摘要：設計了乙個自動往返和智慧型控制的小車。採用msp430f149為核心晶元，選用雙全橋驅動晶元作為小車電機驅動，利用pwm技術動態控制電動機的轉速，紅外線光電感測器檢測標識線，u型紅外光電感測器測量路程。mcu判斷和處理各種感測器傳回的資訊，向電機驅動器發出指令，控制小車在往返過程中實現自動加速、限速、減速、剎車、倒車和在液晶顯示器上顯示行駛時間，行駛路程等相關資料。
智慧型小車，是一種以汽車電子為背景，涵蓋智慧型控制、模式識別、感測技術、電子電氣、計算機、機械等多學科的科技創意性設計。全國電子大賽和省內電子大賽幾乎每次都有智慧型小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究，可實現循跡、避障、檢測貼片、尋光入庫、避崖等基本功能。
1 總體方案
設計乙個能自動往返於起跑線與終點線間的小汽車，從起跑線出發到達終點線後停留10 s，然後自動倒車返回起跑線。在要求的跑道範圍內完成加速、減速、限速、剎車、倒車等功能。停車後顯示一次往返的時間和路程。
電路設計原理框圖如圖1所示，可分為msp430f149、電路驅動模組、黑線檢測模組、測速測距模組，顯示模組等幾部分。
採用msp430f149為核心晶元，選用雙全橋驅動晶元l298作為小車電機驅動，利用pwm技術動態控制電動機的轉速，紅外線光電感測器(lth1550)檢測標識線，u型紅外光電感測器測量路程，在液晶顯示器上顯示行駛時間、行駛路程等相關資料。微處理器主要處理光電感測器傳回的地面檢測標誌訊號和u型感測器傳回的檢測路程資訊，向電機驅動器發出指令，控制小車的加速、減速、限速、剎車、倒車等狀態，在液晶顯示器上顯示行駛時間、行駛路程等相關資料。
2 各單元模組設計
2.1 微處理器模組
微處理器的主要任務是判斷和處理各種感測器傳回的資訊，向電機驅動器發出指令，控制小車在往返過程中實現自動加速、限速、減速、剎車、倒車，因為小車實現功能較少，微處理器選用美國ti公司msp430系列微控制器。由於msp430微控制器具有低功耗、高速實時控制以及資料計算，並且擁有更多的片上資源供設計使用，使得設計更加簡練更加有效。
2.2 電機驅動模組
採用直流減速電機。直流減速電機轉動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單;過載能力強，能承受頻繁的衝擊負載，可實現頻繁的快速啟動和反轉;能滿足自動往返過程中各種不同的特殊形式要求;可以很方便的實現通過微控制器對直流減速電機前進、後退、停止等操作。
考慮到小車必須能夠前進、倒退、停止，並能靈活專性，選用l298雙全橋步進電機專用驅動晶元。內部包含4通道邏輯驅動電路，可以方便的驅動兩個直流電機或乙個兩相步進電機。為了能控制車輪的轉速，可以採取pwm調速法，即由微控制器的p1.4和p1.5輸出一系列頻率固定的方波，再通過功率放大來驅動電機，在微控制器中程式設計改變輸出方波的占空比就可以改變加到電機上的平均電壓，從而可以改變電機的轉速。左右兩輪兩個電機轉速的配合就可以實現小車的前進、倒退、等功能。
2.3 黑線探測模組
黑線探測的原理是光線照射到路面並反射，由於黑線和白線的反射係數不同，可根據接收到的反射光強弱判斷是否到達黑線。考慮到環境光干擾主要是直流分量，如果採用帶有交流分量的控制調製訊號，則可大幅度減少外界干擾;另外，紅外發生管的最大工作電流取決於平均電流，如果使用占空比小的調製訊號，在平均電流不變的情況下，瞬時電流可以很大(50～100 ma)，這樣也大大提高訊雜比。設計採用紅外線光電反射感測器，鑑於車底盤低，採用近距離有效的光電感測器(lth1550)，是由高發射功率紅外廣電二極體和高靈敏度光電體管組成。檢測距離可調整範圍為4～15 mm;採用非接觸檢測方式。為了減少環境光的干擾，需要調整感測器的方位使環境光不能直接射到探測器。最佳探測距離為6～14 mm，在安裝時應與地面保持10 mm左右的距離。
2.4 測速、測距感測器
由於小車車輪較小，u型感測器適用於精度較高的場合，可以在車輪上加較多的黑線來滿足脈衝計數的精度要求。採用u型紅外光電感測器，在電機轉軸上加裝測速碼盤，可以在安裝好小齒輪後，將測速碼盤安放在小齒輪下，當作光電編碼盤，當電機轉動時，帶動碼盤轉動，利用紅外感測器對不同顏色的物體反射的光線強度的不同，改變接收管的導通和截止。用外部中斷對接收到的訊號進行計數。
u型感測器可以精確的計算出小車的里程。將碼盤固定於小車後輪上，將u型光電開關架於碼盤之上。電機旋軸轉動，帶動測速碼盤轉動，測速碼盤上刻有許多狹縫，碼盤轉動時發射光透過狹縫被接收元件接收，光電開關就會不斷地發生導通和截止。這樣在光電開關的輸出端就會得到脈衝，用計數器對接受到的訊號進行計數。
2.5 液晶顯示模組
系統主要需要顯示小車執行時間、里程等各個測量引數。採用lcd1602液晶顯示，用自帶中文字元庫的液晶顯示模組，顯示方便美觀，顯示資訊量大，顯示速度較快。採用串列埠通訊的顯示方式，可以大大節省微控制器的io口。
3 主電路工作原理分析
小車開始置於快速前行狀態，紅外感測器lth1550檢測地面黑線，訊號通過微控制器的p1.0傳回微處理器，經處理器判斷分析，根據到達不同的訊號，通過p1.4、p1.5輸出不同占空比的pwm波驅使電機，使小車置於不同的前行狀態，實現自動加速、限速、減速、剎車、倒車等功能。返回起跑線後微處理器從自身計時功能tbr取出行駛時間，在lcd1 602顯示，同時經u型感測器檢測的里程資訊經微控制器的p2.3傳回微處理器處理後在顯示器上顯示。
4 結束語
系統採用msp430f149與各種感測器組合控制不僅具有控制方便、系統電路簡單、靈活性強等特點，還通過c語言程式設計控制和pwm脈寬調變技術的結合，提高了對小車位置的控制精度，並且實現了低速段車速的恆速控制。
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