智能小车涉及到高档核算机操控、电子机械、主动化等许多学科，跟着科技的不断进步，智能电子产品开展过程不断加速，各种运用层次的机器人等大量出现，现在运用在智能小车或机器人的微操控器首要是8/16单片机或ARM和数字信号处理器DSP等。本规划选用TI公司出产的功耗低运转速度快且价格便宜的MSP430F2274为中心，避障检测选用测距精准的超声波传感器，该传感器收集小车周围的环境信息并传递给MSP430进行程序判别处理，然后抵达操控小车主动避障的意图。
1 体系的整体结构框图
该体系首要由MSP430操控器，超声波避障模块，电机驱动，测速，语音模块，温度模块，小车的机械运动部分选用四轮差速转向式结构，前2个轮是驱动轮，别离由电机操控其运动，后两轮为随动轮。选用MSP430F2274单片机作为主操控单元，小车装有超声波模块来担任勘探障碍物，做出避障决议计划。在小车的驱动轮上装有光电编码器对小车进行测速。为消除温度对测距的影响，运用温度传感器模块时间检测小车周围的温度状况并批改。在小车上安装语音播报功能模块，能知道小车的方位和运转状况，整体结构框图如图1所示。
图1 体系的整体框图
2 智能小车的硬件规划
2.1 主控芯片
该规划是以MSP430F2274单片机为操控的中心部件。MSP430是一款16位的超低功耗单片机，选用了精简指令集（RISC）结构，具有丰厚的寻址方法，片内资源丰厚，处理才能强壮、体系作业安稳，首要是它具有多路PWM输出，以作为该规划电机操控的有利资源，体系主控规划图如图2所示。
图2 体系主控规划图
2.2 超声波模块
此刻可得到是否避障的间隔为s=vt/2。
2.3 测温文电源模块
为了使核算的间隔更准确而不受温度影响，该规划中参加了DS18B20温度传感器接在I/OP4.6上，实时检测机器人周围环境的温度T（T的值要准确到小数点后3位），以批改声速的传达公式V，然后进步测距的准确度。因为MSP430作业电压最大是3.3 V，电机驱动选用12 V电压，测速模块和超声波模块选用5 V电压，所以选用LM7812、LM7805和LM1117组成稳压电路。
2.4 语音模块
语音电路选用ISD2560芯片为中心器材，结合外围电路与单片机接口衔接，进行分段寻址，剖析所丈量数据，并规划出语音元素，包含前方、左前方、右前方、后方、厘米等语音元素，然后别离录制好语音元素，把这些信息存储在ISD2560的存储器单元内，丈量的数据经过软件处理后，单片机发送语音地址和音控指令，经过和存储在ISD2560内的地址数据匹配，然后由语音电路经过扬声器播出丈量数据的成果。语音芯片的地址码接口A4、A5、A6、A7、A8别离接在I/OP2.2、I/OP3.0、I/OP3.1、I/OP3.2、I/OP3.3。
2.5 电机驱动模块
电机驱动模块是智能车的重要组成部分，它和电机一起组成智能小车的运动操控体系。该规划的驱动轮是由2个M1和M2沟通永磁同步电机，因而选用的电机驱动器是高电压大电流高功率的L298N双H桥集成电路，L289N可以驱动两个电机，经过操控输入端IN1-IN4信号，来操控H桥的通断，使得电机构成正回转或中止，经过操控L298N的使能端EnA、EnB，选用技能老练的PWM调速原理来操控电机的转速，然后抵达操控小车运转的快慢和转向的意图。为了防止在启停电机的瞬间所构成的反响电流损坏L298N，因而在L298N输出端与电机之间参加8个二极管构成续流抵达保护的效果，再则为了防止L298N输出负载端电机对输入端信号传输发生影响，以及对MSP430芯片发生晦气的搅扰，在L298N的信号输入端经过衔接TLP521可操控的光电电耦合器材，抵达对L298N信号输入前端的信号电路与负载的彻底阻隔，然后增加了电路的安全性，减少了电路信号搅扰。本规划中的驱动电机选用的是方波驱动的沟通永磁同步电机，该电机的转速与驱动信号的频率成正比，结构简略，调速功能优秀，运转牢靠且便于保护。其电机驱动和操控模块电路如图3所示。
图3 电机驱动模块
2.6 测速模块和PID操控
对速度的检测、调理操控可以确保小车安稳的运转，防止小车在避障时因为车速过高来不及逃避等问题。该规划中选用256线光电编码器作为速度检测，2个编码器和电机同轴相连。它直接使用光电转化原理输出3组方波脉冲A、B和Z相，A、B两组脉冲相位差90°，然后可方便地判别出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。在此选用M/T法测速，单片机经过守时器对电机速度进行10 ms守时采样，把采样所得速度信息与给定的速度信息所得的速度差传给PID操控器，来完成对电机速度的最佳闭环操控。然后在小车在行进、撤退、转弯、刹车等动作能快速呼应且超调量小，因而体系选用积分别离的PID操控算法，开端撤销积分效果，当被调量相差不大时再引进积分效果，完成算法的具体过程如下：
1）依据实践状况，人为的设定一个值w>0，E（k）=R（k）-H（k），其间R（k）为给定值，H（k）为丈量值。
2）当E（k）>w时，选用PD操控调理，可以防止超调过大，还可以使体系有较快的反响。
3）当E（k）
3 软件的规划
MSP430单片机实时监控超声波模块传送的信号并对其信号进行避障决议计划判别，小车在不需求做出避障时沿直线行进或中止，而且等候守时器的中止信号发生，当需求避障时，小车就向有障碍物相反的方向调整出（左转、右转、后退并转向）最佳的运转道路，软件首要选用C言语进行编程。主控程序流程图如图4所示。
图4 主控程序流程图
在小车运转的速度调控中参加PID算法来调控PWM对小车的运转速度进行决议计划操控，可以很好的完成小车运转的安稳性和牢靠性，PID调控PWM的程序流程图如图5所示。
图5 PID调控PWM程序流程图
4 实验成果
该智能小车做成后对其功能测验：小车的正常运转速度约为0.11 m/s，在遇到的障碍物后做出的避障决议计划，跟程序中预先设定避障间隔15 cm相差不多，依据实验的丈量数据，小车预先设定的避障间隔和实践的状况上下起浮0~3 cm，抵达了预期规划的方针。
5 定论
该规划选用的以MSP430单片机为渠道智能小车，可以满意操控要求，选用的超声波避障、PID操控算法以及PWM速度操控，使得小车安稳灵敏牢靠的运转。后续研讨为改善小车完成更高智能化，选用ARM嵌入式、Linux操作体系和DSP，并参加各种智能传感器等来完成小车的更高的人性化智能化。
