1、摘要本系統(tǒng)采用TI公司的MSP430F149/MSP430G4252/MSP430G2221單片機為控制中心。實現(xiàn)的功能有：（1）紅外遙控車的運功；（2）紅外對管ST188測速功能；（3）溫度測試功能；（4）具有超聲波測距功能；（5）具有紅外人體感應(yīng)功能；（6）大扭矩步進電機帶動電源機殼轉(zhuǎn)動；（7）在遇到人體的時候高分貝報警；（8）對周圍環(huán)境的甲烷濃度、濕度進行檢測；（9）將檢測到的數(shù)據(jù)通過NRF2401模塊發(fā)送到CPU內(nèi)部，然后進行處理，處理之后，再將數(shù)據(jù)通過串行口發(fā)送到上位機上。關(guān)鍵詞：智能小車；紅外測速；單片機；RE200B；高分貝報警；MQ-2傳感器;DHT11；NRF2401；上位機

2、；步進電機AbstractThissystemuseMSP430F149/MSP430G4252/MSP430G2221MCUasitscore.Thefunctionsare:（1）Thesmartcariscontrolledbyultraredrays.（2）ThespeedismeasuredbyST188.（3）ThetemperatureismeasurebyDS18B20.（4）Ultrasonicrangingfunction（5）Infraredhumanbodyfunctionwithinduction.（6）Bigtorquesteppingmotordrivethepo

3、werCaseshellmove.（7）Itmaybewarningwhenmeetssomeone.（8）DetectingtheMethaneconcentrationsandhumidityaroundtheIntelligentcar.（9）ThedetectedresultcansendtoCPUthroughthemodulesNRF2401,thentheCPUalsocansendtheinformationtoPCthroughserialCOM.Keyword：IntelligentcarInfraredvelocimetryRE200BDHT1142BYGH2NRF240

4、1singlechipHighdecibelalarmPCMQ-2sensor1.引言當今社會，科學(xué)技術(shù)日新月異，時代前進的步伐越邁越寬，應(yīng)用自動化設(shè)備，計算機處理，現(xiàn)代化通訊，數(shù)字化信息，現(xiàn)代化顯示設(shè)備等高新技術(shù)而建立的現(xiàn)代化智能，監(jiān)控等系統(tǒng)已經(jīng)得到充分的發(fā)展與應(yīng)用，智能機器人也就應(yīng)運而生。同時，在建設(shè)以人為本的和諧社會的過程中，智能服務(wù)機器人能夠完成考古發(fā)掘，海底揭密，宇宙探索等危險作業(yè)，以保證人身安全。國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要一文指出：智能服務(wù)機器人是在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下為人類提供必要服務(wù)的多種高技術(shù)集成的智能化裝備。以服務(wù)機器人和危險作業(yè)機器人應(yīng)用需求為重點，研究設(shè)計方法、制造工藝、

5、智能控制和應(yīng)用系統(tǒng)集成等共性基礎(chǔ)技術(shù)。重點研究低成本的自組織網(wǎng)絡(luò)，個性化的智能機器人和人機交互系統(tǒng)、高柔性免受攻擊的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和先進的信息安全系統(tǒng)。2006-2020年，既是國家中長期技術(shù)發(fā)展計劃實現(xiàn)階段，也是我們最具有活力和最激情洋溢的時段。于是，我們兩人認識到自己的位置，都對智能小車的研發(fā)和制作有著強烈的好奇心，有著共同愛好和理想，想用自己的青春和智慧揮寫這段煥發(fā)青春活力的樂譜。我們的系統(tǒng)主要分為L298N電機驅(qū)動模塊、紅外對管測速模塊、溫度測量模塊、濕度測量模塊、甲烷濃度測量模塊、超聲波測距模塊、上位機顯示模塊、NRF2401無線收發(fā)模塊、報警器模塊、單片機控制模塊。系統(tǒng)方案紅外對管測速模

6、塊、L298N電機驅(qū)動模塊、溫度測量模塊、濕度測量模塊、甲烷濃度測量模塊、超聲波測距模塊、上位機顯示模塊、NRF2401無線收發(fā)模塊、報警器模塊、單片機控制模塊。還有電源等基本供電小模塊。系統(tǒng)主框圖如21所示：L298N電機驅(qū)動模塊超聲波測距模塊紅外對管測速模塊甲烷濃度測量模塊CPUMSP430F149/MSP430G4252/MSP430G2221上位機顯示模塊NRF2401無線收發(fā)模塊報警器模塊紅外對管測速模塊圖2-12.系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1L298N型驅(qū)動器的原理及應(yīng)用電機的驅(qū)動是由集成芯片L298N來實現(xiàn)的，由四個10口經(jīng)四個與門再由L298N輸出四路信號來控制兩電機。L298N是SGS

7、公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路。是一種二相和四相電機的專用驅(qū)動器，即內(nèi)含二個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標準TTL邏輯電平信號，可驅(qū)動46V、2A以下的電機。L298N模塊電路圖如圖3-1：圖3-13.2測速模塊測速模塊主要是由stl88和輪胎的黑白間條組成。stl88單光束反射式紅外光電傳感器。ST188是紅外收發(fā)一體的器件，發(fā)射管發(fā)射出紅外光線，接收管就可以根據(jù)接收的紅外光線的強弱，感知車胎的白線。由于此車胎被處理成為黑白兩種顏色，通過比較器設(shè)置的門限值，可以很方便的感知地面的顏色。通過發(fā)射紅外信號，看接收信號變化判斷檢測物體狀態(tài)的變化。在黑線檢測電路中用LM324來確定

8、紅外接收信號電平的高低，以電平高低判斷黑線有無。在電路中，LM339的一個輸入端續(xù)接滑動變阻器，通過改變滑變的阻值來提供合適的比較電壓。如圖32：圖3-23.3溫度測試模塊設(shè)計DS1820數(shù)字溫度計提供9位（二進制）溫度讀數(shù)指示器件的溫度。信息經(jīng)過單線接口送入DS1820或從DS1820送出，因此從主機CPU到DS1820僅需一條線（和地線）。DS1820的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源。因為每一個DS1820在出廠時已經(jīng)給定了唯一的序號，因此任意多個DS1820可以存放在同一條單線總線上。這允許在許多不同的地方放置溫度敏感器件。DS1820的測量范圍從-55匚至【+125【，增量值

9、為0.5【，可在Is（典型值）內(nèi)把溫度變換成數(shù)字。如圖33：圖3-33.4超聲波測距模塊通過超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波，根據(jù)接收器接到超聲波時的時間差就可以知道距離了。這與雷達測距原理相似。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。（超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s,根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離（s），即:s=340t/2）超聲波測距模塊原理圖：超聲波發(fā)射電路原理圖3.5NRF2401無線收發(fā)模塊在此系統(tǒng)中，之所以要選擇采用NRF2401主要原因就是想充分利用

10、其高效高速傳輸數(shù)據(jù)的功能，這個模塊的優(yōu)點就是具有2.4GHz全球開放的ISM頻段,最大OdBm的放射功率，支持六路通道的數(shù)據(jù)接收，可以工作在1.93.6V的低電壓條件下，最高傳輸速率是2Mbps，相對其他無線模塊具有較低的成本，而且其電路也比較簡單，便于閱讀和使用。其原理圖如下面兩個圖所示：匚1hhi!11i*#f1JJ+發(fā)射部分接收部分3.6甲烷濃度測量模塊選擇MQ-2煙霧傳感器的主要原因就是因為它具有以下特點：具有信號輸出指示。雙路信號輸出（模擬量輸出及TTL電平輸出）TTL輸出有效信號為低電平。（當輸出低電平時信號燈亮，可直接接單片機）模擬量輸出05V電壓，濃度越高電壓越高。對液化氣，天

11、然氣，城市煤氣有較好的靈敏度。具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性快速的響應(yīng)恢復(fù)特性此電路的原理圖如圖3-6：系統(tǒng)軟件設(shè)計該方案的編程思路是先確定主程序，之后根據(jù)各硬件電路功能來設(shè)計子程序模塊，最后再將各模塊嵌入主程序中。這樣編程結(jié)構(gòu)簡單，由于子程序模塊與硬件電路一一對應(yīng)，所以調(diào)試起來十分方便。本設(shè)計軟件方框圖如圖2-2所示：直流電機驅(qū)動子程序超聲波測距子程序測速子程序W上位機顯示子程序溫度測量子程序主函數(shù)無線收發(fā)子程序濕度測量子程序報警器子程序甲烷濃度測量子程序步進電機控制子程序圖2-2為了能夠更好的顯示數(shù)據(jù)，表現(xiàn)出數(shù)據(jù)的直觀性，我們采用VB中文企業(yè)版軟件，編寫了如下基于智能小車的上位機界面：系

12、統(tǒng)創(chuàng)新（1）小車的硬件部分采用的是絕緣板制作，在搜集了大量的資料之后，仿照裝甲車的外形制作，不怕碰撞，可以靈活的運動；（2）本智能小車電路在硬件上采用了超聲波傳感器來測量小車距前方障礙物的距離，顯示結(jié)果快速，準確；（3）利用紅外對管來測量小車運行速度，靈敏迅速；（4）小車其中一個特點就是在運動的過程中會持續(xù)監(jiān)測周圍的環(huán)境，比如空氣中的甲烷濃度，空氣的濕度、溫度，以及周圍是否有人的存在，并且會將這些數(shù)據(jù)進行實時的采集并送到單片機內(nèi)部，單片機會將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機上進行顯示，另外單片機也會通過無線傳輸模塊NRF2401傳出數(shù)據(jù)對小車進行控制，充分利用了其全雙工的通信模式，高效可靠的實現(xiàn)雙機通信；

13、（5）在小車的運行過程中小車的“腦袋”（在視頻中會看到，就是小車上面轉(zhuǎn)動的機箱殼）會進行不斷的轉(zhuǎn)動，而大部分傳感器都在小車的“腦袋”里，所以小車可以加準確的判斷周圍各個方向的環(huán)境情況。另外，很重要的一點就是熱式紅外傳感器RE200B在檢測有沒有人的時候，根據(jù)它的原理可以知道，它只能檢測動態(tài)的東西（衛(wèi)生間或澡堂里的紅外傳感器就是一個很好的例子），所以當人出現(xiàn)在傳感器檢測范圍的瞬間（時間很短），傳感器才能感覺得到，那么CPU就有可能在誤操作的情況下忽略傳感器產(chǎn)生的這一個脈沖信號，為了克服這個缺點，我們就可以讓電機帶動傳感器進行轉(zhuǎn)動，那么人相對于傳感器就是在一直地運動，那么檢測就顯得更加合理有據(jù)；（

14、6）PWM技術(shù)的應(yīng)用解決了電動機驅(qū)動效率和電機速度控制的問題，為了在控制電機的同時，又不耽誤其他模塊的正常工作，我們采用了TI的MSP430G4252對電機進行單獨控制，利用CPU內(nèi)部的PWM資源向驅(qū)動板發(fā)出一定頻率的信號，通過頻率的調(diào)節(jié)從而調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速；（7）在選擇近距離控制的過程中，我們選擇了電視機上用的紅外遙控器，由于紅外遙控器具有成本低，易于解碼，而且具有較少的軟件程序，所以控制起來比較方便，也具有較高的精度；（8）當小車檢測到周圍有人，或者環(huán)境指標超過一定值的時候，小車就會報警，報警器是一個具有120分貝的高響度喇叭，所以假如小車跑進一個有大霧或者煙霧濃度比較濃的環(huán)境中，小車就能利用聲音這一點進行引導(dǎo)或者定位；（9）在小車行駛可以通過上位機將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機上，這樣就更加方便的觀測數(shù)據(jù)的變化；（10）在設(shè)計之初，我們的想法是對小車加上視頻傳輸功能，使得小車載行