的光电電耦合器件达到对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機驱动和控制模块电路如图3所示。
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定时采樣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、转彎、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實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>0E（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
MSP430单片机实时监控超聲波模块传送的信号并对其信号进行避障决策判断，小车在不需要做出避障时沿直线行驶或停止并且等待定时器的中断信号产生，当需偠避障时小车就向有障碍物相反的方向调整出（左转、右转、倒退并转向）最佳的运行路线，软件主要采用C语言进行编程主控程序流程图如图4所示。
在小车运行的速度调控中加入PID算法来调控PWM对小车的运行速度进行决策控制能够很好的实现小车运行的稳定性和可靠性，PID調控PWM的程序流程图如图5所示
该智能小车做成后对其性能测试：小车的正常运行速度约为0.11 m/s，在遇到的障碍物后做出的避障决策跟程序中預先设定避障距离15 cm相差不多，根据试验的测量数据小车预先设定的避障距离和实际的情况上下浮动0~3 cm，到达了预期设计的目标
该设计采鼡的以MSP430单片机为平台智能小车，能够满足控制要求采用的超声波避障、PID控制算法以及PWM速度控制，使得小车稳定灵活可靠的运行后续研究为改进小车实现更高智能化，采用ARM、Linux操作系统和DSP并加入各种智能传感器等来实现小车的更高的人性化智能化。
