如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!摘要設(shè)計并制作了一輛可遠距離遙控的小車。車體以TI公司Stellaris Cortex-M3系列單片機LM3S615為控制核心，配合步進電機系統(tǒng)、紅外傳感器、zigbee無線通信模塊，實現(xiàn)小車行走、自動避障、遠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，配合電容觸摸板和zigbee無線通信模塊，實現(xiàn)了對小車的遠距離全方位控制。實際測試表明，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)計功能思想:要設(shè)計的是一個可以遠距離遙控，靈活快速運動的遙控小車。同時為了防止小車在遙控運動時意外撞到障礙物后發(fā)生損壞，所以給小車增加自動避障功能。小車在無障礙物時按遙控指令行進，遇到障礙物時，優(yōu)先執(zhí)行避障程序。主要涉及內(nèi)容包括：（1） 對小車運動電機的控制（2） 對紅外傳感器的信息讀取及檢測距離控制（3） 控制器控制臺的選取及其驅(qū)動軟件設(shè)計（4） 無線通信協(xié)議，命令收發(fā)的軟件設(shè)計2. 系統(tǒng)方案 （1） 系統(tǒng)設(shè)計框圖：圖1為系統(tǒng)設(shè)計框圖。1 / 91如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!MSP430G2452處理器觸摸板（控制小車任意轉(zhuǎn)向及運動）觸摸信號控制命令傳輸ZM2410P0無線模塊ZM2410P0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傳輸圖1 系統(tǒng)設(shè)計框圖（2） 其中使用的關(guān)鍵算法：（a）控制器部分，待機狀態(tài)下，且設(shè)置了8.3秒自啟動的算法。并且通過軟件模擬UART，實現(xiàn)了命令的準確發(fā)送。（b）小車部分， 5個紅外傳感器，由M3內(nèi)部硬件集成的PWM控制，由5個GPIO單獨讀取障礙信息3. 硬件清單系統(tǒng)硬件：控制器、小車（帶有步進電機和紅外傳感器）、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，請點擊下載按鈕下載!圖2為電容觸摸板，型號為430BOST SENSE1。電容觸摸板是一種無損耗按鍵，操作界面美觀，作為遙控器的控制臺。圖3 MSP-EXP430G2 LaunchPad圖3為TI公司MSP430G2系列開發(fā)板，所用單片機位MSP430G2452。G2板作為遙控器的處理器，實現(xiàn)對觸摸信號的處理和無線通信。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LM3S615為控制核心。結(jié)合高性能的無線模塊，改裝成遠距離遙控的小車。圖5 無線模塊圖5為 Zigbee無線通信模塊，型號：ZM2410P0。4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計（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，請點擊下載按鈕下載!開始初始化觸摸板及UART定時器定時8.3s，進入低功耗待機，等待觸摸定時時間>8.3s?UART發(fā)送命令YN觸摸中斷喚醒，并關(guān)閉8.3s定時器開始初始化電機、紅外傳感器及其UART等待控制命令和障礙信息遇到障礙？控制小車準確運動繼續(xù)完成運動NY2）小車1）控制器圖6 軟件流程圖（2） 軟件設(shè)計概述：（a） 電容觸摸板信號的讀取。采用捕獲中斷方式來識別觸摸信號，并且設(shè)計了判別誤動作的消抖算法，使控制更可靠。（b） 按鍵中斷掃描。通過軟件設(shè)計，對每個按鍵的中斷狀態(tài)快速掃描，提高了觸摸板信號的識別速度。（c） 遙控器通信部分。在MSP430G2452上用定時器虛擬了UART通信協(xié)議，設(shè)置了同步波特率，實現(xiàn)了與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，請點擊下載按鈕下載!（d） Zigbee模塊部分。對ZM2410P0模塊波特率的設(shè)定和收發(fā)狀態(tài)的初始化，完成可靠準確地?zé)o線傳輸環(huán)節(jié)。（e） 步進電機控制部分。使用LM3S615內(nèi)部兩個32位定時器，實現(xiàn)對步進電機的“半步驅(qū)動”控制，步進角度為3.75度。（f） 調(diào)制紅外探測器。使用LM3S615的兩個硬件PWM模塊來完成對5個調(diào)制紅外探測器的驅(qū)動。通過改變PWM的頻率，可實現(xiàn)對不同距離障礙物的檢測。（g） 小車通信部分。利用LM3S615內(nèi)部UART模塊實現(xiàn)了與Zigbee無線模塊硬件的串行通信。5. 系統(tǒng)創(chuàng)新（1） 實現(xiàn)了遠距離遙控小車，快速靈活運動，并自動避障。（2） 充分利用MSP430G2板載資源，實現(xiàn)了方便快捷的人機交互。（3） 將兩塊ZM2410P0模塊來進行MSP430G2452和LM3S615兩塊處理器之間的無線通訊，通訊控制距離達到500米。6. 評測與結(jié)論實際測試：（效果見作品視頻）（1） 檢測小車對無線控制的響應(yīng)：經(jīng)實測，小車可做到快速的響應(yīng)控制器信號和障礙信號。燒寫入M3測試程序后，小車可在障礙物之間快速流暢穿梭，無碰撞發(fā)生。（2） 待機8.3s自啟動檢測：實測可看到，控制器待機狀態(tài)下每8.3s自啟動一次，經(jīng)多次測試，準確無誤。（3） 小車8個方向轉(zhuǎn)向測試：5 / 95如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!6 / 96如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!左轉(zhuǎn)45 右轉(zhuǎn)45左轉(zhuǎn)90 右轉(zhuǎn)90左轉(zhuǎn)135 右轉(zhuǎn)135實測可見，小車在接受控制器的命令后，可準確地完成八個方向控制命令。（上下兩幅分別為8.3s自啟動和后轉(zhuǎn)180動態(tài)過程）（4） 小車前方5個紅外傳感器檢測障礙，并作出相應(yīng)避障運動測試：表1為程序預(yù)設(shè)的避障指令和實測的避障運動對照表。表1 避障指令測試表測試傳感器預(yù)設(shè)避障指令實測結(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)實測，小車可以做到自動準確避障，動作靈活快速可靠。（5） 整體運動測試：經(jīng)測試，小車接收到“前進”命令后，快速加速啟動并前進控制的距離。當前方遇到障礙時，會立刻終止當前控制器命令，并后退然后后轉(zhuǎn)180度。7 / 97如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!在運動中，當其他方位遇到障礙時，小車也會立刻調(diào)整運行狀態(tài)！然后等待控制器命令。（6） 遙控距離測試：測試Zigbee模塊通信距離的方法如下：兩個人間隔500米，一人手持遙控器，另一人站在小車周圍。兩人使用手機報告遙控操作和小車實際動作。結(jié)果表明，小車準確完成了所有待測動作，證明遙控距離可達500米以上。受無障礙場地條件限制，極限通信距離未作測試。（7） 控制觸摸板靈敏度測試：當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，小車同時立刻做出相應(yīng)的動作反應(yīng)，控制臺靈敏、美觀。7. 總結(jié)小車使用了TI公司的兩種主要單片機Stellaris Cortex-M3和MSP430單片機為控制核心，結(jié)合業(yè)界先進的Zigbee無線通信技術(shù)，實現(xiàn)了精確的遠距離遙控控制。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，則小車可實現(xiàn)小型“探測機器人”的實用功能。最后，非常感謝TI公司和周立功公司對我們學(xué)校創(chuàng)新實驗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，請點擊下載按鈕下載! （注：可編輯下載，若有不當之處，請指正，謝謝!） 9 / 99