电赛2024年H题智能小车基于MSPM0G3507主控MCU（利用8路灰度加上MPU6050的解决方式）具体项目报告_2024年电赛h题设计报告

题目：自动行驶小车（H题）

摘要

本项目由微处理器MSPM0G3507，编码器电机驱动，8路灰度传感器指示线巡线单元，MPU6050六轴传感器无线直行单元，OLED显示人机互动单元，红色LED及蜂鸣器声光提示单元构成。系统运行由两部分组成：自动行驶小车的无指示线直行控制部分和有指示线弯道行驶的实时转向控制部分，小车的无指示线直行控制部分，由MPU6050六轴传感器获得小车姿态的偏航角，通过获得的实时偏航角，编码器的实际值，构成双反馈串行PID实时监控调制小车实际运行轨迹的目的。指示线弯道行驶控制部分，由8路灰度传感器获得小车在指示线上实时运动方位，输出模拟量，通过模拟量和编码器脉冲值构成串行闭环PID实时控制小车投影位于指示线方位的目的。完成所有项目要求。

关键词：MSPM0G3507；MPU6050六轴传感器；8路灰度传感器；自动行驶小车

目 录

一、系统方案

1. 方案比较与选择

2．方案描述

二、理论分析与计算

1. 小车自动行驶误差分析

2. 小车轨迹控制

三、电路与程序设计

1. 电路设计

2. 程序设计

四、测试方案与测试结果

1.测试所用仪器

2.测试方案

3.测试结果分析

五、参考文献

一、系统方案

1. 方案比较与选择

（1）电机选取

方案一：采用步进电机能够精准的控制小车的前进、后退、转向，不需要过多的PID调制就可以达到所预期的目标速度和小车的运动轨迹，但对于本项目单个步进电机的体积过大，加上其他基本部件会超过项目要求的最大高度和宽度。

方案二：使用霍尔编码器电机，通过编码器返还的实时脉冲数，通过PID的实时计算修正，达到小车的预期运动轨迹，体积适中，PID调节难度适中，能够满足本项目对电机控制的全部需求。

方案三：使用直流空心杯电机，直流空心杯电机具有体积小、质量轻直流空心杯电机并不具备测速功能。由于其小巧的尺寸和轻量化设计，直流空心杯电机在空间受限或对重量要求较高的应用场景中具有优势。

方案四：使用无刷直流电机，具有高效率、高转速和低噪音的特点，适用于许多应用领域。BLDC电机需要专门的驱动器和控制算法来实现闭环控制，操作难度大，精度高。

综合以上四种方案，方案二更加切合题目的要求，以及本项目对电机控制精度的基本要求和实时负反馈需求，故选择方案二。

（2）二维角度传感器

方案一：采用L3GD20三轴陀螺仪，得到三轴的角速度，量程大，操作难度小，只能测量角速度，无法测量三维角度，达不到项目对角度值获取的基本需求。

方案二：使用微处理单元MPU6050。芯片包含三轴加速度计及三轴陀螺仪，外围电路设计简单，采用IIC通信协议，具有量程大，精度高，功耗低，满足项目对角度精度的需求。

方案三：采用导电的塑料电位器。高分辨率、平稳转动和低动态噪声优点。根据传输信号