论文总字数：29732字

摘 要

本次自动探索小车设计使用MSP430F149系列单片机。通过单片机系统控制，先确定设计的构成方案，再设计系统硬件电路画出电路图。系统设计一般包括硬件设计和软件设计。本次设计中的硬件设计由电源模块、驱动模块、循迹模块、金属检测模块、避障模块、和显示模块构成。软件设计是通过在单片机烧录器烧写程序来控制小车功能的实现。本系统中采用模块化控制方法，将各个独立的功能作为一个独立的子程序，在主程序中按照逻辑顺序来调用各个子程序，这样使得程序条理清晰，提高了子程序的执行效率，也便于程序的修改和调试。通过按动按钮次数，获得不同的功能。

自动探索小车形式多样，控制方法具有创新性，在许多大型的电子竞赛和科技创新方面一直受到热捧，其研究成果广泛应用于自动运输、采矿勘探、无人驾驶、家用自动清洁、快递搬运等机器人中。在此基础上，提出自动探索小车的设计，小车可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自主运行，同时能将相关信息通过无线或有线通道传输给上位机，上位机也可通过无线通道对小车发出命令，对小车进行控制，从而实现上位机与下位机的双向互动。

关键词：MSP430；超声波传感器；电机驱动；红外避障

The design of auto-discovery car

Abstract

The design of this automatic exploration car uses MSP430F149 series single-chip microcomputer. Through the single-chip system control, first determine the structure of the design, and then design the system hardware circuit and draw the circuit diagram. System design generally includes hardware design and software design. The hardware design in this design consists of a power supply module, a drive module, a tracking module, a metal detection module, an obstacle avoidance module, and a display module. The software design is to control the realization of the car function by programming the program in the MCU burner. The modular control method is adopted in this system, and each independent function is regarded as an independent subroutine. In the main program, each subroutine is called in logical order, which makes the program clear, improves the execution efficiency of the subroutine, and is also convenient Modification and debugging of the program. By pressing the button the number of times, different functions can be obtained.

The automatic exploration car has various forms and innovative control methods. It has been popular in many large-scale electronic competitions and technological innovations. Its research results are widely used in automatic transportation, mining exploration, unmanned driving, household automatic cleaning, express delivery, etc. In the robot. On this basis, the design of an automatic exploration car is proposed. The car can run autonomously in a specific environment according to a preset mode, and at the same time can transmit relevant information to the upper computer through a wireless or wired channel, and the upper computer can also be wirelessly The channel issues commands to the trolley and controls the trolley, so as to realize the two-way interaction between the upper computer and the lower computer.

Keywords:MSP430，Ultrasonic sensor，motor driven，Infrared obstacle avoidance

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪 论 1

1.1课题的提出 1

1.2课题的研究与发展 1

1.3设计思路 1

1.4研究内容及步骤 1

第二章 系统整体设计 3

2.1总体方案设计 3

2.2系统组成 3

2.3模块选择 3

2.3.1单片机控制模块 3

2.3.2电机及电机驱动模块 4

2.3.3避障模块 5

2.3.4循迹模块 5

2.3.5显示模块 6

2.3.6蓝牙模块 6

2.3.7金属传感模块 7

2.3.8测距测速模块 7

2.3.9电源模块 8

2.3.10系统各模块最终选定 8

第三章 硬件电路设计 10

3.1主控电路结构设计 10

3.2电机驱动设计 11

3.3超声波传感模块 12

3.4红外传感器模块 13

3.5金属检测电路 13

3.6电源电路设计 14

第四章 软件设计 15

4.1软件介绍 15

4.2软件设计与实现 15

4.2.1主程序 16

4.2.2避障程序 17

4.2.3循迹程序 19

4.2.4金属检测程序 20

4.2.5直流电机程序 20

第五章 系统调试 21

5.1.单片机控制模块调试 21

5.2电机驱动模块调试 21

5.3避障模块调试 22

5.4循迹模块调试 22

5.5金属检测模块调试 22

5.6蓝牙模块调试 22

第六章 总结与展望 24

致 谢 25

参考文献（References） 26

附 录 27

第一章 绪 论

1.1课题的提出

自动探索小车的研究涉及到自动控制、模式识别、传感技术、人工智能、汽车工程、软件工程、工程机械等多个学科，自动探索小车形式多样，控制方法具有创新性，在许多大型的电子竞赛和科技创新方面一直受到热捧，其研究成果广泛应用于自动运输、采矿勘探、无人驾驶、家用自动清洁、快递搬运等机器人中。在此基础上，提出自动探索小车的设计，小车能够实现前进、后退、转向、速度控制、距离测量、自动循迹、自动避障、金属检测等功能，可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自主运行，同时能将相关信息通过无线或有线通道传输给上位机，上位机也可通过无线通道对小车发出命令，对小车进行控制，从而实现上位机与下位机的双向互动。

1.2课题的研究与发展

自动控制最早可以追溯到中国古代的自动化计时器和漏壶指南车，自动控制技术最早广泛应用于欧洲工业革命时期。自动控制发展到现在有了五代控制体现，从气动到电气控制再到数字计算机控制以及现在的系统控制，标志着人类历史的进步。现在，工业自动化技术已经迈入主流并且对人们的生活发挥巨大作用，影响着人们生活中的方方面面。无论是电脑还是手机，甚至自动马桶、声控灯，现代人们的生活已经充斥着自动控制的身影。无论是国内还是国外，自动控制都是未来的主流。

自动探索小车则是随着工业的迅速发展出现的新产物。车通过各种传感器在预先设定的系统下自动的工作，不需要人为的干涉，实现许多的功能。自动探索小车的发展已经有了几十年的发展历程，在如今拥有各种高精度传感器和程序代码的条件下，能够实现高精度的工作。

1.3设计思路

自动探索小车是小车在按下按钮之后，能够自动运行，并且按钮按下的不同次数，打开不同的功能.自动避障功能：小车在往前运行过程中，如果遇到障碍物，能够自动的退后或者改变行进的方向以达到躲避障碍物的目的；自动循迹功能：小车在向前运行过程中，能够沿着地上的黑线移动；金属检测功能：小车在前进过程中，遇到小铁片能够识别出来并在液晶显示板上显示；速度、距离测量：在小车行进过程中，能够即时的在液晶现实版上显示小车的行进速度，行进距离。

1.4研究内容及步骤

本次自动探索小车设计考虑到功耗、效率及成本等原因，选择以MSP430F149单片机为核心，控制整个系统的各个传感器以及驱动芯片来控制直流减速实现小车的自动探索。通过单片机系统控制，先确定设计的构成方案，再设计系统硬件电路画出电路图。系统设计一般包括硬件设计和软件设计。本次设计中的硬件设计由电源模块、驱动模块、循迹模块、金属检测模块、避障模块、和显示模块构成。软件设计是通过在单片机烧录器烧写程序来控制小车功能的实现。本系统中采用模块化控制方法，将各个独立的功能作为一个独立的子程序，在主程序中按照逻辑顺序来调用各个子程序，这样使得程序条理清晰，提高了子程序的执行效率，也便于程序的修改和调试。研究步骤如下图1.1所示。

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