电子设计竞赛报告简易小车.docx

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1、文章目录题目要求一、硬件设计二、理论分析与计算三、电路与程序设计四、测试方案与测试结果五、项目展示1.任务利用TI的MSP430/MSP432平台，设计制作一个四轮电动小车。要求小车能沿着指定路线在坡道上自动循迹骑线行驶。小车必须独立运行，车外不能使用任何设备（包括电源）。小车（含电池）重量小于1.5kg，外形尺寸在地面投影不大于25cm25cm。坡道用长、宽约1m的细木工板制作，允许板上有木质本色及自然木纹。木工板表面铺设画有1cm1cm黑白间隔的纸条（以下简称为标记线）作为路线指示；标记线起始段为直线，平行于木板两边；标记线在坡顶转向90，转弯半径20cm；标记线平行坡顶距离30cm，距坡

2、顶距离20cm；标记线总长度为1m。停车标记为宽1cm长5cm的黑色线条，垂直于坡顶标记线。小车坡度角示意及行驶线路顶视图如图1所示。2.要求（1）坡度角=0，电动小车能够沿标记线自动骑线行驶，在停车点停车；小车上标记点到停车标记中心线的垂直距离误差2cm。停车时立即发出声音提示。小车行驶过程中，其地面投影不得脱离标记线。 （15分）（2）在完成（1）的基础上，电动小车能够设定行驶时间，自动控制小车匀速通过1米长的线路，在停车点停车。行驶时间可在10s20s间设定。误差绝对值1s。行驶过程中不得碾压、脱离标记线。时间误差每超过1s扣1分。 （20分）（3）坡度角=10，完成要求（2）的动作。

3、（20分）（4）可任意指定坡度角在1130，完成要求（2）的动作。 （20分）（5）在完成（4）后，尽量增加坡度角，完成要求（2）动作。 （20分）（6）其他。 （5分）设计报告：项 目主要内容满分方案论证比较与选择，方案描述3理论分析与计算系统相关参数设计5电路与程序设计系统组成，原理框图与各部分的电路图，系统软件与流程图5测试方案与测试结果测试结果完整性，测试结果分析5设计报告结构及规范性摘要，正文结构规范，图表的完整与准确性。2总分203.说明（1）本题目必须使用指定的MSP430/MSP432平台。并将该平台置于显著位置便于评测。不得另外使用其它CPU控制芯片。（2）不得采用履带小车及

4、带刺轮胎。小车轮胎采用橡胶塑料等柔性材质，不得在其表面涂抹粘性物质等。行驶路面不得铺设除标记线外的任何材料。小车全程在木工板上行驶。（3）小车设定模式后自动行驶，中途不得人工介入控制。在要求（2）（5）的测试中，小车应匀速行驶。停顿、打滑、碾压标记线每次扣除2分。（4）小车标记点：小车到达停车线的标记点自定，并在行驶前明确标记在车体上，以便测量。（5）所有测试中，行驶过程时间超过30s、小车投影脱离标记线或停车误差超过2cm，均视为失败。（6）要求（5）中最大角度的测试，由选手自己选定。（7）每项测试过程允许测试两次，取最好成绩。坡度角可以用安卓手机上的“指南针”APP软件测量。一、硬件设计M

5、SP430f149开发板作为电动小车的核心控制，对于小车的轮胎，我们选用的是橡胶轮胎，增大摩擦力，使小车爬坡能力更强，坡度更高的坡道也能稳定的行驶。对于小车在1cm1cm黑白间隔的纸条上寻迹的问题，我们在车头设计了两排红外对管，每排4个，这样它可以更有效的沿着黑白纸条行驶，实现直行和转弯以及停止的功能。使用7针的OLED来显示小车行驶的路程、速度、时间等数据。使用低转速的编码电机，低转速的电机更稳定，爬坡力气更大利用msp430的PWM驱动，使用PID速度算法，编码电机的霍尔传感器可以时刻将速度反馈给msp430芯片，达到精确控制电机的效果。系统设计框图：（一）主控芯片选择根据题目要求，可以选

6、择MSP430单片机或MSP432单片机。对于控制系统的选择，通过与组员以及导师的探讨。MSP430 : 1、经济: 16位MSP430微控制器（MCU）经济实惠。2、功耗: MSP430 单片机可作为低功耗嵌入式设备使用，其静态电流可小于1微安。MSP430 系列单片机的 CPU 的最高频率为 25 MHz，但也可以降低频率以降低功耗。MSP430 有6种不同的低功耗模式，在不同的模式下可以禁用不需要的时钟或 CPU。此外，MSP430 还可在1微秒内被唤醒，这可使它在睡眠模式下可以维持更长的时间，让其平均功耗最小化。3、外设: 内部振荡器、定时器、PWM、看门狗、UART、SPI、IC、1

7、0/12/14/16/24 位 ADC，以及掉电复位电路等，外设非常齐全。4、功能: MSP430 系列单片机采用矢量中断，支持十多个中断源，并可以任意嵌套。用中断请求将 CPU 唤醒只要 6us，通过合理编程，既以降低系统功耗，又可以对外部事件请求作出快速响应。基于上述考虑，MSP430价格相对于MSP432便宜许多，而且完全可以实现该题目小车的所有功能。所有我们选择MSP430单片机。（一）红外传感器设计使用8路红外对管反馈给芯片小车的路线情况，控制小车准确的行驶在轨道上和停车功能，到达停车线时控制蜂鸣器发出声音。集成式红外探头。可以采用集成断续式光电开关探测器，它具有集成度高、工作性能可

8、靠的优点，只须调节探头上的一个旋钮即可以控制探头的灵敏度。此种探头还能有效地防止普通光源（如日光灯等）的干扰。（二）电机选择方案一：直流电机：起动和调速性能好，可以通过PWM调速，过载能力较强，受电磁干扰影响小;方案二：编码电机：起动和调速性好，PWM调速，过载能力较强，受电磁场干扰小；自身带有编码器，可以通过PID反馈给控制器电机的运行状态。基于上述考虑，为了提高时间、速度、以及停止位置的精度，所以我们采用方案二。使用霍尔编码电机实时检测小车速度，使用PID负反馈调节速度保持上下坡速度也能保持匀速，控制小车在规定的时间内完成路线。电机驱动采用298即可（三）显示屏模块选择方案一：采用LCD1

9、2864，尺寸做的比较大，可视角度低，工作温度范围较窄，工作寿命较短，重量比较大。方案二：采用OLED，尺寸较小，可视角度好，工作温度范围比LCD12864宽一些，工作寿命长。基于上述考虑，为了使小车外形更美观，达到题目要求的重量，所以我们使用OLED。（四）电源选择方案一：使用圆柱形充电电池组，这种电池容量比较小，电压低，占据空间大，重量较重，价格比较便宜。方案二：使用12V聚合物锂电池，这种电池容量大，电压稳定，占据空间相对较小，重量相对较轻，价格相对较贵。基于上述考虑，为了使小车的电压更加稳定，所以我使用12V聚合物锂电池。二、理论分析与计算2.1 供电系统分析:失败例子，首先我们使用1

10、2V聚合物锂电池给两个电机驱动（L298N）供电，有L298N引出5V的电源输入到MSP430单片机，测了一段时间L298N被烧坏。后来经过一系列测试，最后发现，是因为单片机、OLED、以及8路红外的供电线路全都是L298N引出的5V电源，这样导致电机驱动模块（L298N）电流过载，被烧坏。优化方案，使用12V聚合物锂电池给两个电机驱动（L298N）供电，将12V电源再分一路给降压模块（LM2596S）调节降压模块上的电位器，使降压模块的输出电压位5V，然后使用降压模块降下来的电压给单片机、8路红外、OLED等供电。经过反复测试，这样的供电系统没有任何问题。2.2 PID计算速度编码器是一种将

11、角位移或者角速度转换成一连串电数字脉冲的旋转式传感器，我们可以通过编码器测量到底位移或者速度信息。编码器从输出数据类型上分，可以分为增量式编码器和绝对式编码器。从编码器检测原理上来分，还可以分为光学式、磁式、感应式、电容式。常见的是光电编码器（光学式）和霍尔编码器（磁式）。这里使用增量式输出的霍尔编码器。编码器有 AB 相输出，所以不仅可以测速，还可以辨别转向。根据上图的接线说明可以看到，我们只需给编码器电源5V 供电，在电机转动的时候即可通过 AB 相输出方波信号。编码器自带了上拉电阻，所以无需外部上拉，可以直接连接到单片机IO读取。2.3 小车爬坡受力分析与计算根据理想情况条件，忽略空气阻

12、力。设小车的质量为m，重力加速度为g，系统的初始时刻t=0，与斜坡形成的角度为，在标记线的初始位置为坐标原点建立直角坐标系，水平方向为x轴方向。如下图所示：三、电路与程序设计（一）系统组成组成电动小车的系统分为以下几个部分：1）MSP430F149开发板2）8路红外对管3）两个电机驱动模块（L298N）4）12V聚合物锂电池5）降压模块（LM2596S）6）4路编码电机7）小车框架（二）原理框图与各部分的电路图（三）程序设计由于代码过长只展示部分程序/*-/项目：坡道行驶电动小车，寻迹小车/作者：化作尘/时间：2020年10月13日17点51分/版本：v1.0/邮箱：2809786963/cs

13、dn: 化作尘/bilibili: 化作尘my-*/#include msp430.h#include car.c#include oled.h#include oled.c#include oledfont.h#include gpio.hdouble X_1,X_2,X_3,X_4,V_1,V_2,V_3,V_4;/mm msdouble x1,x2,x3,x4,s1,s2,s3,s4;char flag=0;uchar data=0;int n=0;int va=15,vr=0;int time=10;int go = 0;#include PID.hvoid PIDOUT_qian()

14、;void PIDOUT_hou();void PIDOUT_zuo();void PIDOUT_you();void display();void UART_Init();void Send_Byte(unsigned char);void Print_Str(unsigned char*);void Set_temp(float ,float ,float, float);void PIDOUT_left();void PIDOUT_right();void Tim_init();void interrupt(void);void main(void)Sysclk_init();/系统时钟

15、初始化Tim_init();/定时器捕获与pwm初始化interrupt();/外部中断 初始化OLED_Init();/初始化OLED IO_init();/电机初始化P3DIR |= BIT5;/初始化蜂鸣器P3OUT &= BIT5;OLED_Clear();/清屏函数 /OLED_ShowCHinese(0,0,0);/显示汉字 x y 第几个汉字OLED_ShowString(4,4,speed: );/速度OLED_ShowString(4,6,dista: );/等待go按键按下while(!go)display();/oled显示va = 150/time; while(1)

16、display(); /显示PID_calc();/PID计算/自动循迹实现if(vr = 0) | (vr = 50/time) | (vr = -50/time) | (vr = 150/time)/如果是左3个传感器PIDOUT_qian();/pwm输出 Set_temp(va-vr,va-vr,va+vr,va+vr);/设置速度else if(vr = -150/time)/如果是右传感器PIDOUT_zuo();/pwm输出 Set_temp(va-vr,va-vr,3,6);/设置速度if(go = 0)/中断发生停止信号P3OUT |= BIT5;delayms(600);/

17、蜂鸣器P3OUT &= BIT5;delayms(600);P3OUT |= BIT5;delayms(600);P3OUT &= BIT5;delayms(600);P3OUT |= BIT5;delayms(600);P3OUT &= BIT5;delayms(600);while(1);/停止四、测试方案与测试结果4.1测试条件及仪器测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。测试仪器：电动小车，木板。4.2测试方案及结果分析表5： 动力小车坡度测试次数最大误差（cm）/(度)最小误差（cm）平均误差（cm）0度10100.5030度1020140度10211.5综上所述，对系统各部分进行校准和精密处理后，。系统精度和稳定性都有很大的提高。结合上述测试数据，系统完全符合要求，误差在允许范围内，实现全部功能，有些指标还很高精度。由此可以得出以下结论：本设计达到设计要求。五、项目展示