基于A(yíng)VR的智能教學(xué)無(wú)人車(chē)控制系統設計

　　針對市場(chǎng)上大多數教學(xué)無(wú)人車(chē)設計采用單片機單一控制導致其功能擴展性弱、靈活度低等問(wèn)題，設計了一種基于Atmega128單片機和無(wú)線(xiàn)通信的智能教學(xué)無(wú)人車(chē)控制系統，該系統包括PC機控制部分和無(wú)人車(chē)控制部分，通過(guò)PC控制端軟件可以經(jīng)無(wú)線(xiàn)通信模塊實(shí)現對無(wú)人車(chē)的準確運動(dòng)控制。實(shí)驗結果表明，系統工作穩定，無(wú)人車(chē)在遇到干擾的情況下順利完成貨物運輸、環(huán)境勘察、敵我識別、打擊等功能，控制效果理想。

　　智能教學(xué)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。

　　1設計原理

　　教學(xué)無(wú)人車(chē)控制系統由上位機(PC)控制部分和下位機(教學(xué)無(wú)人車(chē))控制部分組成。系統結構框圖如圖1所示。

　　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。

　　2硬件電路設計

　　教學(xué)無(wú)人車(chē)控制系統硬件電路設計包括PC端無(wú)線(xiàn)控制臺部分和下位機無(wú)人車(chē)控制部分的硬件設計。

　　2.1 PC端無(wú)線(xiàn)控制臺部分

　　硬件設計無(wú)線(xiàn)控制臺部分由PC機、STC12LE5A60S2單片機、NRF24L01無(wú)線(xiàn)模塊及PL2303組成。PC端控制臺軟件通過(guò)USB口向STC12LE5A60S2發(fā)出指令，使其通過(guò)SPI串行通信協(xié)議配置NRF24L01的相關(guān)寄存器，隨后芯片進(jìn)入發(fā)射模式，將上位機指令轉發(fā)給下位機。其設計電路圖如圖2所示。

　　2.2下位機無(wú)人車(chē)控制部分

　　硬件設計下位機硬件由MCU模塊、電機驅動(dòng)模塊、傳感器模塊、無(wú)線(xiàn)模塊、語(yǔ)音模塊、LED生命值顯示模塊以及電源模塊組成。

　　2.2.1 MCU模塊

　　MCU模塊以Atmega128單片機為核心，Atmega128單片機是一款高性能、低功耗的AVR 8位微處理器，處理速度可達1 MIPS/MHz，應用先進(jìn)的RISC結構，特別是具有I2C、SPI、PWM、RS232串口、ADC、定時(shí)器等功能十分全面的外設。該單片機通過(guò)SPI串行通訊接口與無(wú)線(xiàn)模塊連接，通過(guò)通用可編程I/O接口與電機驅動(dòng)模塊、語(yǔ)音模塊、紅外發(fā)射管和接收管連接。

　　2.2.2電機驅動(dòng)模塊

　　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。

　　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。