基于A(yíng)tmega128單片機無(wú)人車(chē)控制系統電路設計

　　該方案基于A(yíng)tmega128單片機和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)設計，其創(chuàng )新點(diǎn)是采用了PC控制模式和單兵運行模式兩種方式對無(wú)人車(chē)進(jìn)行控制，極大地增強了無(wú)人車(chē)的功能性和環(huán)境適應能力。該方案可廣泛應用于短途貨運客運、應急救援、惡劣環(huán)境下自動(dòng)作業(yè)等領(lǐng)域。智能無(wú)人車(chē)是一種履帶式移動(dòng)機器人，目前市場(chǎng)上的無(wú)人車(chē)大多采用單片機對其進(jìn)行控制，其優(yōu)點(diǎn)是體積小，成本低，結構簡(jiǎn)單，但僅僅依靠單片機遠不能使無(wú)人車(chē)在復雜多變的工作環(huán)境中進(jìn)行及時(shí)調整，并且極大地限制了其功能的擴展?；诖瞬蛔?，本設計主要利用PC機與無(wú)人車(chē)的無(wú)線(xiàn)通信，使無(wú)人車(chē)在PC機無(wú)線(xiàn)指令下完成前進(jìn)、后退、轉彎、打擊、生命值顯示、調速和自動(dòng)行駛等功能，并通過(guò)車(chē)載攝像頭實(shí)時(shí)獲取無(wú)人車(chē)所處環(huán)境信息，實(shí)現了遠程監控。在執行任務(wù)時(shí)，如遭遇敵方車(chē)輛干擾通信，無(wú)人車(chē)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(wú)人車(chē)系統工作原理為：打開(kāi)教學(xué)無(wú)人車(chē)電源時(shí)，Atmega128單片機通過(guò)語(yǔ)音模塊使揚聲器發(fā)出啟動(dòng)提示。當上位機無(wú)線(xiàn)控制臺及PC端軟件準備好后，PC端控制軟件通過(guò)USB口向無(wú)線(xiàn)控制臺單片機發(fā)出指令，使其配置無(wú)線(xiàn)模塊相關(guān)寄存器，芯片進(jìn)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(guò)其集成的PWM外設模塊產(chǎn)生2路PWM波和4條轉向控制線(xiàn)經(jīng)電機驅動(dòng)模塊增大驅動(dòng)能力后控制左右2個(gè)電機產(chǎn)生相應的動(dòng)作。例如，當PC端發(fā)出“左轉”的指令時(shí)，下位機的無(wú)線(xiàn)模塊接受成功后會(huì )自動(dòng)返回接受成功應答信號。接著(zhù)Atmega128單片機通過(guò)PA口控制L298P，使左側電機反向轉動(dòng)，右側電機正向轉動(dòng)，從而實(shí)現左轉的功能；當PC端發(fā)出“打擊”指令時(shí)，Atmega128則通過(guò)PE5口使紅外發(fā)射管發(fā)出相應碼制的紅外進(jìn)攻信號；當PC端發(fā)出“自動(dòng)行駛”指令時(shí)，Atmega128結合接收霍爾傳感器采集回來(lái)的數據，通過(guò)相應算法來(lái)協(xié)調左右兩側的電機，使坦克完成直線(xiàn)行走、轉過(guò)固定角度，行駛固定距離等功能。教學(xué)無(wú)人車(chē)通過(guò)連接到PE5口的紅外傳感器感應對方無(wú)人車(chē)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 )將生命參數減一并熄滅一個(gè)LED燈，當所有LED燈都被熄滅后，主控模塊會(huì )通知語(yǔ)音芯片發(fā)出陣亡提示，無(wú)人車(chē)停止一切動(dòng)作。

　　電機驅動(dòng)模塊電路設計

　　電機驅動(dòng)模塊用于驅動(dòng)直流電機，采用L298P電機驅動(dòng)芯片。L298P是SGS公司的產(chǎn)品，為20管腳的專(zhuān)用電機驅動(dòng)芯片，內含二個(gè)H—Bridge的高電壓、大電流雙全橋式驅動(dòng)器，接收標準TTL邏輯準位信號，可驅動(dòng)46 V、2 A以下的步進(jìn)電機和直流電機，具有高電壓、高電流的特點(diǎn)。電路設計如圖3所示。

　　圖3 電機驅動(dòng)模塊電路設計

　　Enable控制電機停轉，接到單片機的PE3、PFA口上，由這兩個(gè)I/O口產(chǎn)生PWM波控制電機轉動(dòng)。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(gè)直流電機。

　　無(wú)線(xiàn)模塊電路設計

　　無(wú)線(xiàn)模塊主要包括NRF24L01和Atmega128.NRF24L01采用FSK調制，內部集成NORDIC公司自家的Enhanced Short Burst協(xié)議，可實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)或是1對6的無(wú)線(xiàn)通信，無(wú)線(xiàn)通信速度可達2.4 Gbps，并可以通過(guò)配置其寄存器實(shí)現調頻傳輸。主控芯片通過(guò)SPI協(xié)議配置NRF24L01的相關(guān)寄存器來(lái)完成對無(wú)線(xiàn)模塊的初始化和數據的傳輸。無(wú)線(xiàn)模塊的SPI信號線(xiàn)對應的接到Atmega128的PB0-PB3 4個(gè)I/O口上，CE端接到PE2，利用Atmega128內部集成的SPI功能進(jìn)行通信。無(wú)線(xiàn)模塊電路設計如圖4所示。

　　圖4 無(wú)線(xiàn)模塊電路設計

　　教學(xué)無(wú)人車(chē)在無(wú)障礙區域無(wú)線(xiàn)通信有效傳輸距離可達80～100米，利用車(chē)載攝像頭可以實(shí)時(shí)獲取無(wú)人車(chē)所處環(huán)境信息，實(shí)現遠程監控。其創(chuàng )新點(diǎn)是采用了PC控制模式和單兵運行模式兩種方式對無(wú)人車(chē)進(jìn)行控制，極大地增強了無(wú)人車(chē)的功能性和環(huán)境適應能力。在實(shí)際對抗演練中，無(wú)人車(chē)在遇到干擾的情況下順利完成貨物運輸、環(huán)境勘探、反擊敵方車(chē)輛等功能，取得了良好的控制效果。該設計可廣泛應用于短途貨運客運、應急救援、惡劣環(huán)境下自動(dòng)作業(yè)等領(lǐng)域。