自動(dòng)避障小車

上傳人:仙*** 文檔編號(hào):35008207 上傳時(shí)間:2021-10-25 格式:DOC 頁(yè)數(shù):9 大?。?0.50KB
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1、如果您需要使用本文檔,請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載! 摘要 設(shè)計(jì)并制作了一輛可遠(yuǎn)距離遙控的小車。車體以TI公司Stellaris Cortex-M3系列單片機(jī)LM3S615為控制核心,配合步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)、紅外傳感器、zigbee無(wú)線通信模塊,實(shí)現(xiàn)小車行走、自動(dòng)避障、遠(yuǎn)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(jī),配合電容觸摸板和zigbee無(wú)線通信模塊,實(shí)現(xiàn)了對(duì)小車的遠(yuǎn)距離全方位控制。 實(shí)際測(cè)試表明,遙控小車的有效控制距離超過(guò)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; Zi

2、gbee 1. 設(shè)計(jì)功能思想: 要設(shè)計(jì)的是一個(gè)可以遠(yuǎn)距離遙控,靈活快速運(yùn)動(dòng)的遙控小車。同時(shí)為了防止小車在遙控運(yùn)動(dòng)時(shí)意外撞到障礙物后發(fā)生損壞,所以給小車增加自動(dòng)避障功能。小車在無(wú)障礙物時(shí)按遙控指令行進(jìn),遇到障礙物時(shí),優(yōu)先執(zhí)行避障程序。主要涉及內(nèi)容包括: (1) 對(duì)小車運(yùn)動(dòng)電機(jī)的控制 (2) 對(duì)紅外傳感器的信息讀取及檢測(cè)距離控制 (3) 控制器控制臺(tái)的選取及其驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì) (4) 無(wú)線通信協(xié)議,命令收發(fā)的軟件設(shè)計(jì) 2. 系統(tǒng)方案 (1) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖: 圖1為系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖。 1 / 91 如果您需要使用本文檔,請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載! MSP430G2452處理器 觸摸

3、板 (控制小車任意轉(zhuǎn)向及運(yùn)動(dòng)) 觸摸信號(hào) 控制命令傳輸 ZM2410P0無(wú)線模塊 ZM2410P0無(wú)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(wú)線信號(hào)傳輸 圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 (2) 其中使用的關(guān)鍵算法: (a)控制器部分,待機(jī)狀態(tài)下,且設(shè)置了8.3秒自啟動(dòng)的算法。并且通過(guò)軟件模擬UART,實(shí)現(xiàn)了命令的準(zhǔn)確發(fā)送。 (b)小車部分, 5個(gè)紅外傳感器,由M3內(nèi)部硬件集成的PWM控制,由5個(gè)GPIO單獨(dú)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(jìn)電機(jī)和紅外傳感器)、無(wú)線模塊。 (1

4、) 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(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載! 圖2為電容觸摸板,型號(hào)為430BOST SENSE1。電容觸摸板是一種無(wú)損耗按鍵,操作界面美觀,作為遙控器的控制臺(tái)。 圖3 MSP-EXP430G2 LaunchPad 圖3為TI公司MSP430G2系列開發(fā)板,所用單片機(jī)位MSP430G2452。G2板作為遙控器的處理器,實(shí)現(xiàn)對(duì)觸摸信號(hào)的處理和無(wú)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(jī)LM3S615為控制核心。結(jié)合高性能的無(wú)線模

5、塊,改裝成遠(yuǎn)距離遙控的小車。 圖5 無(wú)線模塊 圖5為 Zigbee無(wú)線通信模塊,型號(hào):ZM2410P0。 4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) (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(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載! 開始 初始化觸摸板及‘UART’定時(shí)器 定時(shí)8.3s,進(jìn)入低功耗待機(jī),等待觸摸 定時(shí)時(shí)間>8.3s? ‘UART’發(fā)送命令 Y N 觸摸中斷喚醒,并關(guān)閉8.3s定時(shí)器 開始 初始化電機(jī)、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(zhǔn)確運(yùn)動(dòng) 繼續(xù)完成運(yùn)動(dòng) N Y 2)小車 1)控制器

6、 圖6 軟件流程圖 (2) 軟件設(shè)計(jì)概述: (a) 電容觸摸板信號(hào)的讀取。采用捕獲中斷方式來(lái)識(shí)別觸摸信號(hào),并且設(shè)計(jì)了判別誤動(dòng)作的消抖算法,使控制更可靠。 (b) 按鍵中斷掃描。通過(guò)軟件設(shè)計(jì),對(duì)每個(gè)按鍵的中斷狀態(tài)快速掃描,提高了觸摸板信號(hào)的識(shí)別速度。 (c) 遙控器通信部分。在MSP430G2452上用定時(shí)器虛擬了‘UART’通信協(xié)議,設(shè)置了同步波特率,實(shí)現(xiàn)了與Zigbee無(wú)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(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載! (d) Zigbee模塊部分。對(duì)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(zhǔn)確地?zé)o線傳

7、輸環(huán)節(jié)。 (e) 步進(jìn)電機(jī)控制部分。使用LM3S615內(nèi)部?jī)蓚€(gè)32位定時(shí)器,實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的“半步驅(qū)動(dòng)”控制,步進(jìn)角度為3.75度。 (f) 調(diào)制紅外探測(cè)器。使用LM3S615的兩個(gè)硬件PWM模塊來(lái)完成對(duì)5個(gè)調(diào)制紅外探測(cè)器的驅(qū)動(dòng)。通過(guò)改變PWM的頻率,可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同距離障礙物的檢測(cè)。 (g) 小車通信部分。利用LM3S615內(nèi)部UART模塊實(shí)現(xiàn)了與Zigbee無(wú)線模塊硬件的串行通信。 5. 系統(tǒng)創(chuàng)新 (1) 實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離遙控小車,快速靈活運(yùn)動(dòng),并自動(dòng)避障。 (2) 充分利用MSP430G2板載資源,實(shí)現(xiàn)了方便快捷的人機(jī)交互。 (3) 將兩塊ZM2410P0模塊來(lái)進(jìn)行MSP430G2

8、452和LM3S615兩塊處理器之間的無(wú)線通訊,通訊控制距離達(dá)到500米。 6. 評(píng)測(cè)與結(jié)論 實(shí)際測(cè)試:(效果見(jiàn)作品視頻) (1) 檢測(cè)小車對(duì)無(wú)線控制的響應(yīng): 經(jīng)實(shí)測(cè),小車可做到快速的響應(yīng)控制器信號(hào)和障礙信號(hào)。燒寫入M3測(cè)試程序后,小車可在障礙物之間快速流暢穿梭,無(wú)碰撞發(fā)生。 (2) 待機(jī)8.3s自啟動(dòng)檢測(cè): 實(shí)測(cè)可看到,控制器待機(jī)狀態(tài)下每8.3s自啟動(dòng)一次,經(jīng)多次測(cè)試,準(zhǔn)確無(wú)誤。 (3) 小車8個(gè)方向轉(zhuǎn)向測(cè)試: 5 / 95 如果您需要使用本文檔,請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載! 6 / 96 如果您需要使用本文檔,請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載! 左轉(zhuǎn)45 右轉(zhuǎn)45 左

9、轉(zhuǎn)90 右轉(zhuǎn)90 左轉(zhuǎn)135 右轉(zhuǎn)135 實(shí)測(cè)可見(jiàn),小車在接受控制器的命令后,可準(zhǔn)確地完成八個(gè)方向控制命令。(上下兩幅分別為8.3s自啟動(dòng)和后轉(zhuǎn)180動(dòng)態(tài)過(guò)程) (4) 小車前方5個(gè)紅外傳感器檢測(cè)障礙,并作出相應(yīng)避障運(yùn)動(dòng)測(cè)試: 表1為程序預(yù)設(shè)的避障指令和實(shí)測(cè)的避障運(yùn)動(dòng)對(duì)照表。 表1 避障指令測(cè)試表 測(cè)試傳感器 預(yù)設(shè)避障指令 實(shí)測(cè)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(shí)測(cè),小車可以做到自動(dòng)準(zhǔn)確避障,動(dòng)作靈活快速可靠。 (

10、5) 整體運(yùn)動(dòng)測(cè)試: 經(jīng)測(cè)試,小車接收到“前進(jìn)”命令后,快速加速啟動(dòng)并前進(jìn)控制的距離。當(dāng)前方遇到障礙時(shí),會(huì)立刻終止當(dāng)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(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載! 在運(yùn)動(dòng)中,當(dāng)其他方位遇到障礙時(shí),小車也會(huì)立刻調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)!然后等待控制器命令。 (6) 遙控距離測(cè)試: 測(cè)試Zigbee模塊通信距離的方法如下:兩個(gè)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(jī)報(bào)告遙控操作和小車實(shí)際動(dòng)作。結(jié)果表明,小車準(zhǔn)確完成了所有待測(cè)動(dòng)作,證明遙控距離可達(dá)500米以上。受無(wú)障礙場(chǎng)地條件限制,極限通信距離未作測(cè)試。 (7) 控制觸

11、摸板靈敏度測(cè)試: 當(dāng)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(shí)立刻做出相應(yīng)的動(dòng)作反應(yīng),控制臺(tái)靈敏、美觀。 7. 總結(jié) 小車使用了TI公司的兩種主要單片機(jī)Stellaris Cortex-M3和MSP430單片機(jī)為控制核心,結(jié)合業(yè)界先進(jìn)的Zigbee無(wú)線通信技術(shù),實(shí)現(xiàn)了精確的遠(yuǎn)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(jī)構(gòu)架,掌握Z(yǔ)igbee無(wú)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(shí)現(xiàn)小型“探測(cè)機(jī)器人”的實(shí)用功能。 最后,非常感謝TI公司和周立功公司對(duì)我們學(xué)校創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)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(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載! (注:可編輯下載,若有不當(dāng)之處,請(qǐng)指正,謝謝!) 9 / 99

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