ATmega16的智能小車控制系統(tǒng)純硬件電路的設(shè)計

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 ATmega16的智能小車控制系統(tǒng)純硬件電路的設(shè)計 摘 要：當(dāng)前的電動小車基本上采取的是基于純硬件電路的一種開環(huán)控制方法，具有直線行駛、前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、停車等基本功能，但在某些特殊場合下卻不能采集到有用信息。文章正是在這種需要之下，以ATmega16單片機(jī)為控制，用RF2401無線收發(fā)模塊開展遙控通信，用DS18B20開展溫度檢測，同時采用超聲波等傳感器材檢測信號和障礙物，充分利用單片機(jī)的串口資源和運(yùn)算、處理能力，開發(fā)設(shè)計了一種智能控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了小車的測溫、躲避障礙物等功能。 0 引 言 當(dāng)前的電動小車基本上采取的是基于純硬件電路的一種開環(huán)控制方法， 這

2、種電動小車雖然也具有直線行駛、前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、停車等基本功能，但在某些特殊場合，電動小車卻無法采集到自動化控制領(lǐng)域的有用信息。在這種情況下，就需要開發(fā)用于自動化控制領(lǐng)域的智能小車。為此，本文以ATmega16 單片機(jī)為控制，用RF2401 無線收發(fā)模塊開展遙控通信，同時用DS18B20 開展溫度檢測，并采用超聲波等傳感器材來檢測信號和障礙物，利用單片機(jī)的串口資源和運(yùn)算、處理能力，開發(fā)設(shè)計了一種智能控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了小車的測溫、躲避障礙物等功能。 1 總體方案及器件的選取 1.1 總體方案 本系統(tǒng)以單片機(jī)為，增添其他外圍設(shè)備，如雙電源模塊、超聲波探測器、顯示模塊、無線收發(fā)模塊等，以兩個直流電

3、機(jī)經(jīng)過減速箱作為驅(qū)動，通過主控單元來處理傳感器上信號，處理數(shù)據(jù)后完成相應(yīng)的操作，以實現(xiàn)相應(yīng)的功能。 小車總體設(shè)計方案如圖1 所示。 1.2 器件的選取 本設(shè)計的車體設(shè)計由筆者制作。主控芯片采用Atmel 公司推出的高性能、高速度、低功耗的ATmega16 AVR 單片機(jī)作為電動車的主控制芯片；電機(jī)選擇使用控制方法較為簡單的直流減速電機(jī)作為電動車的驅(qū)動電機(jī)；電機(jī)驅(qū)動選擇可直接對電機(jī)開展控制，而無須隔離電路的L298N 作為電機(jī)驅(qū)動芯片。 系統(tǒng)無線收發(fā)模塊采用Nordic 公司能滿足較大傳輸速率無線通信需求的NRF24L01 芯片；對于電源的處理，本設(shè)計采用2 節(jié)鋰電池12 V 來驅(qū)動電機(jī)芯片，然

4、后用7805 穩(wěn)壓管來形成5 V 電壓給單片機(jī)供電，無線傳感器NRF24L01 的電源用3.3 V 電壓提供。 2 硬件實現(xiàn) 2.1 ATmega16 單片機(jī) AVR 單片機(jī)是Atmel 公司推出的較為新穎的單片機(jī)，其顯著的特點(diǎn)為高性能、高速度、低功耗。 而ATmega 系列是AVR 單片機(jī)中的高端產(chǎn)品。單周期可執(zhí)行本指令功能，同時完成下一條指令的讀取。通常時鐘頻率用616 MHz,故短指令執(zhí)行時間為250125 ns.還有I/O 第二功能，內(nèi)部有時鐘電路、10 Bit AD 功能，片內(nèi)資源很豐富。 2.2 ATmega16 系統(tǒng)圖ATmega16 單片機(jī)的系統(tǒng)如圖2 所示。 系統(tǒng)主要包括晶振

5、電路、電源電路、復(fù)位電路等。 2.3 電機(jī)驅(qū)動部分 該模塊主要由L298 芯片來控制兩個電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，以及改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。L298 芯片是一種高壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器。其中，SENSEA、SENSEB 分別為兩個H 橋的電流反應(yīng)腳，不用時可以直接接地。 VCC、VS 接電源引腳，電壓范圍分別是4.57 V、2.546 V,設(shè)計中VCC 端與單片機(jī)電源端共用5 V 工作電源，VS 端獨(dú)立地接9 V 電源。ENA、ENB 為使能端，低電平禁止輸出。IN1、IN2、IN3、IN4 為數(shù)據(jù)輸入引腳，OUT1、OUT2、OUT3、OUT4 為數(shù)據(jù)輸出引腳。根據(jù)L298N 的引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系，將

6、IN1、IN2 經(jīng)過非門連接，IN3、IN4 經(jīng)過非門連接，即IN1 和IN2 永遠(yuǎn)是相反的，一高一低，IN3、IN4 也一樣，通過改變ENA、ENB 就能分別改變左右輪的速度。 在SENSEA、SENSEB 端輸出采集電壓信號， 再經(jīng)過LM358 運(yùn)放放大，送給ADC 處理，即可得到電機(jī)的工作電流，具有過流保護(hù)功能。圖3 所示為系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動電路和電流檢測電路。 2.4 穩(wěn)壓電源部分和外接傳感器部分 設(shè)計時，可采用7805 穩(wěn)壓芯片為電路提供穩(wěn)定的5 V 電壓，1117 芯片為電路提供3.3 V 電壓。由于本系統(tǒng)的電源電路比較簡單，而且應(yīng)用也比較廣泛，所以本文就不詳細(xì)介紹了。 系統(tǒng)中的傳感器包

7、括溫度傳感器DS18B20、霍爾元件速度傳感器等，其電路都比較簡單。因此，只需在電路板上預(yù)留3 線接口，即電源、接地、數(shù)據(jù)。 2.5 顯示部分 本系統(tǒng)使用LCD12864 作為電路顯示元件，LCD12864有20 個引腳，圖4 所示是LCD12864 的驅(qū)動電路圖。 本設(shè)計采用8 位數(shù)據(jù)線并行口方式驅(qū)動，三根控制線為RS（ 命令/ 數(shù)據(jù)選擇）、R/W（ 讀/ 寫控制）、EN（ 使能端），背光通過三極管驅(qū)動，采用PWM 來控制背光亮度。 3 小車程序設(shè)計 小車程序設(shè)計時，首先開展端口初始化，然后開展PWM初始化，再NRF24L01 初始化，將NRF24L01 設(shè)為接收狀態(tài)。 收到命令，則執(zhí)行小車的相應(yīng)函數(shù)，否則，采集傳感器數(shù)據(jù)。 然后設(shè)置NRF24L01 為發(fā)射狀態(tài)，以發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送完畢，再將NRF24L01 設(shè)置為接收狀態(tài)。圖5 所示是其系統(tǒng)主程序流程圖。 4 結(jié) 語 目前，市面上尋跡的、避障的，多傳感器數(shù)據(jù)融合等基于單片機(jī)編程的智能小車已經(jīng)發(fā)展開了，用于玩具、大學(xué)生實踐比賽、工業(yè)數(shù)據(jù)檢測，以及用于生活的智能電動小汽車也已有了一定發(fā)展，在充滿環(huán)保、節(jié)能、科技的未來社會，