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摘 要 坡道行驶电动小车采用MSP432作为MCU，使用红外对管循迹，舵机转向，PID控制电机实现循迹匀速运行至终点，在终点停车响一声示意。 小车的循迹部分采用阵列式红外对管读取木板上黑白相间的点状轨迹路线，使用串口屏作为人机交互端口，设定通过规定路径所需时间，由PID反馈调整速度，闭环控制，使小车能够自动根据坡道角度改变速度，从而实现在不同坡度下用相同的时间通过指定路径的任务。 此外，为了适应坡角较大的斜坡，小车设计有负压吸引装置。在小车中心设计挖去一圆形区域，在凹槽下方固定负压吸引吸盘，通过内置小电机不断工作，将吸盘区域的空气抽出，形成负压区域，从而能够爬更陡的坡。 关键字： MSP432 红外对管 串口屏 PID 负压吸引 1系统方案本系统的硬件部分主要包括MSP432核心板、红外对管模块、电源模块、电机驱动模块，串口屏、蜂鸣器模块组成。机械部分，车**由自行设计的亚克力底板和舵机转向机械装置和两个大扭矩电机组成，底板中间挖空放置一自行设计的负压吸引装置3D打印件，中间由亚力克顶板作为支撑平面，其上放置一体板转接板核心板等其他硬件。软件部分使用串口屏显示菜单，并通过按键调节时间。 1.1小车寻迹方法的论证与选择方案一：使用 MSP432单片机控制。单片机控制使得小车能够处理更多情况，对小车的控制更加灵活。 方案二：使用颜色识别模块——识别路线。此模块为对点识别，返回RGB值，但是对点识别效率低，对情况判断准确率低。 方案三：利用光敏电阻与比较器寻迹。电路简便，且重量轻，能量损耗小。但是对于外界光线极其敏感，稳定性较低。 方案四：采用红外对管与比较器寻迹。红外对管寻迹的鲁棒性强，且电路简单功耗低， 与比较器相结合可以快速及时的调整小车的运行轨迹。 综合以上，考虑此场景中低功耗，稳定寻迹的要求，选择方案四。 1.2 电机驱动模块方案一：采用步进电机，步进电机的力量相对较大，但是控制相对困难，并且之前在使用过程中会出现抖动过大的状况，且温度过高首先会使电机的磁性材料退磁， 从而导致力矩下降甚至于丢失。 方案二：采用舵机，舵机稳定性好，可控性强，抖动小。电机采用直流电机，在运转时摩擦力小，噪音降低，很小电流即可驱动，而且具有体积小功率高特点，使用半桥电机驱动芯片BTN7971搭建H桥电路驱动直流电机,电机控制线通过74LVC245隔离芯片隔离，以保护单片机IO口，利用 PWM 调速控制能很好的得到差速进而控制方向。 综合以上两种方案，选择方案二。 1.3电源模块使用BUCK开关电源芯片TPS5430一级降压输出5.3V给线性电源芯片进行二级降压输出稳定的3.3V和5V给MCU和外设供电。 1.4GUI模块使用GUI实现可视化控制，按照题目的要求，修改相关参数。
2系统理论分析与计算为了提高小车的爬坡性能，使得小车可以在更大的坡度角下正常运行，需要从车体机械部分与力学模型分析两方面入手来优化小车的结构。
2.1 车体机械参数的确定
车模为四轮电动小车，投影尺寸不超过25cm x 25cm。车模选用基于阿克曼转向原理的舵机转向小车，后轮为直流减速双电机驱动。为进一步提升小车的爬坡能力，需要采用高减速比的直流电机。另外，为避免小车在横向坡道下行驶的侧翻问题，在搭车时需要尽可能地降低整车的重心。
2.2小车在坡道行驶下力学模型分析
小车在坡道行驶的情况下，主要有两大方面的问题，即侧翻和滑移。对于侧翻，可以通过降低整车的机械重心得到较好的解决。而对于滑移的问题，一方面需要从车轮与坡面接触层面着手，即提高车轮与坡面的接触面积或粗糙系数等；另一方面则需要从改变车模受力状态入手。在一般情况下，随着坡度脚的增加，车模沿坡面方向的分力逐渐增大，而沿垂直于坡面方向的压力则逐渐减少，这种状况从根本上限制了小车所能正常运行的最大坡度角。通过由一直流电机带动涡轮叶片旋转的负压吸引装置，可以增大小车与坡面之间的接触压力，从而增大车与坡道之间的摩擦力，一定程度上提高了小车的爬坡性能。 3电路与程序设计
3.1系统总体框图
3.2电路原理图单片机及外围电路电路原理图
单片机使用TI的MSP432核心板，下方通过一转接板转接到另一个一体板上，由一体板直接驱动其他外围设备。
3.3程序的设计本题目主要为控制小车在有坡度的木板上匀速循迹到达终点，在终点停车并发出声音提示。主要内容为通过红外对管循迹，舵机转向，PID控制电机实现匀速循迹上坡停车，通过串口屏向MCU发送命令进行操作。 4测试方案与测试结果方案一：取轻，利用负压吸引增加爬坡能力，为减轻重量，使用减速比较大的小电机，各模块分立,总重量低于0.6kg. 方案二：取重，保留负压吸引装置，使用较重的大扭矩电机以及之前设计的外设驱动一体板，通过转接板与TI的MSP432P401R核心板以及其他外设连接，总重1.2kg左右。 4.1测试一使用质量较轻的不同减速比的小电机 4.2 测试二使用质量较重的扭矩比较大的大电机 4.3 测试三 使用质量较重的扭矩比较大的大电机 搭载两路红外对管循迹 测试结果
测试基本符合预期
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