1、    基于MSP430的自主式移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)    基于MSP430的自主式移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)    類別：?jiǎn)纹瑱C(jī)/DSP                              

2、;  來源：國(guó)外電子元器件 作者：高榮山 張顏嶺    摘要：文章以MSP430系列單片機(jī)為核心，提出了一種輪式移動(dòng)機(jī)器人的軟硬件設(shè)計(jì)方案，闡述了其通過傳感器網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行避障、遍歷等自主控制，并實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與機(jī)間無線控制的方法。    關(guān)鍵詞：機(jī)器人；MSP430；PWM；232通訊 引言    自主式移動(dòng)機(jī)器人是指能根據(jù)任務(wù)及環(huán)境信息做出全局路徑規(guī)劃，可在行進(jìn)中不斷感知局部環(huán)境信息并自主作出決策，從而能夠安全行駛并到達(dá)目標(biāo)的智能系統(tǒng)。移動(dòng)機(jī)器人可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、國(guó)防以

3、及服務(wù)性行業(yè)。如自動(dòng)割草機(jī)、洗塵機(jī)器人、教育機(jī)器人等。本文以單片機(jī)為核心介紹了一種移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)雛形，該系統(tǒng)利用各種傳感器感知周圍環(huán)境，并在計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間實(shí)現(xiàn)無線通信，從而以無線方式控制移動(dòng)機(jī)器人。     是美國(guó)公司推出的位高性能系列單片機(jī)，其高效位精簡(jiǎn)指令結(jié)構(gòu)可以確保任務(wù)的快速執(zhí)行，大多數(shù)指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期里完成，且具有高級(jí)語言編程能力，配套友好方便的集成開發(fā)環(huán)境足可加速軟件的開發(fā)。由于采用了技術(shù)、 在線編程技術(shù)、- 等諸多先進(jìn)技術(shù)，因此具有很高的性價(jià)比，并有超低的功耗和豐富的片上外圍資源，很適合作為移動(dòng)設(shè)備的微控制器來用。 硬件結(jié)構(gòu)

4、60;   筆者選用的內(nèi)含可重復(fù)編程快閃存儲(chǔ)器、字節(jié)只讀存儲(chǔ)器（）、多通道脈寬調(diào)制計(jì)時(shí)器、看門狗計(jì)時(shí)器和通訊模塊等，采用腳封裝，因此易于進(jìn)行小型化設(shè)計(jì)。主要用來產(chǎn)生兩路信號(hào)，以對(duì)傳感器信息進(jìn)行處理。同時(shí)，筆者還選用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片來驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，并利用霍爾元件來檢測(cè)電機(jī)速度；此外還安裝了紅外避障和光敏傳感器以獲取環(huán)境信息，并利用語音電路來進(jìn)行交互，而通過微控制器的經(jīng)接口芯片后利用無線模塊可與機(jī)端的無線模塊進(jìn)行通訊。圖所示為其系統(tǒng)框圖。 脈寬調(diào)制    單片機(jī)的是一個(gè)非常有用的定時(shí)器，它可支持同時(shí)進(jìn)行的多種時(shí)序控制、多個(gè)捕獲比較功

5、能以及多種輸出波形，也可以支持上述功能的組合。這里用來產(chǎn)生兩路信號(hào)，并分別接的和，以用來控制兩個(gè)電機(jī)的起停、轉(zhuǎn)向及速度。定時(shí)器工作在增計(jì)數(shù)模式時(shí)，可由捕獲比較寄存器確定周期，而由和產(chǎn)生兩路信號(hào)。輸出單元選擇模式。改變和的值，即可改變信號(hào)的占空比，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。    的芯片電壓為，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓為可通過節(jié)的鋰電池提供，電壓經(jīng)整流橋后可由穩(wěn)壓器提供，的供電電壓可由穩(wěn)壓輸出。與單片機(jī)的連接圖如圖所示。 語音電路    語音電路采用秒的語音芯片來實(shí)現(xiàn)，該芯片有多種封裝，本設(shè)計(jì)采用小巧的封裝，它控制簡(jiǎn)單，其引腳為錄放控制

6、端，引腳為放音暫停控制端，為信號(hào)，這些-信號(hào)端可接單片機(jī)的口、，地址位的最高兩位和均為高時(shí)，地址模式輸入端為模式選擇，否則為地址輸入。在與連接時(shí)，、接.，接.，其余地址引腳接地，這樣就可方便地對(duì)進(jìn)行地址選段選擇或模式控制。     充電電路    充電電路采用無需控制器的智能快速充電器來實(shí)現(xiàn)，可對(duì)節(jié)鋰電池進(jìn)行充電，輸入電壓范圍在，電池充電電壓可通過引腳進(jìn)行設(shè)置，并通過外接電容設(shè)置預(yù)充和快充的充電時(shí)間，同時(shí)可通過來指示當(dāng)前的充電狀態(tài)。充電電源采用直流電源。 無線通信模塊    

7、考慮到自主機(jī)器人的特點(diǎn)，計(jì)算機(jī)與機(jī)器人的通信采用無線通信方式較為適宜。筆者選用微小型、低功耗、高速率、無線收發(fā)數(shù)傳芯片來完成計(jì)算機(jī)與機(jī)器的無線通信，該的工作頻率為國(guó)際通用的數(shù)傳頻段，采用調(diào)制，可連接到計(jì)算機(jī)接口。因?yàn)闆]有信號(hào)時(shí)，的串口會(huì)輸出隨機(jī)數(shù)據(jù)，因此需要定義一個(gè)簡(jiǎn)單的指令協(xié)議，設(shè)計(jì)時(shí)可加開始字符、校驗(yàn)位、結(jié)束標(biāo)志等，校驗(yàn)采用校驗(yàn)。傳輸協(xié)議定義為：    開始字符數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)位校驗(yàn)結(jié)束字符    在各種校驗(yàn)方法中，奇偶校驗(yàn)容易實(shí)現(xiàn)，但不太可靠，因其只能發(fā)現(xiàn)奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤；校驗(yàn)和不能發(fā)現(xiàn)次序錯(cuò)誤，相比之下，更可靠些。系統(tǒng)首

8、先生成多項(xiàng)式（）然后生成位校驗(yàn)數(shù)據(jù)。    中集成的高速通用同步異步收發(fā)器()可設(shè)置成用于或串行外設(shè)接口()中的任一模式，本例采用異步模式。 的與連接時(shí)，的和直接與單片機(jī)的和連接，計(jì)算機(jī)串口的和需經(jīng)電平轉(zhuǎn)換與相連。計(jì)算機(jī)端可采用 編寫程序，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、暫停及速度調(diào)節(jié)等基本控制。對(duì)于收發(fā)狀態(tài)的控制，單片機(jī)端可直接通過將一輸出口置或置來將無線收發(fā)模塊置于發(fā)射或接收狀態(tài)，而對(duì)計(jì)算機(jī)串口的控制則可通過內(nèi)控件的屬性來實(shí)現(xiàn)。 軟件設(shè)計(jì)    系統(tǒng)軟件根據(jù)任務(wù)不同一般會(huì)有所差別。本系統(tǒng)軟件在啟動(dòng)后先初

9、始化，然后通過紅外傳感器以及霍爾元件等傳感器將環(huán)境循環(huán)掃描一周。需指出的是，完成一周需要有傳感器信號(hào)來指示，然后才能遍歷實(shí)驗(yàn)環(huán)境，遍歷環(huán)境采用先橫向走遍整個(gè)環(huán)境，再縱向遍歷的方法。在無線控制信息時(shí)，系統(tǒng)將通過中斷進(jìn)行相應(yīng)處理。機(jī)器人還可以通過傳感器實(shí)現(xiàn)循跡（黑線）行走和尋找光源等功能。在端，用編的一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)器人控制界面可非常方便的設(shè)定機(jī)器人的平移速度和旋轉(zhuǎn)速度，實(shí)時(shí)控制機(jī)器人前行、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)以及運(yùn)動(dòng)停止等。    圖給出了單片機(jī)端的程序流程圖以及串行中斷子程序。 結(jié)束語    本文介紹了一種輪式移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)的程序和端的無線控制相對(duì)獨(dú)立，無線控制只是完成一些簡(jiǎn)單的動(dòng)作控制。在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步研究移動(dòng)機(jī)器人在未知環(huán)境中