MSPM0G3507-Car（直角弯巡线）

基于 TI MSPM0G3507 的八路灰度直角弯巡线小车，使用 TB6612、编码器速度 PI 与巡线 PD 控制。

当前状态

基础直线、普通弯道、左右直角弯均已完成实车验证（2026-07-15）。

功能特点

八路灰度加权差比和巡线，移植自 STM32 car_v1.2 验证逻辑
转向 PD 控制，差速分配，含弯道减速和丢线惯性保持
直角弯状态机：一侧 ≥3 灯触发 → 内轮低速 (50mm/s)、外轮 SLOW (200mm/s) 圆弧转弯 → 中央 D4/D5 连续 2 帧捕线退出 → 15 帧防重入锁定
编码器速度闭环：双编码器 RISE_FALL 2× 解码 (520 脉冲/圈)，EMA 速度滤波，增量式 PI 控制
目标加速斜率限制：PI 目标每 10ms 最多上升 50mm/s，减速立即生效
OLED 四行实时显示：传感器状态、巡线模式、目标速度、实际速度
按键接口预留：四路按键 GPIO 与基础读取驱动已配置，当前尚未接入巡线主循环。
UART 蓝牙：串口回显，预留遥控接口

硬件清单

模块	型号/说明
主控	TI MSPM0G3507 (ARM Cortex-M0+, 80MHz, LQFP-64)
电机驱动	TB6612FNG 双 H 桥
电机	双直流减速电机 (带编码器, 260 线/圈, 轮径 67mm)
灰度传感器	八路灰度 + CD4051 通道复用 (亚博智能)
显示	0.96 寸 OLED 128×64 (I2C, 4 脚)
调试探针	XDS110 (SWD)
蓝牙	HC-05 / JDY-31 (UART)

引脚映射

电机驱动 (TB6612)

功能	引脚	外设
STBY (待机)	PB24	GPIO 输出
AIN1 (左方向1)	PA13	GPIO 输出
AIN2 (左方向2)	PA12	GPIO 输出
PWMA (左 PWM)	PB4	TIMA1 CCP0
BIN1 (右方向1)	PB0	GPIO 输出
BIN2 (右方向2)	PB8	GPIO 输出
PWMB (右 PWM)	PB1	TIMA1 CCP1

编码器

功能	引脚	中断
左 A 相	PA15	GPIOA RISE_FALL
左 B 相	PA16	—
右 A 相	PA17	GPIOA RISE_FALL
右 B 相	PB9	—

灰度传感器 (CD4051)

功能	引脚	说明
OUT (信号)	PA14	输入, 内部上拉
AD0	PB18	通道选择 bit0
AD1	PB19	通道选择 bit1
AD2	PA30	通道选择 bit2

其他

功能	引脚	外设
OLED SDA	PA28	I2C0
OLED SCL	PA31	I2C0
UART TX	PA10	UART0 → 蓝牙
UART RX	PA11	UART0 ← 蓝牙
按键 Kp+	PA25	GPIO 输入 (下拉)
按键 Kp-	PA26	GPIO 输入 (下拉)
按键 Ki+	PB23	GPIO 输入 (下拉)
按键 Ki-	PA29	GPIO 输入 (下拉)
LED	PB22	GPIO 输出

控制架构

八路灰度读取 (CD4051, ~8ms)
       │
       ▼
加权差比和 raw_error = sum_L - sum_R (不除以 cnt)
       │
       ├─ 直角弯触发? (一侧≥3, 另一侧≤1)
       │     ├─ YES → TURN 状态机
       │     │     左转: L=50, R=200 mm/s
       │     │     右转: L=200, R=50 mm/s
       │     │     退出: 原触发区离开 → D4/D5×2 中央捕线 → 同帧 NORMAL PD
       │     │
       │     └─ NO  → NORMAL PD
       │              error → PD (Kp×err + Kd×diff)
       │              steer_out 限幅 ±200
       │              弯道减速: base = FAST × (1 - |err|/12 × 0.7)
       │              差速: L = base - steer, R = base + steer
       │              轮速地板: 低于 50 → 抬至 50
       │
       ▼
motor_target_set(L, R)
       │
       ▼
编码器速度 PI (10ms 节拍)
  EMA 滤波 → 增量式 PI → PWM 占空比 (0~4000)
  目标加速斜率: +50mm/s / 10ms

各模块说明

模块	算法	关键参数
八路灰度加权差比和	`error = Σ(Di×Wi_左) - Σ(Di×Wi_右)`	W1~W8 = 6, 4.2, 1.8, 0, 0, 1.8, 4.2, 6
巡线转向 PD	`steer = Kp×error + Kd×Δerror`	Kp=20.0, Kd=10.0, STEER_MAX=200
弯道减速	`base = FAST × (1 -	error
直角弯触发	一侧 ≥3 灯 && 另一侧 ≤1	最小 3 帧, 超时 200 帧
直角弯退出	armed → D4/D5×2 连续确认	防重入 15 帧
编码器速度 PI	增量式 PI, float 累加	Kp=0.5, Ki=0.4, 周期 10ms
EMA 速度滤波	`speed = 0.3×raw + 0.7×speed`	有效分辨率 ~10 mm/s
目标加速斜率	PI 目标每 10ms 最多 +50mm/s	减速立即生效

核心参数速查

速度常量 (empty.c)

宏	值	说明
`TRACK_SPEED_FAST`	400	直道速度 mm/s
`TRACK_SPEED_SLOW`	200	直角弯外轮速度 mm/s
`TRACK_SPEED_MIN`	50	普通巡线最低基础速度 mm/s
`TRACK_SPEED_TURN_INNER`	50	直角弯内轮速度 mm/s
`TRACK_SPEED_WHEEL_FLOOR`	50	普通 PD 单轮最低速度 mm/s

巡线 PD

参数	值
Kp	20.0
Kd	10.0
STEER_MAX	200

八路权重

D1	D2	D3	D4	D5	D6	D7	D8
6.0	4.2	1.8	0.0	0.0	1.8	4.2	6.0

电机 PI 与编码器

参数	值
编码器有效脉冲/圈	520 (260线 × 2沿 RISE_FALL)
轮径	67 mm
PI 周期	10ms (TIMG7)
Kp	0.5
Ki	0.4
EMA α	0.30
目标加速限制	+50 mm/s / 10ms
PWM 计数上限	4000
PWM 频率	80MHz / 4000 = 20kHz

直角弯状态机

参数	值
触发条件	一侧 ≥3, 另一侧 ≤1
最小转弯帧	3
超时帧数	200
退出确认帧	2 (D4/D5 连续)
防重入锁定	15 帧

OLED 四行显示

行	格式	说明
Row 0	`GRAY:xxxxxxxx`	8 路传感器 (0=白 1=黑)
Row 1	`MODE:xxxxx`	巡线模式 (STRAIGHT/LEFT/RIGHT/TURN-LEFT/TURN-RIGHT/SEARCH)
Row 2	`TGT Lxxxx Rxxxx`	左右轮 PI 目标速度 (mm/s, 经加速斜坡)
Row 3	`SPD Lxxxx Rxxxx`	左右轮 EMA 实测速度 (mm/s)

项目目录结构

09_MOTOR_CAR/
├── empty.c                 # 主入口 main() + track() 巡线控制
├── empty.syscfg            # SysConfig 外设配置源文件
├── motor.c / motor.h       # 双电机驱动 (TB6612 + 编码器 + PI 闭环)
├── grayscale.c / grayscale.h  # 八路灰度 CD4051 传感器驱动
├── oled.c / oled.h         # OLED 128×64 I2C 显示驱动
├── oledfont.h              # OLED 字库 (6×8 / 8×16)
├── key.c / key.h           # 按键输入检测
├── uart.c / uart.h         # UART 蓝牙串口
├── delay.c / delay.h       # 毫秒/微秒延时
├── syscfg_pin_tool.py      # SysConfig 引脚配置辅助脚本
├── README.md               # 本文件
├── 错误日志.md          # 开发踩坑全记录
├── .ccsproject / .cproject / .project   # CCS Theia 工程元数据
├── .settings/              # CCS 工程设置
├── .gitignore              # Git 忽略规则
└── targetConfigs/
    └── MSPM0G3507.ccxml    # XDS110 调试器配置

本仓库仅保留 Debug/device_linker.cmd；Debug/ 下其余构建产物和 SysConfig 生成文件由 CCS 构建时重新生成。

构建与烧录

环境要求

IDE：Code Composer Studio Theia
MSPM0 SDK：mspm0_sdk_2.10.00.04
编译器：TI ARM Clang ti-cgt-armllvm_4.0.4.LTS
SysConfig：1.26.2
调试器：XDS110 (TI 官方)

构建步骤

用 CCS Theia 打开 09_MOTOR_CAR 文件夹
右键工程 → Build Project (或 Ctrl+B)
生成文件在 Debug/ 目录下

或命令行构建（PowerShell）：

Set-Location "<project>\Debug"
& "<ccs>\ccs\utils\bin\gmake.exe" -B all

<project> 为本仓库路径，<ccs> 为 CCS 安装目录。

烧录 (XDS110 / DSLite)

& "<ccs>\ccs\ccs_base\DebugServer\bin\DSLite.exe" flash `
  --config="<project>\targetConfigs\MSPM0G3507.ccxml" `
  --flash --verify --run --verbose --timeout=90 `
  "<project>\Debug\09_MOTOR_CAR.out"

<project> 为本仓库路径，<ccs> 为 CCS 安装目录。--flash 烧录，--verify 校验，--run 烧录后运行。

常见问题

调试探针切换 (J-Link ↔ XDS110)

换烧录器后 Debug 仍弹旧探针对话框：删除 targetConfigs/MSPM0G3507.ccxml，CCS 右键工程 → Close Project → 双击打开，CCS 自动重建 ccxml。同时检查 .theia/launch.json 的 connections 字段。

电机不转 — 方向初始化

motor_init() 将方向引脚设为 STOP（刹车），若 motor_set_target_speed() 仅在方向变化时才切换，首次正转可能永不被触发。修复：无条件设置方向。

编码器测速分辨率

GPIO 中断仅能做软件解码。用 SysConfig RISE_FALL 极性（不是 BOTH）达到 2× 解码 (520 脉冲/圈)，配合 EMA 滤波 (α=0.3) 实现有效分辨率 ~10 mm/s。

OLED 刷新慢

4 脚 OLED 仅支持硬件 I2C。I2C 速率在 SysConfig 中设为 Fast (400kHz)，不是 basicBitRate 属性。使用分块刷新 OLED_RefreshStep() 降低每帧阻塞时间。

SysConfig 属性名陷阱

目的	❌ 错	✅ 对
I2C 400kHz	`basicBitRate = 400`	`basicControllerStandardBusSpeed = "Fast"`
编码器双沿	`polarity = "BOTH"`	`polarity = "RISE_FALL"`

TIMA vs TIMG

高级定时器 TIMA 支持双 CCP（适合双电机），普通定时器 TIMG 仅单 CCP。SysConfig 中先创建 TIMG 再改 TIMA 不刷新第二个 CCP 下拉框 → 必须删除重建并直接选 TIMA。

STM32 参考项目

本项目的巡线算法（加权差比和 + 转向 PD + 直角弯状态机）移植自 STM32 小车项目：

github.com/5ee511/car

关键差异：

STM32 使用硬件编码器 4× 解码 (1040 脉冲/圈)，TI MSPM0 使用 GPIO 中断软件 2× 解码 (520 脉冲/圈)
STM32 直接用编码器脉冲数做 PID，TI 转为 mm/s 单位
STM32 PID 约 100ms 更新，TI PID 每 10ms 更新
TI motor_target_set(0, ...) 触发 TB6612 主动刹车，STM32 目标 0 仅停止 PID 输出

后续计划

蓝牙遥控指令协议设计与实现
PID 参数在线整定（通过按键或串口）
速度曲线规划（梯形加减速）
里程计 / 航位推算
电池电压检测与低电量保护
超声波 / 红外避障

演示

实车直角弯巡线视频（文字占位，视频文件不上传）

项目日期：2026-07 | 芯片：MSPM0G3507 | 平台：天猛星

Name		Name	Last commit message	Last commit date
.settings		.settings
Debug		Debug
targetConfigs		targetConfigs
.ccsproject		.ccsproject
.cproject		.cproject
.gitignore		.gitignore
.project		.project
README.md		README.md
delay.c		delay.c
delay.h		delay.h
empty.c		empty.c
empty.syscfg		empty.syscfg
grayscale.c		grayscale.c
grayscale.h		grayscale.h
key.c		key.c
key.h		key.h
motor.c		motor.c
motor.h		motor.h
oled.c		oled.c
oled.h		oled.h
oledfont.h		oledfont.h
syscfg_pin_tool.py		syscfg_pin_tool.py
uart.c		uart.c
uart.h		uart.h
错误日志.md		错误日志.md

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