基于AVR的智能教學(xué)無人車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2.2.3傳感器模塊

　　傳感器模塊包括紅外模塊和霍爾模塊兩部分。

　　紅外模塊包含接收和發(fā)射兩個(gè)功能模塊。紅外接收模塊由一個(gè)紅外接收管構(gòu)成，接收對方車輛發(fā)射的紅外攻擊信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)接收到進(jìn)攻信號(hào)時(shí)，PE6引腳上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)高電平，觸發(fā)一次外部中斷，在中斷服務(wù)程序中處理并判斷紅外數(shù)據(jù)。如果確認(rèn)為進(jìn)攻信號(hào)，則使生命值變量減一，同時(shí)熄滅一個(gè)LED燈。發(fā)射模塊由一只紅外發(fā)射管和一個(gè)三極管組成，紅外攻擊信號(hào)經(jīng)過三極管放大后由紅外發(fā)射管發(fā)出。攻擊信號(hào)為8位數(shù)據(jù)，當(dāng)收到進(jìn)攻指令時(shí)，發(fā)射模塊將程序中設(shè)定好的8位數(shù)據(jù)按位發(fā)出。

　　霍爾模塊由兩只霍爾傳感器和四片磁鐵組成，用于測速，以實(shí)現(xiàn)調(diào)速、自動(dòng)行駛等功能。磁鐵正反安放在左右兩個(gè)電機(jī)減速箱的二級(jí)齒輪的邊緣上。當(dāng)教學(xué)無人車行駛時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，兩片磁鐵就會(huì)交替從霍爾元件下面經(jīng)過，由于兩片的磁場方向不同，就會(huì)使霍爾元件內(nèi)部的電子發(fā)生不同的偏轉(zhuǎn)，這樣，二級(jí)齒輪每轉(zhuǎn)過一周就會(huì)使霍爾元件產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。主控芯片接收脈沖信息，通過不同算法可控制兩電機(jī)完成不同的控制要求。

　　2.2.4語音模塊

　　語音模塊由WT588D語音芯片和SPI尋址的8M ROM芯片及其外圍電路組成。使用前將需要播放的語音燒寫在ROM芯片中。語音模塊使用三線串口控制模式，這種控制模式由CS，DATA，CLK 3條通信線組成，分別連接到Atmega128的PC0、PC1、PC2 3個(gè)I/O口?？刂茣r(shí)序根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SPI通信方式。

　　2.2.5無線模塊

　　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(hào)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。

　　3軟件設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)包括控制端軟件的設(shè)計(jì)和終端軟件的設(shè)計(jì)。

　　3.1控制端軟件設(shè)計(jì)

　　無人車控制臺(tái)的主控軟件將鍵盤指令轉(zhuǎn)化為控制碼發(fā)往下位機(jī)，控制小車的動(dòng)作并顯示下位機(jī)發(fā)來的狀態(tài)信息。該軟件利用Labview串口通訊將鍵盤指令轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制字符串送到上位機(jī)。利用模擬SPI的方式，通過STC12LESA60S2配置NRF24L01的寄存器使其處于發(fā)射模式。當(dāng)收到PC串口發(fā)送的數(shù)據(jù)時(shí)，NRF24L01在單片機(jī)的控制下將數(shù)據(jù)逐位發(fā)出。設(shè)計(jì)的控制端軟件如圖5所示。

　　3.2終端軟件設(shè)計(jì)

　　教學(xué)無人車的終端軟件主要包括無線接收程序、驅(qū)動(dòng)控制程序等。程序中定義變量Life為生命值標(biāo)識(shí)，定義Date為小車的控制標(biāo)識(shí)，定義函數(shù)Motor()為電機(jī)控制函數(shù)。流程圖如圖6所示，主要分為以下步驟：

　　1)小車啟動(dòng)后，首先初始化各I/O口、系統(tǒng)中斷、SPI接口以及NRF24L01的相關(guān)寄存器。小車的無線模塊配置為接收模式。

　　2)下位機(jī)接收到無線信號(hào)后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷，將數(shù)據(jù)通過SPI送到Atmega128中。在控制程序中，用多分支選擇結(jié)構(gòu)switch—case判斷Date的值，通過調(diào)用Motor()函數(shù)控制電機(jī)做出相應(yīng)動(dòng)作。

　　3)接收到紅外信號(hào)時(shí)，經(jīng)判斷若為有效信號(hào)，則使生命值標(biāo)識(shí)Life減一。同時(shí)判斷當(dāng)前的Life值，設(shè)置PA口的值控制LED燈(生命值)的顯示。

　　4結(jié)束語

　　文中進(jìn)行了一種基于Atmega128單片機(jī)和無線通信的無人車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，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。