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

　　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)紅外接收管構成，接收對方車(chē)輛發(fā)射的紅外攻擊信號。當系統接收到進(jìn)攻信號時(shí)，PE6引腳上會(huì )出現一個(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據。如果確認為進(jìn)攻信號，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，紅外攻擊信號經(jīng)過(guò)三極管放大后由紅外發(fā)射管發(fā)出。攻擊信號為8位數據，當收到進(jìn)攻指令時(shí)，發(fā)射模塊將程序中設定好的8位數據按位發(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)現調速、自動(dòng)行駛等功能。磁鐵正反安放在左右兩個(gè)電機減速箱的二級齒輪的邊緣上。當教學(xué)無(wú)人車(chē)行駛時(shí)，電機帶動(dòng)齒輪轉動(dòng)，兩片磁鐵就會(huì )交替從霍爾元件下面經(jīng)過(guò)，由于兩片的磁場(chǎng)方向不同，就會(huì )使霍爾元件內部的電子發(fā)生不同的偏轉，這樣，二級齒輪每轉過(guò)一周就會(huì )使霍爾元件產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號，構成閉環(huán)系統。主控芯片接收脈沖信息，通過(guò)不同算法可控制兩電機完成不同的控制要求。

　　2.2.4語(yǔ)音模塊

　　語(yǔ)音模塊由WT588D語(yǔ)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(yǔ)音燒寫(xiě)在ROM芯片中。語(yǔ)音模塊使用三線(xiàn)串口控制模式，這種控制模式由CS，DATA，CLK 3條通信線(xiàn)組成，分別連接到Atmega128的PC0、PC1、PC2 3個(gè)I/O口?？刂茣r(shí)序根據標準SPI通信方式。

　　2.2.5無(wú)線(xiàn)模塊

　　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。

　　3軟件設計

　　軟件設計包括控制端軟件的設計和終端軟件的設計。

　　3.1控制端軟件設計

　　無(wú)人車(chē)控制臺的主控軟件將鍵盤(pán)指令轉化為控制碼發(fā)往下位機，控制小車(chē)的動(dòng)作并顯示下位機發(fā)來(lái)的狀態(tài)信息。該軟件利用Labview串口通訊將鍵盤(pán)指令轉化為二進(jìn)制字符串送到上位機。利用模擬SPI的方式，通過(guò)STC12LESA60S2配置NRF24L01的寄存器使其處于發(fā)射模式。當收到PC串口發(fā)送的數據時(shí)，NRF24L01在單片機的控制下將數據逐位發(fā)出。設計的控制端軟件如圖5所示。

　　3.2終端軟件設計

　　教學(xué)無(wú)人車(chē)的終端軟件主要包括無(wú)線(xiàn)接收程序、驅動(dòng)控制程序等。程序中定義變量Life為生命值標識，定義Date為小車(chē)的控制標識，定義函數Motor()為電機控制函數。流程圖如圖6所示，主要分為以下步驟：

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

　　2)下位機接收到無(wú)線(xiàn)信號后會(huì )產(chǎn)生一個(gè)中斷，將數據通過(guò)SPI送到Atmega128中。在控制程序中，用多分支選擇結構switch—case判斷Date的值，通過(guò)調用Motor()函數控制電機做出相應動(dòng)作。

　　3)接收到紅外信號時(shí)，經(jīng)判斷若為有效信號，則使生命值標識Life減一。同時(shí)判斷當前的Life值，設置PA口的值控制LED燈(生命值)的顯示。

　　4結束語(yǔ)

　　文中進(jìn)行了一種基于A(yíng)tmega128單片機和無(wú)線(xiàn)通信的無(wú)人車(chē)控制系統設計。實(shí)驗結果表明，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。