基于AVR的智能教學無人車控制系統(tǒng)設計
針對市場上大多數(shù)教學無人車設計采用單片機單一控制導致其功能擴展性弱、靈活度低等問題,設計了一種基于Atmega128單片機和無線通信的智能教學無人車控制系統(tǒng),該系統(tǒng)包括PC機控制部分和無人車控制部分,通過PC控制端軟件可以經無線通信模塊實現(xiàn)對無人車的準確運動控制。實驗結果表明,系統(tǒng)工作穩(wěn)定,無人車在遇到干擾的情況下順利完成貨物運輸、環(huán)境勘察、敵我識別、打擊等功能,控制效果理想。
本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/267091.htm智能教學無人車是一種履帶式移動機器人,目前市場上的無人車大多采用單片機對其進行控制,其優(yōu)點是體積小,成本低,結構簡單,但僅僅依靠單片機遠不能使無人車在復雜多變的工作環(huán)境中進行及時調整,并且極大地限制了其功能的擴展。基于此不足,本設計主要利用PC機與無人車的無線通信,使無人車在PC機無線指令下完成前進、后退、轉彎、打擊、生命值顯示、調速和自動行駛等功能,并通過車載攝像頭實時獲取無人車所處環(huán)境信息,實現(xiàn)了遠程監(jiān)控。在執(zhí)行任務時,如遭遇敵方車輛干擾通信,無人車在抵御干擾信號同時進行敵我識別,適時作出反擊。
1設計原理
教學無人車控制系統(tǒng)由上位機(PC)控制部分和下位機(教學無人車)控制部分組成。系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。

系統(tǒng)工作原理為:打開教學無人車電源時,Atmega128單片機通過語音模塊使揚聲器發(fā)出啟動提示。當上位機無線控制臺及PC端軟件準備好后,PC端控制軟件通過USB口向無線控制臺單片機發(fā)出指令,使其配置無線模塊相關寄存器,芯片進入指令發(fā)射模式;下位機由Atmega128單片機控制,在接收到上位機的指令后通過其集成的PWM外設模塊產生2路PWM波和4條轉向控制線經電機驅動模塊增大驅動能力后控制左右2個電機產生相應的動作。例如,當PC端發(fā)出“左轉”的指令時,下位機的無線模塊接受成功后會自動返回接受成功應答信號。接著Atmega128單片機通過PA口控制L298P,使左側電機反向轉動,右側電機正向轉動,從而實現(xiàn)左轉的功能;當PC端發(fā)出“打擊”指令時,Atmega128則通過PE5口使紅外發(fā)射管發(fā)出相應碼制的紅外進攻信號;當PC端發(fā)出“自動行駛”指令時,Atmega128結合接收霍爾傳感器采集回來的數(shù)據(jù),通過相應算法來協(xié)調左右兩側的電機,使坦克完成直線行走、轉過固定角度,行駛固定距離等功能。教學無人車通過連接到PE5口的紅外傳感器感應對方無人車的攻擊信號。如果接收到紅外信號,PE5口會輸入固定碼制的信號,此時主控芯片會將生命參數(shù)減一并熄滅一個LED燈,當所有LED燈都被熄滅后,主控模塊會通知語音芯片發(fā)出陣亡提示,無人車停止一切動作。
2硬件電路設計
教學無人車控制系統(tǒng)硬件電路設計包括PC端無線控制臺部分和下位機無人車控制部分的硬件設計。
2.1 PC端無線控制臺部分
硬件設計無線控制臺部分由PC機、STC12LE5A60S2單片機、NRF24L01無線模塊及PL2303組成。PC端控制臺軟件通過USB口向STC12LE5A60S2發(fā)出指令,使其通過SPI串行通信協(xié)議配置NRF24L01的相關寄存器,隨后芯片進入發(fā)射模式,將上位機指令轉發(fā)給下位機。其設計電路圖如圖2所示。

2.2下位機無人車控制部分
硬件設計下位機硬件由MCU模塊、電機驅動模塊、傳感器模塊、無線模塊、語音模塊、LED生命值顯示模塊以及電源模塊組成。
2.2.1 MCU模塊
MCU模塊以Atmega128單片機為核心,Atmega128單片機是一款高性能、低功耗的AVR 8位微處理器,處理速度可達1 MIPS/MHz,應用先進的RISC結構,特別是具有I2C、SPI、PWM、RS232串口、ADC、定時器等功能十分全面的外設。該單片機通過SPI串行通訊接口與無線模塊連接,通過通用可編程I/O接口與電機驅動模塊、語音模塊、紅外發(fā)射管和接收管連接。
2.2.2電機驅動模塊
電機驅動模塊用于驅動直流電機,采用L298P電機驅動芯片。L298P是SGS公司的產品,為20管腳的專用電機驅動芯片,內含二個H—Bridge的高電壓、大電流雙全橋式驅動器,接收標準TTL邏輯準位信號,可驅動46 V、2 A以下的步進電機和直流電機,具有高電壓、高電流的特點。電路設計如圖3所示。

Enable控制電機停轉,接到單片機的PE3、PFA口上,由這兩個I/O口產生PWM波控制電機轉動。input1—input4控制電機的正反轉,接到單片機的PA0-PA3口上。OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之間分別接2個直流電機。
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