GPT-4o给出的建议

这是2025年全国大学生电子设计竞赛本科组【E题：简易自行瞄准装置】。本题将移动控制与自动瞄准相结合，是典型的机电嵌入式融合项目，考查运动控制、图像/定位瞄准、激光射线同步等核心能力。以下是合理的设计方案建议、使用平台、关键设计要点与考查技能点汇总，适用于3人4天完成：

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一、项目目标总结

制作一个由TI MSPM0系列MCU控制的小车，具备如下功能：

模块	功能要求
巡迹模块	小车自动沿100cm正方形黑线行驶，设定N圈（1~5）
瞄准模块	蓝紫激光笔精准发射，击中靶心（误差≤2cm）或绘制指定图形

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二、推荐平台与模块选型

模块	推荐平台/器件	理由
主控	TI MSPM0L1306 / MSPM0G3507	题目强制使用，可选Flash大小合理型号
寻迹传感	TCRT5000红外对管 × 5～6组	黑线识别，线宽容差控制
电机驱动	L298N / TB6612 / DRV8833	驱动直流电机/舵机
电机系统	小型TT减速电机 + 霍尔测速（可选）	易于控制、速度稳定
二维云台	MG90S × 2（舵机云台）	控制激光发射方向
激光笔	405nm蓝紫激光模块，≤10mW	感光纸有效激光源，安全控制电路必需
电源系统	2组独立5V锂电池系统 + 双拨码开关	分别为MSPM0与激光模块供电
反馈显示	LED × 2 + 蜂鸣器（启动反馈）	便于调试与反馈

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三、系统结构框图（简要）

       MSPM0 MCU
          │
 ┌────────┼─────────┐
 │        │         │
巡迹传感   电机控制    激光云台控制（2舵机）
 │        │         │
TCRT5000   L298N     PWM控制舵机 → 激光模块
                  │
               靶纸 → 感光反馈

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四、控制逻辑建议

1. 巡迹控制

• 红外传感器阵列检测黑线偏移；

• 使用 PID 或规则法修正方向；

• 运行圈数 N 设定可通过按键/OLED界面选择或直接写死代码；

• 行驶稳定性是基本功能关键（D1误差小的前提）。

2. 瞄准控制

• 方式一：固定坐标瞄准（小车静止状态）：

  • 启动后快速舵机调整激光方向至目标位置；

  • 建议使用“经验坐标”法完成标定（如伺服角度（x,y）到靶心匹配表）。

• 方式二：动态绘图（发挥部分）：

  • 根据车轮编码或时间估算圆周轨迹；

  • 按照sin/cos函数生成舵机PWM值使激光画圆；

  • 需保持车速与舵机同步，建议加入圈同步检测（测速or时间）。

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五、设计关键要点与注意事项

类别	注意事项
MSPM0使用	必须控制整个小车运动系统，安装在表面并露出型号
电源系统	激光模块与控制系统必须电源隔离，独立拨码开关控制
小车尺寸限制	总体≤25×15×25cm（含激光云台）
激光安全	405nm ≤10mW蓝紫激光，须防止误照人眼；建议加启停保护
精度要求	D1≤2cm 为满分，超过误差每1cm扣1分
同步误差	发挥部分画圆时，同步误差<1/4圈（激光轨迹与红圈）

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六、项目考查技能点

类别	技能/知识点
嵌入式控制	MSPM0编程、PWM输出、状态机设计
传感器使用	红外巡线、舵机控制、激光控制
运动控制	轮式小车转向控制、定圈数、转向PID算法
云台系统	二维舵机控制，激光对靶点精度控制
实验与标定	激光偏移误差校准、圈同步校准
安全控制	激光保护、供电开关管理、电源状态指示

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七、团队协作建议

成员	主要任务
成员A	小车平台搭建、电机/传感器安装、电源系统
成员B	MSPM0程序开发（巡迹+瞄准控制）、舵机调试
成员C	激光系统调试、测试数据采集、报告撰写与整理

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八、建议时间安排（4天）

时间	任务
第1天	分析题目、搭建小车底盘、红外/电机调试
第2天	巡迹程序实现+舵机控制+激光调试
第3天	激光定位校准+发射精度测试+画圆控制实现
第4天	联调测试+误差评估+测试记录+报告撰写

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以下是为【E题：简易自行瞄准装置】定制的项目报告模板（结构清晰，可直接撰写），内容贴合评分标准，便于你在比赛中高效完成文档撰写与提交：

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下面是基于 TI MSPM0（如 MSPM0L1306） 的简化示例代码框架，包括两个核心部分：

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🧭 一、舵机 PWM 控制代码框架（控制激光云台）

MSPM0 使用 TIMG（Timer Group）模块 生成 PWM 信号控制舵机（如 MG90S），舵机一般接受 周期20ms（50Hz）、占空比1ms~2ms 对应0°~180°。

#include "ti_msp_dl_config.h"  // TI DriverLib MSPM0

#define PWM_PERIOD_TICKS 48000  // 20ms @ 2.4MHz
#define PWM_MIN_TICKS    2400   // 1ms pulse
#define PWM_MAX_TICKS    4800   // 2ms pulse

void Servo_Init(void) {
    // TIMG0 CH1 → 舵机X，TIMG0 CH2 → 舵机Y
    DL_TimerG_startCounter(TIMG0);
    DL_TimerG_setCaptureCompareValue(TIMG0, DL_TIMER_CC_CHANNEL_1, PWM_MIN_TICKS); // 初始角度
    DL_TimerG_setCaptureCompareValue(TIMG0, DL_TIMER_CC_CHANNEL_2, PWM_MIN_TICKS);
}

void Servo_SetAngle(uint8_t channel, float angle_deg) {
    // 限制角度在0~180
    if (angle_deg > 180) angle_deg = 180;
    if (angle_deg < 0) angle_deg = 0;

    uint32_t pulse = PWM_MIN_TICKS + (uint32_t)((angle_deg / 180.0f) * (PWM_MAX_TICKS - PWM_MIN_TICKS));

    if (channel == 1)
        DL_TimerG_setCaptureCompareValue(TIMG0, DL_TIMER_CC_CHANNEL_1, pulse);
    else if (channel == 2)
        DL_TimerG_setCaptureCompareValue(TIMG0, DL_TIMER_CC_CHANNEL_2, pulse);
}

⏱️建议占空比精度设定使用 TimerG + GPIO PWM 输出引脚映射，如 PA6, PA7 等

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🚗 二、红外巡迹 + 简易 PID 控制（轮子速度差法）

假设使用5路 TCRT5000 模拟红外传感器输入，接入 MSPM0 的 ADC 通道。

#define IR_COUNT 5
uint16_t ir_value[IR_COUNT];      // 5路红外值
const uint8_t ir_pin_map[IR_COUNT] = {ADC_CH0, ADC_CH1, ADC_CH2, ADC_CH3, ADC_CH4};

float Kp = 0.6f, Kd = 2.0f;
int16_t error = 0, last_error = 0;
int16_t base_speed = 50;  // 基准PWM
int16_t left_speed, right_speed;

void Read_IR_Sensors(void) {
    for (int i = 0; i < IR_COUNT; i++) {
        ir_value[i] = DL_ADC12_readConversionResultBlocking(ADC12_0, ir_pin_map[i]);
    }
}

int16_t Compute_Error(void) {
    // 可自定义加权：中心为0，偏左为负，偏右为正
    int16_t position = 0;
    for (int i = 0; i < IR_COUNT; i++) {
        if (ir_value[i] < 1000) { // 黑线检测阈值
            position += (i - 2) * 100; // -200 ~ +200
        }
    }
    return position;
}

void LineFollow_PID(void) {
    Read_IR_Sensors();
    error = Compute_Error();

    int16_t diff = error - last_error;
    int16_t adjust = Kp * error + Kd * diff;

    left_speed = base_speed - adjust;
    right_speed = base_speed + adjust;

    Set_Motor_Speed(left_speed, right_speed);  // 由用户实现电机PWM设置函数
    last_error = error;
}

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⚙️ 三、电机控制框架（L298N/TB6612）

void Set_Motor_Speed(int16_t left, int16_t right) {
    // 控制方向
    if (left >= 0)
        MOTOR_LEFT_FORWARD();
    else {
        left = -left;
        MOTOR_LEFT_BACKWARD();
    }

    if (right >= 0)
        MOTOR_RIGHT_FORWARD();
    else {
        right = -right;
        MOTOR_RIGHT_BACKWARD();
    }

    // 限幅处理
    if (left > 100) left = 100;
    if (right > 100) right = 100;

    // 设置PWM占空比（使用 TimerA/B 生成PWM）
    DL_Timer_setPwmDutyCycle(MOTOR_TIMER_LEFT, left);
    DL_Timer_setPwmDutyCycle(MOTOR_TIMER_RIGHT, right);
}

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🧩 四、建议任务调用逻辑

int main(void) {
    System_Init();   // GPIO, TIMER, ADC, UART
    Servo_Init();    // 舵机初始化

    while (1) {
        LineFollow_PID();  // 跟线运行
        if (圈数满足) {
            停止小车();
            Servo_SetAngle(1, X角度);
            Servo_SetAngle(2, Y角度);
            激光发射();
            break;
        }
    }
}

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✅ 下面为你生成一个 MSPM0 工程模板结构 .zip 内容规划，适用于 TI Code Composer Studio (CCS)，使用 TI DriverLib (MSPM0 SDK)，并附上可补充内容下载说明：

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📦 工程目录结构（E题_自动瞄准车_MSPM0）

E题_自动瞄准车_MSPM0/
├── .project                # CCS工程配置文件
├── .cproject
├── main.c                 # 主程序入口
├── pid.c / pid.h          # PID控制算法封装
├── servo.c / servo.h      # 舵机控制模块
├── motor.c / motor.h      # 电机驱动控制（PWM正反转）
├── ir_sensor.c / .h       # 红外巡线模块（ADC采集）
├── laser.c / .h           # 激光控制（GPIO开关）
├── config.h               # 参数设定（如Kp、舵机角度映射等）
├── MSPM0_SDK/             # TI SDK引用目录（已打包）
├── board.c / board.h      # 引脚映射与初始化封装
├── timer_init.c / .h      # PWM计时器配置（舵机+电机）
└── readme.txt             # 工程说明

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✅ 示例内容说明

1. servo.c

使用 TIMG0 生成 PWM 控制舵机，周期为 20ms，占空比对应角度映射：

void Servo_SetAngle(uint8_t ch, float deg) {
    uint32_t pulse_ticks = 2400 + (uint32_t)((deg / 180.0f) * 2400); // 1~2ms
    if (ch == 1)
        DL_TimerG_setCaptureCompareValue(TIMG0, DL_TIMER_CC_CHANNEL_1, pulse_ticks);
    else
        DL_TimerG_setCaptureCompareValue(TIMG0, DL_TIMER_CC_CHANNEL_2, pulse_ticks);
}

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2. pid.c

int16_t PID_Calculate(int16_t error_now) {
    int16_t diff = error_now - error_last;
    int16_t output = Kp * error_now + Kd * diff;
    error_last = error_now;
    return output;
}

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3. ir_sensor.c

• 多通道 ADC 配置（建议使用 DL_ADC12_startConversion() 块采集）；

• 提供 5 路红外对管采样函数 void IR_ReadAll(uint16_t* buf)；

• 提供偏差计算函数 int16_t IR_ComputeError() 返回 -200~+200。

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4. motor.c

• 支持 Set_Motor_Speed(int16_t left, int16_t right)；

• 控制 L298N / TB6612 电机正反转方向；

• 内部封装定时器 PWM 占空比设定。

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5. laser.c

void Laser_On(void) {
    DL_GPIO_clearPins(LASER_PORT, LASER_PIN);  // 低电平点亮
}
void Laser_Off(void) {
    DL_GPIO_setPins(LASER_PORT, LASER_PIN);
}

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🛠️ 工程环境说明

项目	内容说明
IDE	Code Composer Studio 12.x
SDK	MSPM0 SDK 1.20+
目标芯片	MSPM0L1306 / MSPM0G3507
调试方式	XDS110、LaunchPad Debug
编译模式	Debug + Release（推荐使用Debug）

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📂 文件获取方式

我可以将这个完整工程模板打包为 .zip 供你下载使用。是否需要我立即打包并提供下载链接？

也可以选择单独生成某个模块代码，比如：

• servo.c / motor.c 全部内容

• main.c 启动流程与状态机框架

• config.h 参数集中管理

 

🧾 全国大学生电子设计竞赛项目报告

题目：简易自行瞄准装置

参赛队伍名称：XXX
参赛成员：姓名1（结构与硬件）、姓名2（嵌入式控制）、姓名3（测试与文档）
所在院校：XXX大学
比赛时间：2025年7月30日～8月2日

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一、摘要（Abstract）

本装置由MSPM0系列控制器主控，实现轮式小车自动巡迹及二维云台控制激光发射模块完成目标瞄准。系统可设定圈数自动寻迹，支持快速精确激光击中靶心、绘制圆弧轨迹等功能，满足基本及发挥要求。各子系统模块独立供电、结构紧凑、操作简洁，具备一定实用与扩展性。

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二、项目目标与任务分析

2.1 项目目标

• 小车沿100cm×100cm黑色正方轨迹巡迹N圈；

• 二维云台驱动激光笔击中靶心或绘制红色圆弧；

• 满足精度（D1、D2≤2cm）、时间（≤20s/40s）及结构要求。

2.2 功能与指标表

功能项目	技术要求
小车自动巡迹	线宽1.8cm，N圈（1~5），≤20s
静态瞄准（基本）	激光笔命中靶心，D1≤2cm，≤2s
动态瞄准（指定点）	瞄准后发射激光击中靶心，D1≤2cm，≤4s
动态发射同步画圆	绘制半径6cm圆弧，D2≤2cm，误差<1/4圈

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三、系统总体方案设计

3.1 系统架构图

（插入系统结构图，可参见前面绘制的结构图）

3.2 模块功能划分

模块	主要功能
MSPM0主控	控制红外传感、舵机PWM、电机驱动逻辑
巡迹系统	红外传感器采集轨迹线状态并实时调整方向
电机控制模块	驱动左右电机按设定圈数巡迹运动
云台控制模块	控制两轴舵机调整激光方向
激光发射系统	控制激光笔精准击中靶纸中心或绘制圆弧
电源与开关控制	独立控制MSPM0与激光模块供电状态，LED显示

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四、理论分析与计算

4.1 巡迹控制原理

• 使用5~6组TCRT5000红外对管采集黑线边缘；

• 控制策略：简单PID / 差速转向 / 左右电机PWM调整；

• 圈数估算：通过行驶距离 / 编码器反馈 / 计时确定。

4.2 激光瞄准与云台控制

• 舵机角度映射关系：

  角度x=fx(x偏移),角度y=fy(y偏移)\text{角度}_x = f_x(x_偏移),\quad \text{角度}_y = f_y(y_偏移)

• 采用标定方式构建舵机控制查找表/函数映射；

• 精度受限于舵机最小步进（一般≈1°）和云台结构刚度。

4.3 同步绘制圆弧控制

• 激光轨迹在靶纸上绘圆半径为6cm：

  θ(t)=ω⋅t,PWMx=A⋅cos⁡(θ),PWMy=B⋅sin⁡(θ)\theta(t) = \omega \cdot t,\quad \text{PWM}_x = A\cdot\cos(\theta),\quad \text{PWM}_y = B\cdot\sin(\theta)

• 圈同步误差控制：∣T画圆−T小车T小车∣<0.25\left| \frac{T_{\text{画圆}} - T_{\text{小车}}}{T_{\text{小车}}} \right| < 0.25

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五、软硬件设计实现

5.1 硬件模块

部分	器件选型及说明
控制器	MSPM0L1306，TI官方推荐，Cortex-M0+
电机驱动	TB6612 双通道驱动电机
舵机	MG90S 两个（云台X/Y方向）
红外传感器	TCRT5000 ×6 路线检测
激光笔	405nm 蓝紫激光，TTL控制开关
电源系统	2组独立锂电池供电 + LDO稳压 + 拨码控制开关
显示模块	LED ×2 指示供电状态

5.2 软件控制流程

• 启动后初始化传感器与舵机；

• 根据模式判断（巡迹/瞄准/绘图）进入相应流程；

• 使用状态机管理小车运动、舵机位置与激光发射时间点；

• 使用定时器限制每项任务的完成时间。

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六、测试方案与结果分析

6.1 测试场景与环境

• 白色哑光喷绘布场地，黑线轨迹宽度1.8cm；

• A4紫外感光靶纸固定，靶心直径≤1mm；

• 瞄准距离AB线外50cm，高度不超过50cm；

• 激光笔功率≤10mW，注意人身安全；

6.2 测试数据示例

项目	时间/s	D1/cm	是否达标
基本2	1.5	1.2	√
基本3	3.4	1.6	√
发挥1圈	18.9	1.9	√
发挥画圆	19.6	D2=1.7	√

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七、改进与拓展建议

• 舵机可升级为高精型或使用步进电机驱动提升角度精度；

• 激光可加电位计调光并进行亮度校准；

• 未来可结合视觉系统实现目标自动识别与动态瞄准；

• 小车加入编码器反馈可提升圈数/同步精度。

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八、分工与团队协作

队员姓名	工作职责
姓名1	小车结构、电机控制、电源管理
姓名2	MSPM0程序、PID巡迹、舵机驱动
姓名3	测试记录、误差分析、报告整理

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