基于Atmega128單片機無人車控制系統(tǒng)電路設計

　　該方案基于Atmega128單片機和無線通信技術設計，其創(chuàng)新點是采用了PC控制模式和單兵運行模式兩種方式對無人車進行控制，極大地增強了無人車的功能性和環(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)境下自動作業(yè)等領域。智能無人車是一種履帶式移動機器人，目前市場上的無人車大多采用單片機對其進行控制，其優(yōu)點是體積小，成本低，結構簡單，但僅僅依靠單片機遠不能使無人車在復雜多變的工作環(huán)境中進行及時調整，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機與無人車的無線通信，使無人車在PC機無線指令下完成前進、后退、轉彎、打擊、生命值顯示、調速和自動行駛等功能，并通過車載攝像頭實時獲取無人車所處環(huán)境信息，實現(xiàn)了遠程監(jiān)控。在執(zhí)行任務時，如遭遇敵方車輛干擾通信，無人車在抵御干擾信號同時進行敵我識別，適時作出反擊。

　　無人車系統(tǒng)工作原理為：打開教學無人車電源時，Atmega128單片機通過語音模塊使揚聲器發(fā)出啟動提示。當上位機無線控制臺及PC端軟件準備好后，PC端控制軟件通過USB口向無線控制臺單片機發(fā)出指令，使其配置無線模塊相關寄存器，芯片進入指令發(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其集成的PWM外設模塊產(chǎn)生2路PWM波和4條轉向控制線經(jīng)電機驅動模塊增大驅動能力后控制左右2個電機產(chǎn)生相應的動作。例如，當PC端發(fā)出“左轉”的指令時，下位機的無線模塊接受成功后會自動返回接受成功應答信號。接著Atmega128單片機通過PA口控制L298P，使左側電機反向轉動，右側電機正向轉動，從而實現(xiàn)左轉的功能；當PC端發(fā)出“打擊”指令時，Atmega128則通過PE5口使紅外發(fā)射管發(fā)出相應碼制的紅外進攻信號；當PC端發(fā)出“自動行駛”指令時，Atmega128結合接收霍爾傳感器采集回來的數(shù)據(jù)，通過相應算法來協(xié)調左右兩側的電機，使坦克完成直線行走、轉過固定角度，行駛固定距離等功能。教學無人車通過連接到PE5口的紅外傳感器感應對方無人車的攻擊信號。如果接收到紅外信號，PE5口會輸入固定碼制的信號，此時主控芯片會將生命參數(shù)減一并熄滅一個LED燈，當所有LED燈都被熄滅后，主控模塊會通知語音芯片發(fā)出陣亡提示，無人車停止一切動作。

　　電機驅動模塊電路設計

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

　　圖3 電機驅動模塊電路設計

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

　　無線模塊電路設計

　　無線模塊主要包括NRF24L01和Atmega128.NRF24L01采用FSK調制，內(nèi)部集成NORDIC公司自家的Enhanced Short Burst協(xié)議，可實現(xiàn)點對點或是1對6的無線通信，無線通信速度可達2.4 Gbps，并可以通過配置其寄存器實現(xiàn)調頻傳輸。主控芯片通過SPI協(xié)議配置NRF24L01的相關寄存器來完成對無線模塊的初始化和數(shù)據(jù)的傳輸。無線模塊的SPI信號線對應的接到Atmega128的PB0-PB3 4個I/O口上，CE端接到PE2，利用Atmega128內(nèi)部集成的SPI功能進行通信。無線模塊電路設計如圖4所示。

　　圖4 無線模塊電路設計

　　教學無人車在無障礙區(qū)域無線通信有效傳輸距離可達80～100米，利用車載攝像頭可以實時獲取無人車所處環(huán)境信息，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。其創(chuàng)新點是采用了PC控制模式和單兵運行模式兩種方式對無人車進行控制，極大地增強了無人車的功能性和環(huán)境適應能力。在實際對抗演練中，無人車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)境下自動作業(yè)等領域。