基于单片机的玩具小车智能控制系统的设计

1基于单片机的玩具小车智能控制系统的设计摘要:在这个电子信息化的时代，随着经济的发展，科技的进步，电子玩具已成为玩具市场上的主流。为了适应电子玩具市场的需要,我设计了一款新型的智能玩具小车,即本论文研究的基于单片机的玩具小车智能控制的设计。该小车是以普通的四驱遥控小车为原型，MSP430F247单片机为控制系统，由芯片L298构成的直流电机来驱动电路，而且该小车是利用红外传感器进行障碍物的信息采集，同时也利用PWM技术进行电机调速控制，并辅以相应的语音播报功能。关键词：MSP430F247单片机；玩具小车；智能控制2TheintelligentcontroldesignofthetoycarbasedonmicrocontrollerAbstract：Intheelectronicinformationera,withthedevelopmentofeconomy,theprogressofscienceandtechnology,electronictoysonthetoymarkethasbecomeamainstream.Inordertomeettheneedsoftheelectronictoymarket,Idesignedanewtypeofintelligenttoycar,namelyintheresearchofthispaperthedesignofthetoycarbasedonsinglechipmicrocomputerintelligentcontrol.Thecarisacommonall-wheel-driveremotecontrolcarastheprototype,MSP430F247single-chipmicrocomputertocontrolsystem,composedofchipL298dcmotordrivecircuit,andthecarisanobstacletousinginfraredsensorinformationacquisition,aswellasusingPWMtechnologytocontrolmotorspeed,supplementedbythecorrespondingspeechfunction.Keywords：MSP430F247microcontroller;toycar;intelligentcontrolI目录第一章绪论....................................................1第二章小车的系统模块设计.......................................22.1小车的总体构思.............................................22.2各个模块的器件介绍.........................................32.2.1MSP430F247单片机的最小芯片介绍.......................32.2.2传感器介绍............................................32.2.3语音播报芯片介绍......................................42.3各个模块的电路设计.........................................52.3.1电源模块的设计........................................52.3.2电机驱动电路的设计....................................62.3.3语音控制模块的设计....................................7第三章小车的系统软件设计.......................................83.1系统软件设计总体说明.......................................83.2系统模块软件设计...........................................83.2.1自动避障设计..........................................83.2.2智能小车方向与速度控制................................83.2.3语音模块软件设计......................................93.3部分系统软件设计难点......................................11第四章小车的各硬件模块的安装调试..............................134.1硬件模块安装..............................................134.1.1车内模块的安装.......................................134.1.2发光二极管的安装.....................................144.2系统调试..................................................154.2.1开发调试工具.........................................154.2.2软件自身调试.........................................154.2.3测试仿真结果和分析...................................15第五章总结与展望..............................................175.1总结......................................................17II5.2展望与改进................................................17参考文献...........................................................19附录.............................................................201第一章绪论随着我国经济的发展，社会的进步，人们消费水平的提高，电子产品已成为社会市场上的主流产品,人们对电子产品的需求量也在不断增加，电子玩具就是其中之一。俗话说得好，“女人和孩子们的钱最好赚”,玩具市场作为孩子们的天堂，在社会市场的发展中具有重大潜力。中国作为世界上最大的发展中的国家，人口庞大，社会需求量也大，市场广阔，不仅是玩具生产大国,更是玩具消费最庞大的国家之一。随着科技的创新，现在的玩具市场已经向着电子多元化方向发展，作为孩子们最喜爱的玩具小车已成为玩具市场上最受欢迎的产品之一。但在玩具小车的市场上，由于中国的技术比较落后，对小车中作为主要核心的芯片技术还未能掌握，所以只能由其他发达国家生产小车的核心芯片，再由我国的工人去加工小车的外装，最后再把完成的产品卖向中国乃至世界市场。而制作小车这一过程中获得的利润，发达国家占八成以上，我国等发展中国家获得的利润不到两成，这就是科技的力量，就是脑力劳动和体力劳动的区别。因此，大力发展我国的科技，实现技术创新，使科技运用于生活中，促进国民的经济发展，提高人民的就业率,提高人们的生活水平，对我国综合实力的提升和社会经济的发展都有着巨大的意义。由于单片机有着体积小、重量轻、功能多、价格便宜、科技含量高、小型化且便于携带等众多优点，因此它们已被广泛运用于各种电子行业和电子产品中。特别是近年来经济的飞速发展，科技的快速进步也带动着单片机的不断更新，用新型的小型单片机控制的电子玩具在玩具市场的生产和消费中占有着重要的比例。因此,这些蒸蒸日上的高科技小型化单片机显然是本设计做智能玩具小车控制器的首要选择。由于玩具小车的语音播报能力和灯光显示效果能大大增强人们玩小车的乐趣，因此这也就成为了制作智能玩具小车中的重要技术。如果本设计在制作玩具小车的过程中运用此技术并能有效地降低制作成本，那么我制作的玩具小车将会风靡整个玩具市场，就会在中国乃至国际市场上发挥出重要的潜力，这也会对我国的电子玩具行业的发展乃至国民经济的发展都具有着重要的意义。2第二章小车的系统模块设计2.1小车的总体构思根据该研究项目的要求，本毕业设计制定出了以下的方案：先在网上购买一个普通的电动玩具小车，然后把小车的车壳拆开,在小车内部加装红外传感器和语音芯片等硬件，等重新组装好小车后,再把小车开动，并通过红外传感器来检测小车在行驶过程中有没有遇到障碍物。当红外传感器检测到小车前方（或左边或右边）有障碍物时，系统就会将测得的数据传送至单片机，使测得的数据先经过单片机的处理,然后根据处理后的数据来实现单片机对玩具小车的智能控制，并在小车运行的过程中根据其行驶状态来实时地进行语音播报。玩具小车主要是采用MSP430F247单片机来作为控制系统的，并利用红外传感器作为小车的主要传感器，来进行障碍物的信息采集，以实现小车的自动避障功能，从而避免小车在移动过程中遇到主动撞上障碍物的情况。小车的行驶方向主要是通过LED发光二极管和语音模块来显示的，小车运行时通过控制发光的LED显示的情况向前行驶，并随时通过语音播报来显示其行驶状态。小车的自动避障功能主要是通过红外传感器和黑白线传感器来测试的，先利用红外传感器来探测小车的正前方和左右侧，同时再利用黑白线传感器来探测小车的底部，然后通过这两种传感器来采集行驶过程中遇到的障碍物信息，最后由单片机去控制系统，从而实现了小车在行驶过程中能主动地避开障碍物。而且小车在行驶过程中，主要是通过PWM脉宽调制技术来提高系统的静态性能和动态性能的。本设计通过以上的方案可以对小车在行驶过程中的整个系统结构进行这样的总体构思：小车在行驶过程中，传感器检测模块中的红外传感器将检测到的障碍物信息传递给主控芯片模块中的MSP430F247单片机，经过单片机对数据的处理，将处理后所测得的信息分别传输给电机驱动模块和语音模块。单片机利用电机驱动模块中的L298电机驱动芯片来控制小车电机的转速和旋转方向，从而控制小车的行驶速度和转弯；同时利用语音模块中的ISD25120语音录放芯片对小车的行驶状态进行实时的播报，从而显示小车的行驶方向。在小车的整个运行过程中，电源模块一直不间断地给小车的主控芯片模块、电机驱动模块、语音模块和传感器检测模块提供稳定的电源电压，使其在行驶过程中能保持持续稳定地运3行。而系统的整体框图如下图所示：图2-1总体设计框图2.2各个模块的器件介绍2.2.1MSP430F247单片机的最小芯片介绍该玩具小车中使用的MSP430F247单片机是低功耗16位单片机，是由TI公司最新推出的产品，该芯片质量好、功耗低、价格便宜、小巧灵活、抗干扰能力强、小型化且科技含量高，而且易于制作成产品。将MSP430F247单片机的最小芯片放入小车的主控芯片模块中，控制着其他模块的运行，不仅效率高，而且体积小，放在小车中非常的方便。MSP430F247单片机是我经过无数次的试验，在各种芯片的比较中选择的最好的一种，也是最适合小车的一种，是本设计控制智能玩具小车芯片的最佳选择。2.2.2传感器介绍安全避障是玩具小车的一个基本技能之一，因此本设计在小车的制作过程中选用了两种传感器：即e18-d80nk红外避障传感器和tk-20黑白线检测传感器。（1）红外传感器e18-d80nk红外避障传感器是一种光电传感器，它主要是通过发射和接收相结合，用来检测障碍物的。该传感器的内部形成了放大、整形、比较、调制等电路，在小车行驶时，其探测前方障碍物的有效距离可达80cm，并可以通过后部旋钮来调节探测的距离；而且该