基于超聲波的智能避障小車的研究與設(shè)計本科畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 1 低功耗模式 2 低功耗模式 3 低功耗模式 4 CPU 關(guān)閉 CPU 關(guān)閉 CPU 關(guān)閉 CPU 關(guān)閉 CPU 關(guān)閉 ACLK、SMCLK 活動 ACLK、SMCLK 活動 MCLK、FLL+，DCOCLK關(guān)閉 MCLK、FLL+，DCOCLK關(guān)閉 ACLK、 MCLK、 FLL+，DCOCLK 關(guān)閉 MCLK關(guān)閉 MCLK關(guān)閉 DCO 的直流發(fā)生器保持 活動， ACLK 保持活動 天津理工大學中環(huán)信息學院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 11 若未使用DCO，則自動關(guān)閉 ACLK 保持活動 CO 的直流發(fā)生器關(guān)閉，晶體振蕩器停止 MSP430F149 單片機的地址分配如下表 所示： 表 單片機地址分配 Table MCU address allocation 地址 7 6 5 4 3 2 1 0 00h UTXIE０ URXIE０ ACCVIE NMIIE OFIE WDTIE rw0 rw0 rw0 rw0 rw0 rw0 WDTIE：看門狗定時器中斷使能信號。 OFIE： 振蕩器故障中斷使能信號。 NMIIE：非屏蔽中斷使能信號。 WDTIFG：溢出，或安全鍵違例，或 VCC 上電復位，或 RST/NMI 有復位條件時，置位 。 OFIFG：振蕩器發(fā)生故障時標志置位 。 MSP430F149 單片機的內(nèi)部時鐘模塊電路圖如下圖 所示： 圖 單片機時鐘模塊電路圖 MCU clock module circuit diagram MSP430 系列單片機存儲器組織如下表 表 MSP430 系列單片機存儲器組織 天津理工大學中環(huán)信息學院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 12 Table MSP430 Series MCU memory anization MSP430F133 MSP430F135 MSP430F147 MSP430F148 MSP430F149 Memory Main:ierrupt vector Main:code memory information memory Boot memory Size Flash Flash 8kB 0FFFFhOFFE0h 0FFFFH0E000h 16kB 0FFFFhOFFE0h 0FFFFH0C000h 32kB 0FFFFhOFFE0h 0FFFFH08000h 48kB 0FFFFhOFFE0h 0FFFFH04000h 60kB 0FFFFhOFFE0h 0FFFFH01100h Size Flash 256Byte 010FFH01000h 256Byte 010FFH01000h 256Byte 010FFH01000h 256Byte 010FFH01000h 256Byte 010FFH01000h Size Rom 1kB 0FFFFh0C00h 1kB 0FFFFh0C00h 1kB 0FFFFh0C00h 1kB 0FFFFh0C00h 1kB 0FFFFh0C00h RAM Size 256Byte 02FFh0200h 512Byte 05FFh0200h 1kB 05FFh0200h 2kB 09FFh0200h 2kBe 09FFh0200h Peripherals 16bit 8bit 8bit SFR 01FFh0100h 0FFh010h 0Fh00h 01FFh0100h 0FFh010h 0Fh00h 01FFh0100h 0FFh010h 0Fh00h 01FFh0100h 0FFh010h 0Fh00h 01FFh0100h 0FFh010h 0Fh00h ROM 引導程序裝載程序的目的是把數(shù)據(jù)下載到閃速存儲器中。各種讀，寫和擦除操作都必須在正確的下載環(huán)境中完成。引導裝載程序只能在 F 版本的器件上使用。 引導裝載程序的功能：將外部設(shè)備寄存器或存儲器中的數(shù)據(jù)施加并發(fā)送到引腳 上 (BSLTX)。寫定義：寫進閃速存儲器的數(shù)據(jù)是從引腳 (BSLRX)中讀取的。 其端口功能如下表 所示： 表 MSP430 單片機端口功能 SCM MSP430 port function 端口 功能 P P2 I/O、中斷功能、其他片內(nèi)外設(shè)功能 P P P P P6 I/O、其他片內(nèi)外設(shè)功能 S、 COM I/O、驅(qū)動液晶 閃速存儲器有 n 段主存儲器和每段 128 字節(jié)的兩段。信息存儲器 (A 和 B)。主存儲器每個段長為 512 字節(jié) [8]。段 0 到 n 可以一步擦除，也可以每段分別擦除。段 A 和 B可以分別擦除，或與段 0 到 n 作為一組擦除。安全熔絲燒斷是不可逆的 。然后對 JTAG進一步的訪問完全不可能。編程 /擦除電壓的內(nèi)部產(chǎn)生：無須使用任何外部元件，但是VCC 需求的電源電流增大。編程和擦除定時由閃速存儲器中的硬件控制，無需軟件干涉。在首次使用之前 ,用戶應(yīng)該執(zhí)行一次對信息存 儲器的擦除。 單片機的存儲設(shè)備圖注如下圖 所示： 天津理工大學中環(huán)信息學院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 13 圖 MSP430F149 單片機的存儲設(shè)備圖注 MSP430F149 microcontroller storage device map 外圍設(shè)備 :外設(shè)通過數(shù)據(jù)、地址和控制總線連接到 CPU，并能容易地用內(nèi)存操作指令處理。 數(shù)字 I/O 有 6 個已實現(xiàn)的 8 位端口 P1 到 P6。端口 P1 和 P2 用個控制寄存器，端口 P3， P4，P5， P6 僅使用 4 個寄存器，為應(yīng)用提供數(shù)字輸入 /輸出的最大靈活性：所有單 I/O 口可獨立編程。任何輸入輸出和中斷 條件的組合都是可能的。 端口 P1 和 P2 的所有 8 位對外部事件的中斷處理完全實現(xiàn)。利用所有指令對所有寄存器的讀 /寫訪問都是可能的。 MSP430F149 單片機特點： ① 低電壓、超低功耗。工作電壓 ~ ，正常工作模式 280μA@1MHz， ，待機模式 ， RAM 數(shù)據(jù)保存的掉電模式下 。五級節(jié)電模式。 ② 快速蘇醒，從待機模式下恢復工作，只需要不到 6μS 時間。 ③ 16 位精簡指令集 MCU，命令周期 125nS。 ④ 12 位 ADC，具有內(nèi)部參考電壓源，并且具有采樣、保持、自動掃描等功能。具有 12 位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以得到很高的精度，并且省去了使用專門的模數(shù)轉(zhuǎn)換器給設(shè)計電路板帶來的麻煩。 ⑤ 2 個 16 位計數(shù)器。具有捕獲、門限功能。 ⑥ 具有片內(nèi)比較器。 ⑦ 支持 ISP（在線系統(tǒng)編程），方便開發(fā)和項目升級。 ⑧ 支持序列號，熔絲位燒寫。方便簡單。 ⑨ 雙串口 ⑩ 支持超小型封裝： 64PQFP、 64PQFN。 天津理工大學中環(huán)信息學院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 14 繼電器 在本設(shè)計中采用的是 HK4100F 型繼電器。因為單片機的輸出電壓不足以驅(qū)動電機，所以采用輸出為 5V 的繼電器作為中間變壓器來驅(qū)動。本設(shè)計中繼電器與 ULN20xx 同時焊接在一塊 PC 板上，方便 接線。 HK4100F 繼電器的實物圖如圖 所示： 圖 繼電器實物圖 Relay physical map 本型號的繼電器基本參數(shù)如下表 和 所示： 表 HK4100F 繼電器的基本參數(shù) Table The basic parameters of HK4100F relay 觸點形式 1C1A1B 觸點材料 SILVER ALLOY 觸點負載 3A 250VAC/3A 30VDC 最大轉(zhuǎn)換電壓 300VAC/60VDC 最大轉(zhuǎn)換電流 3A 最大轉(zhuǎn)換功率 750VA/90W 接觸電阻 100mΩ（ at 1A 6VDC） 電器壽命 1 105Ops(30OPS/min) 機械壽命 1 107OPS(300OPS/min) 天津理工大學中環(huán)信息學院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 15 表 HK4100F 繼電器的基本性能參數(shù) Table The basic performance parameters of HK4100F relay 絕緣電阻 100MΩ 500VDC 觸點與線圈間耐壓 1000VAC 1MIN 觸點間耐壓 500VAC 1MIN 吸合時間 釋放時間 溫度范圍 25℃ to +70℃ 穩(wěn)定性 98m/s2 強度 980m/s2 振動 10 to 55HZ 濕度 35% to 85%RH 重量 Approx 安規(guī)認定 CUL TuV CQC HK4100F 繼電器的外形圖，接線圖，及安裝孔尺寸如下圖 所示： 圖 HK4100F 繼電器的外形圖、接線圖、及安裝孔尺寸 HK4100F relay figure, wiring diagram, and mounting hole size HK4100F 繼電器的電氣特性曲線如下圖 所示： 天津理工大學中環(huán)信息學院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 16 圖 HK4100F 繼電器電氣特性曲線 The electrical characteristics of HK4100F relay curve 超聲波測距儀器 US100 模塊簡介 US100 超聲波測距儀器可實現(xiàn) 到 的非接觸測距功能，它擁有比較寬的電壓輸入范圍，大約在 ~ 之間，靜態(tài)功耗低于 2mA，自帶溫度傳感器，可以對測量距離的結(jié)果進行校正 ,同時，它具有多種通信方式，如 GPI0，串口等通信方式。它內(nèi)部自帶看門狗，工作穩(wěn)定可靠。 超聲波測距儀的基本參數(shù)如下表 所示： 表 US100 超聲波測距儀的基本電氣參數(shù) Table Basic electrical parameters of US100 ultrasonic range finder 工作電壓 DC ~ 靜態(tài)電流 2mA 工作溫度 20~+70 度 輸出方式 電平或 UART（跳線帽選擇） 感應(yīng)角度 小于 15 度 探測距離 2450cm 探測精度 +1% UART 模式下串口配置 波特率 9600，起始位 1 位，停止位 1位，數(shù)據(jù)位 8 位，無奇偶校驗，無流控制。 天津理工大學中環(huán)信息學院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 17 US100 的實物圖如下圖 和 所示： 圖 US100 正面圖 US100 front view 圖 US100 背面圖 On the back of the US100 map 下圖 為 US100 超聲波測距儀的五個管腳及模式選擇跳線接口 圖 模式選擇跳線接口 Mode selection jumper interface 本模塊的尺寸： 45mm*20mm*。板上有兩個半徑為 1mm 的機械孔，如圖 所示 : 天津理工大學中環(huán)信息學院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 18 圖 US100 超聲波測距模塊尺寸圖 US100 ultrasonic ranging module size map 從左到右依次編號 1， 2， 3， 4， 5。它們的定義如下： 1 號 Pin：接 VCC 電源（供電范圍 ~）。 2 號 Pin：當為異步收發(fā)接收器模式時，接外部電路異步收發(fā)接收器的 TX 端；當為電平觸發(fā)模式時，接外部電路的 Trig 端。 3 號 Pin：當為異步收發(fā)接收器模式時，接外部電路異步收發(fā)接收器的 RX 端；當為電平觸發(fā)模式時，接外部電路的 Echo 端。 4 號 Pin：接外部電路的地端。 5 號 Pin：接外部電路的地端。 US100 超聲波測距儀器的電平觸發(fā)測距的時序如圖 所示： 10US 8 40K 圖 US100 測距時序圖 US100 ranging sequence diagram 天津理工大學中環(huán)信息學院