基于MSP430的自主式移动机器人设计与实现
发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:572
来源：国外电子元器件 作者：高荣山 张颜岭 摘要：文章以msp430系列单片机为核心，提出了一种轮式移动机器人的软硬件设计方案，阐述了其通过传感器网络来进行避障、遍历等自主控制，并实现机器人与ｐｃ机间无线控制的方法。 关键词：机器人；msp430；pwm；232通讯１ 引言 自主式移动机器人是指能根据任务及环境信息做出全局路径规划，可在行进中不断感知局部环境信息并自主作出决策，从而能够安全行驶并到达目标的智能系统。移动机器人可广泛应用于工业、国防以及服务性行业。如自动割草机、洗尘机器人、教育机器人等。本文以ｍｓｐ４３０单片机为核心介绍了一种移动机器人的设计雏形，该系统利用各种传感器感知周围环境，并在计算机与单片机之间实现无线通信，从而以无线方式控制移动机器人。 ｍｓｐ４３０ 是美国ｔｉ公司推出的１６位高性能系列单片机，其高效１６位精简指令结构可以确保任务的快速执行，大多数指令可以在一个时钟周期里完成，且具有高级语言编程能力，配套友好方便的集成开发环境足可加速软件的开发。由于ｍｓｐ４３０采用了ｊｔａｇ技术、ｆｌａｓｈ 在线编程技术、ｂｏｏｔ-ｓｔｒａｐ 等诸多先进技术，因此具有很高的性价比，并有超低的功耗和丰富的片上外围资源，很适合作为移动设备的微控制器来用。２ 硬件结构 笔者选用的ｍｓｐ４３０ｆ１２３２内含８ｋｂ可重复编程快闪存储器、２５６字节只读存储器（ｒａｍ）、多通道脉宽调制ｐｗｍ计时器、看门狗计时器和ｕｓａｒｔ通讯模块等，采用２８脚ｔｓｓｏｐ封装，因此易于进行小型化设计。ｍｓｐ４３０ｆ１２３２主要用来产生两路ｐｗｍ信号，以对传感器信息进行处理。同时，笔者还选用电机驱动芯片ｌ２９３ｄ来驱动直流电机，并利用霍尔元件来检测电机速度；此外还安装了红外避障和光敏传感器以获取环境信息，并利用语音电路ｉｓｄ２５１２０来进行交互，而通过微控制器的ｕａｒｔ经２３２接口芯片后利用无线模块ｐｔｒ２０００可与ｐｃ机端的无线模块进行通讯。图１所示为其系统框图。２．１ ｐｗｍ脉宽调制 ｍｓｐ４３０单片机的ｔｉｍｅｒ＿ａ是一个非常有用的定时器，它可支持同时进行的多种时序控制、多个捕获／比较功能以及多种输出波形，也可以支持上述功能的组合。这里用ｔｉｍｅｒ＿ａ来产生两路ｐｗｍ信号，并分别接ｌ２９３ｄ的１２ｅｎ和３４ｅｎ，以用来控制两个电机的起停、转向及速度。定时器工作在增计数模式时，可由捕获／比较寄存器ｃｃｒ０确定周期ｔ，而由ｃｃｒ１和ｃｃｒ２产生两路ｐｗｍ信号。输出单元选择模式２。改变ｃｃｒ１和ｃｃｒ２的值，即可改变ｐｗｍ信号的占空比，从而改变电机转速。 ｌ２９３ｄ的芯片电压为５ｖ，电机驱动电压ｖｃｃ２为１１．４ｖ可通过３节３．８ｖ的锂电池提供，５ｖ电压经整流桥后可由稳压器ｌｄｏ７８０５提供，ｍｓｐ４３０ｆ１２３２的３．３ｖ供电电压可由ｌｍ３３稳压输出。ｌ２９３ｄ与单片机的连接图如图２所示。２．２ 语音电路 语音电路采用１２０秒的语音芯片ｉｓｄ２５１２０来实现，该芯片有多种封装，本设计采用小巧的２８ｓｏｉｃ封装，它控制简单，其ｐ／ｔ引脚为录放控制端，ｃｅ引脚为放音／暂停控制端，ｐｄ为ｒｅｓｅｔ信号，这些ｒｅ-ｓｅｔ信号端可接单片机的ｉ／ｏ口ｐ２．０、ｐ２．１、ｐ２．２，地址位的最高两位ａ８和ａ９均为高时，地址／模式输入端为模式选择，否则为地址输入。在与ｍｓｐ４３０ｆ１２３２连接时，ａ６、ａ８、ａ９接ｐ３.６，ａ０接ｐ３.７，其余地址引脚接地，这样就可方便地对ｉｓｄ２５１２０进行地址选段选择或模式控制。 ２．３ 充电电路 充电电路采用无需控制器的智能快速充电器ｍａｘ１７５８来实现，ｍａｘ１７５８可对１～４节锂电池进行充电，输入电压范围在４～２８ｖ，电池充电电压可通过ｖａｄｊ引脚进行设置，并通过外接电容设置预充和快充的充电时间，同时可通过ｌｅｄ来指示当前的充电状态。充电电源采用２４ｖ直流电源。２．４ 无线通信模块 考虑到自主机器人的特点，计算机与机器人的通信采用无线通信方式较为适宜。笔者选用微小型、低功耗、高速率、１９．２ｋ无线收发数传ｍｏｄｅｍ芯片ｐｒｔ２０００来完成计算机与机器的无线通信，该ｍｏｄｅｍ的工作频率为国际通用的数传频段４３３ｍｈｚ，采用ｆｓｋ调制，可连接到计算机ｒｓ２３２接口。因为没有信号时，ｐｔｒ２０００的串口会输出随机数据，因此需要定义一个简单的指令协议，设计时可加开始字符、校验位、结束标志等，校验采用ｃｒｃ校验。传输协议定义为： [开始字符][数据１][数据２][８位校验][结束字符] 在各种校验方法中，奇偶校验容易实现，但不太可靠，因
来源：国外电子元器件 作者：高荣山 张颜岭 摘要：文章以msp430系列单片机为核心，提出了一种轮式移动机器人的软硬件设计方案，阐述了其通过传感器网络来进行避障、遍历等自主控制，并实现机器人与ｐｃ机间无线控制的方法。 关键词：机器人；msp430；pwm；232通讯１ 引言 自主式移动机器人是指能根据任务及环境信息做出全局路径规划，可在行进中不断感知局部环境信息并自主作出决策，从而能够安全行驶并到达目标的智能系统。移动机器人可广泛应用于工业、国防以及服务性行业。如自动割草机、洗尘机器人、教育机器人等。本文以ｍｓｐ４３０单片机为核心介绍了一种移动机器人的设计雏形，该系统利用各种传感器感知周围环境，并在计算机与单片机之间实现无线通信，从而以无线方式控制移动机器人。 ｍｓｐ４３０ 是美国ｔｉ公司推出的１６位高性能系列单片机，其高效１６位精简指令结构可以确保任务的快速执行，大多数指令可以在一个时钟周期里完成，且具有高级语言编程能力，配套友好方便的集成开发环境足可加速软件的开发。由于ｍｓｐ４３０采用了ｊｔａｇ技术、ｆｌａｓｈ 在线编程技术、ｂｏｏｔ-ｓｔｒａｐ 等诸多先进技术，因此具有很高的性价比，并有超低的功耗和丰富的片上外围资源，很适合作为移动设备的微控制器来用。２ 硬件结构 笔者选用的ｍｓｐ４３０ｆ１２３２内含８ｋｂ可重复编程快闪存储器、２５６字节只读存储器（ｒａｍ）、多通道脉宽调制ｐｗｍ计时器、看门狗计时器和ｕｓａｒｔ通讯模块等，采用２８脚ｔｓｓｏｐ封装，因此易于进行小型化设计。ｍｓｐ４３０ｆ１２３２主要用来产生两路ｐｗｍ信号，以对传感器信息进行处理。同时，笔者还选用电机驱动芯片ｌ２９３ｄ来驱动直流电机，并利用霍尔元件来检测电机速度；此外还安装了红外避障和光敏传感器以获取环境信息，并利用语音电路ｉｓｄ２５１２０来进行交互，而通过微控制器的ｕａｒｔ经２３２接口芯片后利用无线模块ｐｔｒ２０００可与ｐｃ机端的无线模块进行通讯。图１所示为其系统框图。２．１ ｐｗｍ脉宽调制 ｍｓｐ４３０单片机的ｔｉｍｅｒ＿ａ是一个非常有用的定时器，它可支持同时进行的多种时序控制、多个捕获／比较功能以及多种输出波形，也可以支持上述功能的组合。这里用ｔｉｍｅｒ＿ａ来产生两路ｐｗｍ信号，并分别接ｌ２９３ｄ的１２ｅｎ和３４ｅｎ，以用来控制两个电机的起停、转向及速度。定时器工作在增计数模式时，可由捕获／比较寄存器ｃｃｒ０确定周期ｔ，而由ｃｃｒ１和ｃｃｒ２产生两路ｐｗｍ信号。输出单元选择模式２。改变ｃｃｒ１和ｃｃｒ２的值，即可改变ｐｗｍ信号的占空比，从而改变电机转速。 ｌ２９３ｄ的芯片电压为５ｖ，电机驱动电压ｖｃｃ２为１１．４ｖ可通过３节３．８ｖ的锂电池提供，５ｖ电压经整流桥后可由稳压器ｌｄｏ７８０５提供，ｍｓｐ４３０ｆ１２３２的３．３ｖ供电电压可由ｌｍ３３稳压输出。ｌ２９３ｄ与单片机的连接图如图２所示。２．２ 语音电路 语音电路采用１２０秒的语音芯片ｉｓｄ２５１２０来实现，该芯片有多种封装，本设计采用小巧的２８ｓｏｉｃ封装，它控制简单，其ｐ／ｔ引脚为录放控制端，ｃｅ引脚为放音／暂停控制端，ｐｄ为ｒｅｓｅｔ信号，这些ｒｅ-ｓｅｔ信号端可接单片机的ｉ／ｏ口ｐ２．０、ｐ２．１、ｐ２．２，地址位的最高两位ａ８和ａ９均为高时，地址／模式输入端为模式选择，否则为地址输入。在与ｍｓｐ４３０ｆ１２３２连接时，ａ６、ａ８、ａ９接ｐ３.６，ａ０接ｐ３.７，其余地址引脚接地，这样就可方便地对ｉｓｄ２５１２０进行地址选段选择或模式控制。 ２．３ 充电电路 充电电路采用无需控制器的智能快速充电器ｍａｘ１７５８来实现，ｍａｘ１７５８可对１～４节锂电池进行充电，输入电压范围在４～２８ｖ，电池充电电压可通过ｖａｄｊ引脚进行设置，并通过外接电容设置预充和快充的充电时间，同时可通过ｌｅｄ来指示当前的充电状态。充电电源采用２４ｖ直流电源。２．４ 无线通信模块 考虑到自主机器人的特点，计算机与机器人的通信采用无线通信方式较为适宜。笔者选用微小型、低功耗、高速率、１９．２ｋ无线收发数传ｍｏｄｅｍ芯片ｐｒｔ２０００来完成计算机与机器的无线通信，该ｍｏｄｅｍ的工作频率为国际通用的数传频段４３３ｍｈｚ，采用ｆｓｋ调制，可连接到计算机ｒｓ２３２接口。因为没有信号时，ｐｔｒ２０００的串口会输出随机数据，因此需要定义一个简单的指令协议，设计时可加开始字符、校验位、结束标志等，校验采用ｃｒｃ校验。传输协议定义为： [开始字符][数据１][数据２][８位校验][结束字符] 在各种校验方法中，奇偶校验容易实现，但不太可靠，因
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