引 言

當(dāng)前的電動(dòng)小車基本上采取的是基于純硬件電路的一種開環(huán)控制方法， 這種電動(dòng)小車雖然也具有直線行駛、前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、停車等基本功能，但在某些特殊場(chǎng)合，電動(dòng)小車卻無法采集到自動(dòng)化控制領(lǐng)域的有用信息。在這種情況下，就需要開發(fā)用于自動(dòng)化控制領(lǐng)域的智能小車。為此，本文以ATmega16 單片機(jī)為控制核心，用RF2401 無線收發(fā)模塊進(jìn)行遙控通信，同時(shí)用DS18B20 進(jìn)行溫度檢測(cè)，并采用超聲波等傳感器材來檢測(cè)信號(hào)和障礙物，最后利用單片機(jī)的串口資源和運(yùn)算、處理能力，開發(fā)設(shè)計(jì)了一種智能控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了小車的測(cè)溫、躲避障礙物等功能。

1 總體方案及器件的選取

1.1 總體方案

本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，增添其他外圍設(shè)備，如雙電源模塊、超聲波探測(cè)器、顯示模塊、無線收發(fā)模塊等，以兩個(gè)直流電機(jī)經(jīng)過減速箱作為驅(qū)動(dòng)，通過主控單元來處理傳感器上信號(hào)，處理數(shù)據(jù)后完成相應(yīng)的操作，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

小車總體設(shè)計(jì)方案如圖1 所示。

1.2 器件的選取

本設(shè)計(jì)的車體設(shè)計(jì)由筆者制作。主控芯片采用Atmel 公司推出的高性能、高速度、低功耗的ATmega16 AVR 單片機(jī)作為電動(dòng)車的主控制芯片；電機(jī)選擇使用控制方法較為簡(jiǎn)單的直流減速電機(jī)作為電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)選擇可直接對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，而無須隔離電路的L298N 作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。

2 硬件實(shí)現(xiàn)

2.1 ATmega16 單片機(jī)

AVR 單片機(jī)是Atmel 公司推出的較為新穎的單片機(jī)，其顯著的特點(diǎn)為高性能、高速度、低功耗。

而ATmega 系列是AVR 單片機(jī)中的高端產(chǎn)品。單周期可執(zhí)行本指令功能，同時(shí)完成下一條指令的讀取。通常時(shí)鐘頻率用6~16 MHz,故最短指令執(zhí)行時(shí)間為250~125 ns.還有I/O 第二功能，內(nèi)部有時(shí)鐘電路、10 Bit AD 功能，片內(nèi)資源很豐富。

2.2 ATmega16 最小系統(tǒng)圖ATmega16 單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖2 所示。

最小系統(tǒng)主要包括晶振電路、電源電路、復(fù)位電路等。

2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分

該模塊主要由L298 芯片來控制兩個(gè)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，以及改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。L298 芯片是一種高壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器。其中，SENSEA、SENSEB 分別為兩個(gè)H 橋的電流反饋腳，不用時(shí)可以直接接地。

VCC、VS 接電源引腳，電壓范圍分別是4.5~7 V、2.5~46 V,設(shè)計(jì)中VCC 端與單片機(jī)電源端共用5 V 工作電源，VS 端獨(dú)立地接9 V 電源。ENA、ENB 為使能端，低電平禁止輸出。IN1、IN2、IN3、IN4 為數(shù)據(jù)輸入引腳，OUT1、OUT2、OUT3、OUT4 為數(shù)據(jù)輸出引腳。根據(jù)L298N 的引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系，將IN1、IN2 經(jīng)過非門連接，IN3、IN4 經(jīng)過非門連接，即IN1 和IN2 永遠(yuǎn)是相反的，一高一低，IN3、IN4 也一樣，通過改變ENA、ENB 就能分別改變左右輪的速度。

在SENSEA、SENSEB 端輸出采集電壓信號(hào)， 再經(jīng)過LM358 運(yùn)放放大，送給ADC 處理，即可得到電機(jī)的工作電流，具有過流保護(hù)功能。圖3 所示為系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和電流檢測(cè)電路。

2.4 穩(wěn)壓電源部分和外接傳感器部分

設(shè)計(jì)時(shí)，可采用7805 穩(wěn)壓芯片為電路提供穩(wěn)定的5 V 電壓，1117 芯片為電路提供3.3 V 電壓。由于本系統(tǒng)的電源電路比較簡(jiǎn)單，而且應(yīng)用也比較廣泛，所以本文就不詳細(xì)介紹了。

系統(tǒng)中的傳感器包括溫度傳感器DS18B20、霍爾元件速度傳感器等，其電路都比較簡(jiǎn)單。因此，只需在電路板上預(yù)留3 線接口，即電源、接地、數(shù)據(jù)。

2.5 顯示部分

本系統(tǒng)使用LCD12864 作為電路顯示元件，LCD12864有20 個(gè)引腳，圖4 所示是LCD12864 的驅(qū)動(dòng)電路圖。

本設(shè)計(jì)采用8 位數(shù)據(jù)線并行口方式驅(qū)動(dòng)，三根控制線為RS（ 命令/ 數(shù)據(jù)選擇）、R/W（ 讀/ 寫控制）、EN（ 使能端），背光通過三極管驅(qū)動(dòng)，采用PWM 來控制背光亮度。

3 小車程序設(shè)計(jì)

小車程序設(shè)計(jì)時(shí)，首先進(jìn)行端口初始化，然后進(jìn)行PWM初始化，再NRF24L01 初始化，將NRF24L01 設(shè)為接收狀態(tài)。

收到命令，則執(zhí)行小車的相應(yīng)函數(shù)，否則，采集傳感器數(shù)據(jù)。

然后設(shè)置NRF24L01 為發(fā)射狀態(tài)，以發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送完畢，再將NRF24L01 設(shè)置為接收狀態(tài)。圖5 所示是其系統(tǒng)主程序流程圖。

4 結(jié) 語

目前，市面上尋跡的、避障的，多傳感器數(shù)據(jù)融合等基于單片機(jī)編程的智能小車已經(jīng)發(fā)展開了，用于玩具、大學(xué)生實(shí)踐比賽、工業(yè)數(shù)據(jù)檢測(cè)，以及用于生活的智能電動(dòng)小汽車也已有了一定發(fā)展，在充滿環(huán)保、節(jié)能、科技的未來社會(huì)，智能小車的應(yīng)用將無處不在。

本課題主要研究了多功能智能小車的技術(shù)，多功能智能小車的研制課題涉及到機(jī)械電子、傳感器技術(shù)、驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)、人工智能等多個(gè)領(lǐng)域的研究及技術(shù)融合。本課題研制的演示系統(tǒng)高度的智能化、人性化，并且具備良好的安全性和環(huán)保性。