基于Atmega128單片機(jī)無人車控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

　　該方案基于Atmega128單片機(jī)和無線通信技術(shù)設(shè)計(jì)，其創(chuàng)新點(diǎn)是采用了PC控制模式和單兵運(yùn)行模式兩種方式對無人車進(jìn)行控制，極大地增強(qiáng)了無人車的功能性和環(huán)境適應(yīng)能力。該方案可廣泛應(yīng)用于短途貨運(yùn)客運(yùn)、應(yīng)急救援、惡劣環(huán)境下自動(dòng)作業(yè)等領(lǐng)域。智能無人車是一種履帶式移動(dòng)機(jī)器人，目前市場上的無人車大多采用單片機(jī)對其進(jìn)行控制，其優(yōu)點(diǎn)是體積小，成本低，結(jié)構(gòu)簡單，但僅僅依靠單片機(jī)遠(yuǎn)不能使無人車在復(fù)雜多變的工作環(huán)境中進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，并且極大地限制了其功能的擴(kuò)展。基于此不足，本設(shè)計(jì)主要利用PC機(jī)與無人車的無線通信，使無人車在PC機(jī)無線指令下完成前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、打擊、生命值顯示、調(diào)速和自動(dòng)行駛等功能，并通過車載攝像頭實(shí)時(shí)獲取無人車所處環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控。在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，如遭遇敵方車輛干擾通信，無人車在抵御干擾信號同時(shí)進(jìn)行敵我識別，適時(shí)作出反擊。

　　無人車系統(tǒng)工作原理為：打開教學(xué)無人車電源時(shí)，Atmega128單片機(jī)通過語音模塊使揚(yáng)聲器發(fā)出啟動(dòng)提示。當(dāng)上位機(jī)無線控制臺(tái)及PC端軟件準(zhǔn)備好后，PC端控制軟件通過USB口向無線控制臺(tái)單片機(jī)發(fā)出指令，使其配置無線模塊相關(guān)寄存器，芯片進(jìn)入指令發(fā)射模式；下位機(jī)由Atmega128單片機(jī)控制，在接收到上位機(jī)的指令后通過其集成的PWM外設(shè)模塊產(chǎn)生2路PWM波和4條轉(zhuǎn)向控制線經(jīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊增大驅(qū)動(dòng)能力后控制左右2個(gè)電機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作。例如，當(dāng)PC端發(fā)出“左轉(zhuǎn)”的指令時(shí)，下位機(jī)的無線模塊接受成功后會(huì)自動(dòng)返回接受成功應(yīng)答信號。接著Atmega128單片機(jī)通過PA口控制L298P，使左側(cè)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，右側(cè)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)的功能；當(dāng)PC端發(fā)出“打擊”指令時(shí)，Atmega128則通過PE5口使紅外發(fā)射管發(fā)出相應(yīng)碼制的紅外進(jìn)攻信號；當(dāng)PC端發(fā)出“自動(dòng)行駛”指令時(shí)，Atmega128結(jié)合接收霍爾傳感器采集回來的數(shù)據(jù)，通過相應(yīng)算法來協(xié)調(diào)左右兩側(cè)的電機(jī)，使坦克完成直線行走、轉(zhuǎn)過固定角度，行駛固定距離等功能。教學(xué)無人車通過連接到PE5口的紅外傳感器感應(yīng)對方無人車的攻擊信號。如果接收到紅外信號，PE5口會(huì)輸入固定碼制的信號，此時(shí)主控芯片會(huì)將生命參數(shù)減一并熄滅一個(gè)LED燈，當(dāng)所有LED燈都被熄滅后，主控模塊會(huì)通知語音芯片發(fā)出陣亡提示，無人車停止一切動(dòng)作。

　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路設(shè)計(jì)

　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊用于驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，采用L298P電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。L298P是SGS公司的產(chǎn)品，為20管腳的專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)含二個(gè)H—Bridge的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯準(zhǔn)位信號，可驅(qū)動(dòng)46 V、2 A以下的步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)，具有高電壓、高電流的特點(diǎn)。電路設(shè)計(jì)如圖3所示。

　　圖3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路設(shè)計(jì)

　　Enable控制電機(jī)停轉(zhuǎn)，接到單片機(jī)的PE3、PFA口上，由這兩個(gè)I/O口產(chǎn)生PWM波控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。input1—input4控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，接到單片機(jī)的PA0-PA3口上。OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之間分別接2個(gè)直流電機(jī)。

　　無線模塊電路設(shè)計(jì)

　　無線模塊主要包括NRF24L01和Atmega128.NRF24L01采用FSK調(diào)制，內(nèi)部集成NORDIC公司自家的Enhanced Short Burst協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)或是1對6的無線通信，無線通信速度可達(dá)2.4 Gbps，并可以通過配置其寄存器實(shí)現(xiàn)調(diào)頻傳輸。主控芯片通過SPI協(xié)議配置NRF24L01的相關(guān)寄存器來完成對無線模塊的初始化和數(shù)據(jù)的傳輸。無線模塊的SPI信號線對應(yīng)的接到Atmega128的PB0-PB3 4個(gè)I/O口上，CE端接到PE2，利用Atmega128內(nèi)部集成的SPI功能進(jìn)行通信。無線模塊電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

　　圖4 無線模塊電路設(shè)計(jì)

　　教學(xué)無人車在無障礙區(qū)域無線通信有效傳輸距離可達(dá)80～100米，利用車載攝像頭可以實(shí)時(shí)獲取無人車所處環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。其創(chuàng)新點(diǎn)是采用了PC控制模式和單兵運(yùn)行模式兩種方式對無人車進(jìn)行控制，極大地增強(qiáng)了無人車的功能性和環(huán)境適應(yīng)能力。在實(shí)際對抗演練中，無人車在遇到干擾的情況下順利完成貨物運(yùn)輸、環(huán)境勘探、反擊敵方車輛等功能，取得了良好的控制效果。該設(shè)計(jì)可廣泛應(yīng)用于短途貨運(yùn)客運(yùn)、應(yīng)急救援、惡劣環(huán)境下自動(dòng)作業(yè)等領(lǐng)域。