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2．2 超声波模块
避障是智能小车运动过程中最基本的功能，而避障首要是确定机器人自身与障碍物的距离并且定位。小车的避障探测模块采用SRF08超声波收发模块，其波频率为40 kHz，检测距离范嗣为3 cm～6 m，SDA和SCL分别为控制端和接收端，设计共采用4个超声波收发模块分别安装在小车的正前方，右前方和左前方和后方，4个模块分别接在MSP430单片机的I／OP1．0、I／OP1．1、I／OP1．2、I／OP1．3、I／OP1. 4、I／OP1. 5、I／OP1．6、I／OP1．6端口上，采用I／O触发测距，单片机给SDA提供25μs高电平信号，模块自动发送8个40 Hz方波，并且检测是否有返回信号，若有返回信号，SCL管脚输出高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，从而计算出超声波从发射到接收所用的时间t，常温下声波在空气中的传播速度(其中T为摄氏温度)，此时可得到是否避障的距离为s=vt／2。
2．3 测温和电源模块
为了使计算的距离更精确而不受温度影响，该设计中加入了DS18B20温度传感器接在I／OP4．6上，实时检测机器人周围环境的温度T(T的值要精确到小数点后3位)，以修正声速的传播公式V，从而提高测距的精确度。由于MSP430工作电压最大是3．3 V，电机驱动采用12 V电压，测速模块和超声波模块采用5 V电压，所以采用LM7812、LM7805和LM1117组成稳压电路。
2．4 语音模块
语音电路采用ISD2560芯片为核心器件，结合外围电路与单片机接口连接，进行分段寻址，分析所测量数据，并设计出语音元素，包括前方、左前方、右前方、后方、厘米等语音元素，然后分别录制好语音元素，把这些信息存储在ISD2560的存储器单元内，测量的数据经过软件处理后，单片机发送语音地址和音控指令，通过和存储在ISD2560内的地址数据匹配，然后由语音电路通过扬声器播出测量数据的结果。语音芯片的地址码接口A4、A5、A6、A7、A8分别接在I／OP2．2、I／OP3．0、I／OP3．1、I／OP3．2、I／OP3．3。
2．5 电机驱动模块
电机驱动模块是智能车的重要组成部分，它和电机共同组成智能小车的运动控制系统。该设计的驱动轮是由2个M1和M2交流永磁同步电机，因此采用的电机驱动器是高电压大电流高功率的L298N双H桥集成电路，L289N可以驱动两个电机，通过控制输入端IN1-IN4信号，来控制H桥的通断，使得电机形成正反转或停止，通过控制L298N的使能端EnA、EnB，采用技术成熟的PWM调速原理来控制电机的转速，从而达到控制小车运行的快慢和转向的目的。为了防止在启停电机的瞬间所形成的反馈电流损坏L298N，因此在L298N输出端与电机之间加入8个二极管形成续流达到保护的作用，再则为了防止L298N输出负载端电机对输入端信号传输产生影响，以及对MSP430芯片产生不利的干扰，在L298N的信号输入端通过连接TLP521可控制的光电电耦合器件，达到对L298N信号输入前端的信号电路与负载的完全隔离，从而增加了电路的安全性，减少了电路信号干扰。本设计中的驱动电机采用的是方波驱动的交流永磁同步电机，该电机的转速与驱动信号的频率成正比，结构简单，调速性能优良，运行可靠且便于维护。其电机驱动和控制模块电路如图3所示。

2．6 测速模块和PID控制
对速度的检测、调节控制能够保证小车稳定的运行，避免小车在避障时由于车速过高来不及躲避等问题。该设计中采用256线光电编码器作为速度检测，2个编码器和电机同轴相连。它直接利用光电转换原理输出3组方波脉冲A、B和Z相，A、B两组脉冲相位差90°，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。在此采用M／T法测速，单片机通过定时器对电机速度进行10 ms定时采样，把采样所得速度信息与给定的速度信息所得的速度差传给PID控制器，来实现对电机速度的最佳闭环控制。从而在小车在前进、后退、转弯、刹车等动作能快速响应且超调量小，因此系统采用积分分离的PID控制算法，开始取消积分作用，当被调量相差不大时再引入积分作用，实现算法的具体步骤如下：
1)根据实际情况，人为的设定一个值w>0，E(k)=R(k)-H(k)，其中R(k)为给定值，H(k)为测量值。
2)当E(k)>w时，采用PD控制调节，可以避免超调过大，还可以使系统有较快的反应。
3)当E(k)w时，采用PID控制调节，能够保证系统的控制精度。

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关键词： 设计 小车 智能 MSP430 基于