解讀ATmega32機器人系統電子電路

系統以ATmega32($3.0757)單片機為核心，它是一種基于增強RISC結構的、低功耗的8位單片機。其特點(diǎn)為：①片內具有32K字節的可編程 Flash;2K字節的片內SRAM數據存儲器;1024個(gè)字節片內在線(xiàn)可編程EEPROM數據存儲器。②片內含JTAG接口。③外圍接口。兩個(gè)帶有分別獨立、可設置預分頻器的8位定時(shí)器/計數器;一個(gè)16位定時(shí)器/計數器;四個(gè)通道的PWM輸出;8路10位ADC;32個(gè)可編程的I/O口。④低功耗，最高工作頻率為16MHz。根據滅火比賽的規則要求，配以碰撞傳感器、灰度傳感器、火焰傳感器和紅外傳感器。通過(guò)兩路PWM控制兩只電機以驅動(dòng)滅火機器人，另外一路滅火電機由I/O口通過(guò)光電耦合器直接驅動(dòng)。

系統電源部分

系統采用單電源供電電路時(shí)比較簡(jiǎn)單，但是考慮到電動(dòng)機起動(dòng)瞬間電流很大，會(huì )造成電源電壓不穩，影響單片機和輸入電路工作的穩定性和可靠性，因此采用雙電源供電方案。將電機電源和單片機電源完全隔離。單片機以及傳感器電路使用8V供電，電動(dòng)機使用12V供電。提高電動(dòng)機的供電電壓，可以提高機器人的運行速度，從而可以提高滅火的成績(jì)。

電機驅動(dòng)部分

機器人需要控制在一個(gè)合適的速度行駛，在滅火的過(guò)程中既要以較快的速度找到火源，又要防止因為碰撞而影響比賽的成績(jì)。小車(chē)的速度是由兩只直流電機控制。 L298驅動(dòng)芯片是性能優(yōu)越的小型直流電機驅動(dòng)芯片之一。它可被用來(lái)驅動(dòng)兩個(gè)直流電機或者是雙極性步進(jìn)電機。在6—46V的電壓下，可以提供2A的額定電流。L298還有過(guò)熱自動(dòng)關(guān)斷功能，并有反饋電流檢測功能。為保證L298正常工作，建議加裝片外續流二極管。由ATmega32單片機直接輸出兩路 PWM驅動(dòng)L298N($2.1300)。改變PWM調制脈沖占空比，可以實(shí)現精確調速。脈沖頻率對電機轉速有影響，脈沖頻率高連續性好，但帶負載能力差;脈沖頻率低則反之。通過(guò)PD2和PD3兩根I/O口線(xiàn)來(lái)控制電機的轉動(dòng)方向。

傳感器部分

滅火比賽需要機器人在盡量不碰撞墻壁的基礎上盡可能快地找到蠟燭并將火滅掉。在完成任務(wù)的過(guò)程中首先需要不碰撞墻壁，然后需要判斷前方是否有火焰。在找到火焰后需要判斷蠟燭旁邊的白線(xiàn)。如果碰撞墻壁的話(huà)，需要機器人能檢測出來(lái)并進(jìn)行處理，不然就會(huì )發(fā)生機器人卡死的情況，那就不能完成任何任務(wù)。

圖5所示為紅外傳感器的發(fā)射和接收電路。紅外射管采用脈寬調制(PWM)驅動(dòng)，工作在38KHz的頻率下，減少發(fā)射電路的功耗。脈沖發(fā)生器由NE555($0.0700)構成，通過(guò)外部的電位器R1來(lái)調節占空比和脈沖頻率，由于紅外肉眼不可見(jiàn)，所以電路中加入一個(gè)LED指示燈來(lái)指示紅外發(fā)射管是否在工作。該 LED和紅外發(fā)射管串聯(lián)，當紅外發(fā)射管正常工作時(shí)，該LED燈會(huì )點(diǎn)亮。接收電路采用西門(mén)子公司生產(chǎn)的紅外專(zhuān)用集成接收芯片SFH506-38，它只有接收到38KHZ的脈沖波時(shí)才會(huì )作用。它內部集成了選項、濾波、放大電路，對外只有3個(gè)引腳：①腳為信號輸出端;②腳為接地端;③腳為電源端，所以使用起來(lái)非常方便，效果比較理想。

灰度傳感器是模擬傳感器，有一只發(fā)光二極管和一只光敏電阻，安裝在同一面上?；叶葌鞲衅骼貌煌伾臋z測面對光的反射程度不同，光敏電阻對不同檢測面返回的光其阻值也不同的原理進(jìn)行顏色深淺檢測。

火焰傳感器是模擬傳感器。它利用紅外敏感型元件對紅外信號強度的檢測并將其轉換為機器人可以識別的信號，從而來(lái)檢測火焰信號?；鹧鎮鞲衅骺梢杂脕?lái)探測波長(cháng)在700nm~1000nm范圍內的紅外線(xiàn)，探測角度為60º;，其中紅外線(xiàn)波長(cháng)在880nm附近時(shí)，其靈敏度達到最大。碰撞傳感器使用碰撞開(kāi)關(guān)，通過(guò)I/O口可直接作為數字量輸入。

LCD顯示及其它電路

液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應用系統中得到越來(lái)越廣泛的應用。這里采用2行16個(gè)字的DM-162液晶模塊，通過(guò)與單片機連接、編程，完成顯示功能。

本系統中采用了US-100($0.5965)超聲波測距模塊，可實(shí)現2cm~4.5m的非接觸測距功能，擁有2.4~5.5V的寬電壓輸入范圍，靜態(tài)功耗低于2mA，自帶溫度傳感器對測距結果進(jìn)行校正，同時(shí)具有GPIO，串口等多種通信方式，內帶看門(mén)狗，工作穩定可靠。遙控可以使機器人的操作更加方便，本系統中要通過(guò)智能手機遙控機器人，而智能手機的信號正是通過(guò)藍牙發(fā)出，因此只需在機器人上安裝藍牙模塊。由于機器人只接受數據，不發(fā)送數據，所以只需藍牙的從機模塊即可。采用了型號為HC-06的藍牙模塊，其中編號06就表示其為從機模塊，在藍牙模塊的命名規則中偶數命名的型號出廠(chǎng)時(shí)就確定了從機，并無(wú)法更改。用戶(hù)不可以自己切換主機或者從機，用戶(hù)可以空過(guò)AT指令集對藍牙模塊進(jìn)行配置，AT指令集較少，包括修改藍牙名(限于從機)，修改密碼，修改波特率，詢(xún)問(wèn)版本號等幾個(gè)基本功能。