基于MSP430的自主式移动机器人设计与实现
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
