基于A(yíng)VR單片機的智能小車(chē)的設計與制作

O 引言
自工業(yè)革命以來(lái)，隨著(zhù)電氣的發(fā)展，人類(lèi)進(jìn)入了文明的新階段。機器人已經(jīng)廣泛用于工業(yè)、農業(yè)、服務(wù)業(yè)、軍事、機械、交通、航天航空等領(lǐng)域。智能機器人水平的不斷提高，大大提高了勞動(dòng)效率，減輕了勞動(dòng)強度。機器人與人類(lèi)并肩作戰，在征服自然，改造自然地過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)重要作用。
智能小車(chē)是集理論力學(xué)、機械結構、數字電路、模擬電路、傳感器、單片機、控制理論和算法等多門(mén)學(xué)科為一體的綜合系統，其內容涵蓋機械、電子、自動(dòng)控制原理、計算機、傳感技術(shù)等多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域。
本文設計的基于A(yíng)Tmagel6L的智能小車(chē)就是要求其從起跑線(xiàn)出發(fā)，然后通過(guò)自身自動(dòng)調整向角和車(chē)速，使其自動(dòng)沿著(zhù)一條黑色引導線(xiàn)行駛。

1 智能小車(chē)的硬件設計方案
本智能小車(chē)控制系統的結構如圖1所示。其中的Atmegal6L單片機是智能小車(chē)的控制模塊，它是高性能、低功耗的8位AVR微處理器，采用先進(jìn)的RISC結構，具有16K字節的系統內可編程Flash和512字節的EEPROM。工作于16 MHz時(shí)，其性能高達16 MIPS，并具有32個(gè)可編程通用I／0口和用于邊界掃描的JTAG接口，基本都能夠滿(mǎn)足設計要求。電路穩壓模塊輸入12 V電壓。經(jīng)過(guò)穩壓電路后可得到9 V、5 V兩種電壓，其中9 V電壓用于電機驅動(dòng)模塊的工作電壓，5 V電壓則用于單片機的工作。圖2所示是RPR220光電傳感模塊的電路圖，光電傳感是由10個(gè)RPR220型光電對管組成。RPR220是一種一體化反射型光電探測器，其發(fā)射器是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器則是一個(gè)高靈敏度的硅平面光電三極管。L298N的INPUT、OUTPUT兩端口用于提供穩定的電壓以使電機轉動(dòng)。

1．1 光電傳感模塊
圖2所示是本系統中光電傳感模塊的電路圖。尋線(xiàn)路徑一般是刻在白色平面上的3 cm的黑線(xiàn)，小車(chē)沿著(zhù)黑線(xiàn)循徑，當檢測到白線(xiàn)，即二極管發(fā)出的光被白線(xiàn)反射回來(lái)時(shí)，光電對管中的三極管導通，比較器6號端口輸入為低電平，經(jīng)過(guò)比較器后，7號端口輸出為高電平。當檢測到黑線(xiàn)時(shí)，光被吸收，光強度減弱，光電對管中的三極管不導通，比較器6號端輸入為高電平，7號端輸出為低電平。通過(guò)PC端口將高低電平(l和0)反饋給單片機后，經(jīng)單片機處理后可用于調整車(chē)頭的轉向，以使黑線(xiàn)剛好在10個(gè)光電探頭的中間，從而使小車(chē)平穩前進(jìn)。在7號端串一個(gè)0．1μF的電容再接地，這樣，經(jīng)過(guò)濾波后進(jìn)入到單片機中的方波就非常完美。將這個(gè)光電管與碼盤(pán)相連，通過(guò)光電管不斷掃描碼盤(pán)格數，這樣，當碼盤(pán)轉動(dòng)且轉速較低時(shí)，6號端的信號就可變?yōu)轭l率與轉速一一對應的方波。但是，當碼盤(pán)速度很快時(shí)，6號端信號將變?yōu)轭l率與轉速一一對應的正弦信號。放大器LM324可用作比較器，可將6號端處的正弦信號與基準電壓進(jìn)行比較后，然后將在7號端產(chǎn)生頻率與轉速一一對應的方波，單片機采集此信號后，即可根據公式計算出直流電機的各個(gè)參數，從而精確地控制小車(chē)的轉向與位移。
1．2 電機驅動(dòng)模塊
圖3所示是L298N驅動(dòng)模塊的電路連接圖。L298N作為電機驅動(dòng)芯片，是一款高電壓大電流全橋驅動(dòng)芯片，它的頻率高，可控制兩個(gè)直流電機，而且具有控制使能端，工作電壓可通過(guò)4、9引腳分別輸入9 V、5 V電壓。ENA、ENB引腳是兩個(gè)使能端口，而INT、OUT則為電機驅動(dòng)引腳，通過(guò)改變OUT端的邏輯電平可控制電機的正、反、停止狀態(tài)，表1所列是直流電機控制邏輯。L298N的5、6、7、10、ll、12六個(gè)引腳可直接與單片機的PD端口相連，而通過(guò)對單片機的編程則可以實(shí)現直流電機PWM調速。