基于MSP430的自主式移動機(jī)器人設(shè)計與實現(xiàn)
摘要：文章以MSP430系列單片機(jī)為核心,提出了一種輪式移動機(jī)器人的軟硬件設(shè)計方案,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,并實現(xiàn)機(jī)器人與ＰＣ機(jī)間無線控制的方法。
關(guān)鍵詞：機(jī)器人;MSP430;PWM;232通訊
１ 引言
自主式移動機(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)。移動機(jī)器人可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、國防以及服務(wù)性行業(yè)。如自動割草機(jī)、洗塵機(jī)器人、教育機(jī)器人等。本文以ＭＳＰ４３０單片機(jī)為核心介紹了一種移動機(jī)器人的設(shè)計雛形,該系統(tǒng)利用各種傳感器感知周圍環(huán)境,并在計算機(jī)與單片機(jī)之間實現(xiàn)無線通信,從而以無線方式控制移動機(jī)器人。
ＭＳＰ４３０ 是美國ＴＩ公司推出的１６位高性能系列單片機(jī),其高效１６位精簡指令結(jié)構(gòu)可以確保任務(wù)的快速執(zhí)行,大多數(shù)指令可以在一個時鐘周期里完成,且具有高級語言編程能力,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ＭＳＰ４３０采用了ＪＴＡＧ技術(shù)、ＦＬＡＳＨ 在線編程技術(shù)、ＢＯＯＴ-ＳＴＲＡＰ 等諸多先進(jìn)技術(shù),因此具有很高的性價比,并有超低的功耗和豐富的片上外圍資源,很適合作為移動設(shè)備的微控制器來用。
２ 硬件結(jié)構(gòu)
筆者選用的ＭＳＰ４３０Ｆ１２３２內(nèi)含８ｋＢ可重復(fù)編程快閃存儲器、２５６字節(jié)只讀存儲器（ＲＡＭ）、多通道脈寬調(diào)制ＰＷＭ 計時器、看門狗計時器和ＵＳＡＲＴ通訊模塊等,采用２８腳ＴＳＳＯＰ封裝,因此易于進(jìn)行小型化設(shè)計。ＭＳＰ４３０Ｆ１２３２主要用來產(chǎn)生兩路ＰＷＭ信號,以對傳感器信息進(jìn)行處理。同時,筆者還選用電機(jī)驅(qū)動芯片Ｌ２９３Ｄ來驅(qū)動直流電機(jī),并利用霍爾元件來檢測電機(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ＩＳＤ２５１２０來進(jìn)行交互,而通過微控制器的ＵＡＲＴ經(jīng)２３２接口芯片后利用無線模塊ＰＴＲ２０００可與ＰＣ機(jī)端的無線模塊進(jìn)行通訊。圖１所示為其系統(tǒng)框圖。
２．１ ＰＷＭ脈寬調(diào)制
ＭＳＰ４３０單片機(jī)的Ｔｉｍｅｒ＿Ａ是一個非常有用的定時器,它可支持同時進(jìn)行的多種時序控制、多個捕獲／比較功能以及多種輸出波形,也可以支持上述功能的組合。這里用Ｔｉｍｅｒ＿Ａ來產(chǎn)生兩路ＰＷＭ信號,并分別接Ｌ２９３Ｄ的１２ＥＮ和３４ＥＮ,以用來控制兩個電機(jī)的起停、轉(zhuǎn)向及速度。定時器工作在增計數(shù)模式時,可由捕獲／比較寄存器ＣＣＲ０確定周期Ｔ,而由ＣＣＲ１和ＣＣＲ２產(chǎn)生兩路ＰＷＭ信號。輸出單元選擇模式２。改變ＣＣＲ１和ＣＣＲ２的值,即可改變ＰＷＭ信號的占空比,從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。
Ｌ２９３Ｄ的芯片電壓為５Ｖ,電機(jī)驅(qū)動電壓ＶＣＣ２為１１．４Ｖ可通過３節(jié)３．８Ｖ的鋰電池提供,５Ｖ電壓經(jīng)整流橋后可由穩(wěn)壓器ＬＤＯ７８０５提供,ＭＳＰ４３０Ｆ１２３２的３．３Ｖ供電電壓可由ＬＭ３３穩(wěn)壓輸出。Ｌ２９３Ｄ與單片機(jī)的連接圖如圖２所示。
２．２ 語音電路
