智能電動車電路分析及源碼分享

功能介紹：

        本小車以MSP超低功耗單片機(jī)系列MSP430F149和MSP430FE425為核心，完成尋跡、檢測金屬、避障、尋光、測速等功能。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，對普通的小車作了改進(jìn)，即用一個(gè)萬用輪來代替兩個(gè)前輪，使小車的轉(zhuǎn)向更加靈敏。采用PWM 驅(qū)動芯片控制電機(jī)，紅外傳感器檢測黑線，金屬傳感器檢測鐵片，光敏器件檢測光強(qiáng)，紅外 LED 和一體化接收頭來避障。

方案描述：

【系統(tǒng)框圖】 

本系統(tǒng)以 MSP430F149 和 MSP430F425 為控制核心。整個(gè)硬件框圖如下圖所示：

【主控模塊】 

        MSP430 系列單片機(jī)是美國TI公司1996 年開始推向市場的一種 16 位的超低功耗的混合信號處理器。其之所以稱之為混合信號處理器，主要是由于其針對實(shí)際應(yīng)用需求，把許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個(gè)芯片上，以提供“單片”解決方案。MSP430 單片機(jī)更適合于低功耗、高速實(shí)時(shí)控制以及數(shù)據(jù)計(jì)算，它擁有更多的片上資源供設(shè)計(jì)使用，是設(shè)計(jì)的不錯選擇。 由于本小車實(shí)現(xiàn)功能較多， 因此我們選擇了 MSP430F149 和 MSP430FE425為雙核心的系統(tǒng)。通過編寫通信協(xié)議，完成其之間的串行通信。 其中MSP430F149 主要完成電機(jī)驅(qū)動、尋跡、避障、尋光等功能，MSP430FE425 主要完成金屬檢測、測速、液晶顯示等功能。

【電機(jī)驅(qū)動模塊】 

       電機(jī)的驅(qū)動芯片選用 L298N 作為驅(qū)動芯片。工作穩(wěn)定電機(jī)驅(qū)動信號由單片機(jī)提供，信號經(jīng)過光耦隔離后，傳至 PWM 控制芯片 L298N，通過 L298N 的輸出腳與兩個(gè)電機(jī)相連。 

【尋跡模塊】 

        當(dāng)小車在白色地面行駛時(shí)，裝在車下的紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線信號，經(jīng)白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信號，輸出端將輸出低電平；當(dāng)小車行駛到黑線時(shí)，紅外線信號被黑色吸收后，將輸出高電平，從而實(shí)現(xiàn)了通過紅線檢測信號的功能。將檢測到的信號送到單片機(jī)的 I/O 口，當(dāng) I/O 口檢測到的信號為高電平時(shí)，表明紅外光被地上的黑線吸收了，表明小車處在黑色的引線上；同理，當(dāng) I/O 口檢測到的信號為低電平時(shí)，表明小車行駛在白色地面上。反射式紅外傳感器 ST188 采用高發(fā)射功率紅外廣電二極管和高靈敏度光電晶體管組成。檢測距離可調(diào)整范圍為 4－15mm；采用非接觸檢測方式。

【金屬檢測模塊】 

采用市售的接近開關(guān)，無信號時(shí)，探頭輸出高電平。檢測到金屬時(shí)，電平跳變?yōu)榈?，單片機(jī)再進(jìn)行相應(yīng)處理。相應(yīng)金屬傳感器型號為 LJ18A3 型。

【尋光避障模塊】 

尋光避障模塊均設(shè)計(jì)為環(huán)狀傳感器結(jié)構(gòu)，共排布若干個(gè)傳感器組，每個(gè)傳感器組包含紅外收發(fā)模塊和光敏電阻。

【光源檢測模塊】

         光敏電阻A組到E組從不同方向采光，每個(gè)光敏電阻的電壓信號進(jìn)入單片機(jī)片內(nèi)ADC，利用F149系列內(nèi)置的ADC12模塊，實(shí)現(xiàn)了對五個(gè)方向光強(qiáng)的采集。由ADC的值，判斷光強(qiáng)不同來確定小車的趨光方向；同理，可設(shè)定一個(gè)閾值比較，得出一開關(guān)信號調(diào)節(jié)最終小車停在車庫內(nèi)。 避障模塊，利用單片機(jī)定時(shí)器發(fā)出可調(diào)制的 38KHz 紅外線，利用一體化接收頭判斷，再由小車執(zhí)行相應(yīng)的避障動作。

【測距和顯示模塊】 

利用磁鋼和干簧管，在車輪上均勻粘貼若干磁鋼。每當(dāng)車輪上磁鋼轉(zhuǎn)動至干簧管處，單片機(jī)進(jìn)行一次計(jì)數(shù)，結(jié)合車輪半徑就能求出小車行進(jìn)距離。

顯示模塊采用段碼液晶來實(shí)現(xiàn)， FE425 上有專門的液晶接口， 可以很方便地實(shí)現(xiàn)電路。液晶采用 4-MUX 輸入方式的 7 位半段碼液晶。

智能電動車電路主控板截圖：