基于AVR的智能教學無人車控制系統設計

　　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射兩個功能模塊。紅外接收模塊由一個紅外接收管構成，接收對方車輛發射的紅外攻擊信號。當系統接收到進攻信號時，PE6引腳上會出現一個高電平，觸發一次外部中斷，在中斷服務程序中處理并判斷紅外數據。如果確認為進攻信號，則使生命值變量減一，同時熄滅一個LED燈。發射模塊由一只紅外發射管和一個三極管組成，紅外攻擊信號經過三極管放大后由紅外發射管發出。攻擊信號為8位數據，當收到進攻指令時，發射模塊將程序中設定好的8位數據按位發出。

　　霍爾模塊由兩只霍爾傳感器和四片磁鐵組成，用于測速，以實現調速、自動行駛等功能。磁鐵正反安放在左右兩個電機減速箱的二級齒輪的邊緣上。當教學無人車行駛時，電機帶動齒輪轉動，兩片磁鐵就會交替從霍爾元件下面經過，由于兩片的磁場方向不同，就會使霍爾元件內部的電子發生不同的偏轉，這樣，二級齒輪每轉過一周就會使霍爾元件產生一個脈沖信號，構成閉環系統。主控芯片接收脈沖信息，通過不同算法可控制兩電機完成不同的控制要求。

　　2.2.4語音模塊

　　語音模塊由WT588D語音芯片和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音燒寫在ROM芯片中。語音模塊使用三線串口控制模式，這種控制模式由CS，DATA，CLK 3條通信線組成，分別連接到Atmega128的PC0、PC1、PC2 3個I/O口。控制時序根據標準SPI通信方式。

　　2.2.5無線模塊

　　無線模塊主要包括NRF24L01和Atmega128.NRF24L01采用FSK調制，內部集成NORDIC公司自家的Enhanced Short Burst協議，可實現點對點或是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調頻傳輸。主控芯片通過SPI協議配置NRF24L01的相關寄存器來完成對無線模塊的初始化和數據的傳輸。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內部集成的SPI功能進行通信。無線模塊電路設計如圖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

　　無人車控制臺的主控軟件將鍵盤指令轉化為控制碼發往下位機，控制小車的動作并顯示下位機發來的狀態信息。該軟件利用Labview串口通訊將鍵盤指令轉化為二進制字符串送到上位機。利用模擬SPI的方式，通過STC12LESA60S2配置NRF24L01的寄存器使其處于發射模式。當收到PC串口發送的數據時，NRF24L01在單片機的控制下將數據逐位發出。設計的控制端軟件如圖5所示。

　　3.2終端軟件設計

　　教學無人車的終端軟件主要包括無線接收程序、驅動控制程序等。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)小車啟動后，首先初始化各I/O口、系統中斷、SPI接口以及NRF24L01的相關寄存器。小車的無線模塊配置為接收模式。

　　2)下位機接收到無線信號后會產生一個中斷，將數據通過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，通過調用Motor()函數控制電機做出相應動作。

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

　　4結束語

　　文中進行了一種基于Atmega128單片機和無線通信的無人車控制系統設計。實驗結果表明，教學無人車在無障礙區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境信息，實現遠程監控。其創新點是采用了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、惡劣環境下自動作業等領域。