华中科技大学2013年TI杯电子设计竞赛总结报告
3. 团队组成与任务分工
本小组分工的指导思想如下：为了最大程度实现并行性，我们按照模块来划分任务。不同模块之间首先需要将相互之间的接口定义好，定义完成以后不同模块就能够相对地独立工作了。我们所划分的三大模块为：电机控制及循迹模块，超声波测距壁障模块，无线控制以及主函数编写模块。
负责电机控制及循迹模块程序的设计与调试；小组分工；小车组装；整机调试。 负责超声波测距壁障模块的电路与程序的设计和调试；编写文档。
负责无线控制模块的设计、实现与调试；主函数的编写；小车组装；元器件购买。
4. 方案论证
4.1 电机驱动模块方案的选择与论证
方案一：
采用电阻网络调整电机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻元器件比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻较小，但电流较大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。 方案二：
采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行控制。这个方案的优点是电路较简单，缺点是继电器的响应时间慢，机械结构易损坏，寿命较短，可靠性不高。 方案三：
采用由CMOS管组成的H型PWM电路。使用PWM波形来实现电机的调速。用单片机控制CMOS管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单实现转速和方向的控制，电子开关的速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的PWM调速技术。 通过比较，本系统需要对电机的速度进行控制，而且方案三对于资源的要求不是很高，可以由单片机自己产生，不需要增加硬件，对软硬件的要求不是很高，可以很好的满足本系统的要求。所以需要采用方案三。 4.2 循迹模块 方案一：
采用热探测器。由于温度变化是因为吸收热能辐射能量引起的，与吸收红外辐射的波长没有关系，即对红外辐射吸收没有波长的选择，因此受外界环境影响比较大。 方案二：
使用发光二极管和光敏三极管组合。这种方案的缺点在于其他环境的光源会对光敏二极管产生很大的干扰。 方案三：
采用光敏传感器，根据白色背景和黑线的反光程度的不同，光强度的变化引起电阻的变化，但在光线比较的强的情况下误差会很大。 方案四：
使用红外反射式一体化传感器进行检测。只要选择数量和探测距离适合的红外传感器，可以精准的判断出黑线位置。
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通过对比，这次设计中由于是近距离探测，故采用方案四来完成数据采集。由于红外光波长比可见光长，因此受可见光的影响较小。同时红外线系统还具有以下优点：尺寸小、质量轻，便于安装。反射式光电检测器就是其中的一种器件，它具有体积小、灵敏度高、线性好等特点，外围电路简单，安装起来方便，电源要求不高。用它作为近距离传感器是最理想的，电路设计简单、性能稳定可靠。 4.4 测距壁障模块 方案一：
采用超声波技术。利用超声波传感器，监视测量发射脉冲和接受脉冲的时间差，计算超声波和物体之间的距离。并在适当的距离内采取壁障措施。 方案二：
采用反射式红外发射—接收管。红外线测距传感器利用的就是红外线信号在遇到障碍物其距离的不同则其反射的强度也不同，根据这个特点从而对障碍物的距离的远近进行测量的。其优点是成本低廉，使用安全，制作简单，缺点就是测量精度低，方向性也差，测量距离近
以上两种方案中，第一种精度较高，抗干扰能力强，有较短的反应时间，应用广泛，所以采用第一种超声波方案。 4.5 供电方案 方案一：
采用两个电源供电，将电动机驱动电源以及其周边电路与单片机电源分别供电，由于单片机的电压较低，而电机需要的电压较高，容易使单片机电压过高而损坏，使用两个电池供电，可以提高系统稳定性，但是多一组电池，增加了小车的质量，同时也增加了小车的惯性，降低了灵敏度。
方案二：采用单一电源供电。电源直接给单片机供电，通过单片机的IO口连接到电动机上，这样输出的电压稳定，同时也减轻了小车的质量，使小车更加灵活。但是加高的电压提高了损坏单片机的风险。
从安全性考虑，我们选择方案一。
5 系统总体设计
5.1 硬件电路设计
整个电路系统分为黑线检测、障碍检测、控制、驱动四个主要部分。主控单元是小车的核心部分，它所要完成的任务有：处理输入信号，启动/停止小车、控制电机转速、完成距离检测、做出壁障判断等。首先利用红外对接管对路面信号进行检测，然后将检测结果送入主控芯片，输出相应的信号给驱动芯片，驱动电机转动，从而控制整个小车的运动，与此同时，超声波模块检测前方是否有障碍物，并将搜集到的信息实时送到主控芯片，及时避开障碍。无线控制模块也可以通过I/O中断控制电机驱动，控制小车运动。
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超声波测距 超声波壁障 复位电路 电源电路 时钟电路 主控芯片 MSP430F5529 电机驱动 无线控制 红外对接管循迹 图1 系统硬件框图
5.1.1 超声波模块功能框图
如图3-2所示可以通过超声波模块得到小车与障碍物的距离，将数据交给单片机判断是否需要避开障碍物，随即单片机控制电机，驱动小车运动。
返回信号 单片机 超声波模块 驱动电路 电动机
图3-2 超声波模块功能框图 5.1.2 无线控制模块功能框图
如图3-3所示 ，无线控制模块发出控制信号，经单片机处理，控制电机运动。
控制信号 无线控制 单片机 驱动电路 电机 图 无线控制模块功能框图 5.1.3 电机驱动调速模块
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用于控制小车的前进，后退，停止等基本功能，并且实现PWM波对于转速的控制。如图3-4所示
PWM波 驱动电路 电动机 单片机
图3-4 电机驱动调速模块功能框图
小车的基本机构如下：
5.1.4 寻迹模块
用于小车的循迹黑线。如图3-5所示
信号 单片机 检测电路
图3-5 循迹模块功能框图
5.1.5 开发板管脚分配：
引脚号 P2.0 引脚功能 TA1CCR1 硬件连接 电机模块ENA（输出） 驱动电路 电动机 华中科技大学2013年TI杯电子设计竞赛总结报告
电机模块 P2.1 P4.0 P4.1 P4.2 P4.3 TA1CCR2 I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O中断 I/O I/O中断 电机模块ENB（输出） 电机模块IN1（输出） 电机模块IN2（输出） 电机模块IN3（输出） 电机模块IN4（输出） 左循迹模块OUT（输入） 中循迹模块OUT（输入） 右循迹模块OUT（输入） 无线解码模块D1（输入） 无线解码模块D2（输入） 无线解码模块D3（输入） 无线解码模块D4（输入） 无线解码模块VT（输入） 超声波测距模块Trig（输出） 超声波测距模块Echo（输入） 循迹模块 P7.0 P7.1 P7.2 无线控制模块 P4.4 P4.5 P4.6 P4.7 P2.6 避障模块 P7.7 P1.0