机电产品创新设计论文-基于MSP430的全球定位数控移动平台.doc

德州学院 山东省机电产品创新设计竞赛作品项目名称：基于MSP430的全球定位数控移动平台作者姓名： 施立彬、韩泉城、鲍明、 宋庆、夏学勇 单位： 机电工程系 专业： 自动化 指导教师： 贺廉云 2007年12月目录摘要本方案利用MSP430以及89S51联合控制，实现了轮式机器人爬楼梯。通过无线音视频处理传输系统将现场图像传回控制系统。利用GPS全球定位系统，通过一台电脑实时显示机器人的地理方位，在远程依靠控制器的RF射频传输模组远程控制机器人的运行，并将机器人的环境温度、湿度、角度信息传回控制器。（利用凌阳单片机实现语音控制系统）关键词：机器人环境检测 RF射频 GPS定位系统一. 引言二系统介绍2.1控制芯片介绍：2.1.1 MSP430芯片介绍MSP430系列单片机是一个16 位的单片机具有强大的处理能力，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式、简洁的条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令；有较高的处理速度，在 8MHz 晶体驱动下指令周期为 125 ns 。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。在运算速度方面， MSP430 系列单片机能在 8MHz 晶体的驱动下，实现 125ns 的指令周期。 16 位的数据宽度、 125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如 FFT 等），MSP430 系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。当系统处于省电的备用状态时，用中断请求将它唤醒只用 6us 。，超低功耗 MSP430 单片机具有超低的功耗，在系统中共有一种活动模式（ AM ）和五种低功耗模式（ LPM0LPM4 ）。在等待方式下，耗电为 0.7uA ，在节电方式下，最低可达 0.1uA 。丰富的片上外围模块MSP430系列单片机的各成员都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗（WDT）、模拟比较器A、定时器A（Timer_ A）、定时器B（Timer_ B）、串口0、1（USART0、1）、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、I2C总线直接数据存取（DMA）、端口O（P0）、端口16（P1P6）、基本定时器（BasicTimer）等的一些外围模块的不同组合。其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出A/D转换器；16位定时器（Timer_ A和Timer_ B）具有捕获/比较功能，大量的捕获/比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、PWM等；有的器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便的实现多机通信等应用；具有较多的I/O端口，最多达6*8条I/O口线；P0、P1、P2端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入；12/14位硬件A/D转换器有较高的转换速率，最高可达200kbps，能够满足大多数数据采集应用；能直接驱动液晶多达160段；实现两路的12位D/A转换；硬件I2C串行总线接口实现存储器串行扩展；以及为了增加数据传输速度，而采用直接数据传输（DMA）模块。MSP430系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。方便高效的开发环境目前MSP430系列有OPT型、FLASH型和ROM型三种类型的器件，这些器件的开发手段不同。对于OPT型和ROM型的器件是使用仿真器开发成功之后在烧写或掩膜芯片；对于FLASH型则有十分方便的开发调试环境，因为器件片内有JTAG调试接口，还有可电擦写的FLASH存储器，因此采用先下载程序到FLASH内，再在器件内通过软件控制程序的运行，由JTAG接口读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开发。这种方式只需要一台PC机和一个JTAG调试器，而不需要仿真器和编程器。开发语言有汇编语言和C语言。MSP430单片机目前主要以FLASH型为主。MAP430系列与89C51系列的比较首先，89C51单片机是8位单片机。其指令是采用的被称为“CISC”的复杂指令集，共具有111条指令。而MSP430单片机是16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，只有简洁的27条指令，大量的指令则是模拟指令，众多的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算。这些内核指令均为单周期指令，功能强，运行的速度快。其次，89C51单片机本身的电源电压是5伏，有两种低功耗方式：待机方式和掉电方式。正常情况下消耗的电流为24mA，在掉电状态下，其耗电电流仍为3mA；即使在掉电方式下，电源电压可以下降到2V，但是为了保存内部RAM中的数据，还需要提供约50uA的电流。而MSP430系列单片机在低功耗方面的优越之处，则是89C51系列不可比拟的。正因为如此，MSP430更适合应用于使用电池供电的仪器、仪表类产品中。再者，89C51系列单片机由于其内部总线是8位的，其内部功能模块基本上都是8位的虽然经过各种努力其内部功能模块有了显著增加，但是受其结构本身的限制很大，尤其模拟功能部件的增加更显困难。MSP430系列其基本架构是16位的，同时在其内部的数据总线经过转换还存在8位的总线，在加上本身就是混合型的结构，因而对它这样的开放型的架构来说，无论扩展8位的功能模块，还是16位的功能模块，即使扩展模/数转换或数/模转换这类的功能模块也是很方便的。这也就是为什么MSP430系列产品和其中功能部件迅速增加的原因。最后，就是在开发工具上面。对于89C51来说，由于它是最早进入中国的单片机，人们对它在熟悉不过了，再加上我国各方人士的努力，创造了不少适合我们使用的开发工具。但是如何实现在线编程还是一个很大的问题。对于MSP430系列而言，由于引进了Flash型程序存储器和JTAG技术，不仅使开发工具变得简便，而且价格也相对低廉，并且还可以实现在线编程。2.1.2 89S52芯片介绍 2.1.3 GPS模块介绍 2.1.4 CC2500 RF射频模组介绍 2.1.5 电机驱动芯片介绍 L298是一种常用的电机驱动芯片2.1.7 DS18B20数字式一线制温度传感器介绍DS18B20 是DALLAS 公司生产的一线制数字温度传感器，具有3引脚TO92 小体积封装形式；温度测量范围为55125，电源供电范围为3V5.5V； 可编程为9 位12 位数字表示，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16 位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20 可以并联到3 根（VDD、DQ和GND）或2 根（利用DQ线供电、GND）线上，CPU 只需一根端口线就能与总线上的多个串联的DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20 非常适用于远距离多点温度检测系统。三总体结构框图：车体结构框图：控制台系统框图：MSP430F149中央控制器RF射频收发模组控制器电源GPS地图显示屏操纵杆手柄时间显示温湿度显示数码管车体摄像头视频显示屏无线音视频接收GPS信号处理模组三系统机械设计3.1总体设计效果图3.2 爬楼梯部分机械结构介绍3.3 动力传动装置3.4 摄像头角度控制部分机械结构四系统硬件电路设计4.1车体电机部分4.1.1行进用直流电机控制电路 4.1.2 动作轮步进电机控制电路4.1.3 摄像头角度控制电机电路4.2 车体RF射频收发电路4.3 车体环境温度检测电路五系统软件设计5.1总控制器流程图5.2车体控制部分流程图一控制箱电路部分：铝合金箱100元铝合金面板，嵌入箱体内固定操纵用游戏机用操纵手柄C+ 上位机系统电路板自己先画部分RF模组传输的信号包括：1、GPS发回的20个卫星的信号。2、车体上的温湿度信号。3、车体行进电机以及摄像头电机控制信号。4、角度传感器发回信号。模组价格：90/片需要两片视频传输部分：、液晶显示屏：7寸TFT 400之内加邮费 8寸450、摄像头：带红外 130元/个 小型摄像头1个60之内、无线音视频传输模组：功率：2W 价格：380元造价：450+130+60+380=二车体部分：机械机构：机器人车体，找王会老师讨论，请王万新老师帮助，牟世刚老师帮助画3D效果+原理图。2mm厚钢板，链条用摩托车的高速链，轴需自己车，齿轮买标准齿，轴型号对应轴。车体电路部分：车体控制电路：六个电机，蓄电池，电机控制板，主控制器电路，传感器电路，需济南买：摇杆齿轮型号，数量，链条标准电机：四个直流电机。两个步进电机。用于，车体行驶用两个分于控制两侧驱动电机。两个从动轮控制电机（有可能需要步进电机）摄像头控制电机，俯仰角一个，水平角度控制一个。也就是总共需要6个电机。其中两个有可能用到步进。电机驱动块：LMD18200电机驱动芯片。德州买：无线音视频传输系统，摄像头，控制器用实验箱外壳。网上买：1、R