基于Atmegal6L单片机的智能小车的设计与制作

作者：时间：2010-08-11来源：网络收藏

摘要：介绍了一款具有智能循迹、自动避障等功能的智能小车的制作方法。该小车的车体由光电传感模块、L298N电机驱动模块、电源稳压模块、Atmegal6L单片机控制模块组成，可用于无人驾驶、自动探测等人工智能领域。
关键字：电机驱动；A／D采样；PID控制；PWM

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/173265.htm

O 引言
自工业革命以来，随着电气的发展，人类进入了文明的新阶段。机器人已经广泛用于工业、农业、服务业、军事、机械、交通、航天航空等领域。智能机器人水平的不断提高，大大提高了劳动效率，减轻了劳动强度。机器人与人类并肩作战，在征服自然，改造自然地过程中发挥着重要作用。
智能小车是集理论力学、机械结构、数字电路、模拟电路、传感器、单片机、控制理论和算法等多门学科为一体的综合系统，其内容涵盖机械、电子、自动控制原理、计算机、传感技术等多个学科和领域。
本文设计的基于ATmagel6L的智能小车就是要求其从起跑线出发，然后通过自身自动调整向角和车速，使其自动沿着一条黑色引导线行驶。

1 智能小车的硬件设计方案
本智能小车控制系统的结构如图1所示。其中的Atmegal6L单片机是智能小车的控制模块，它是高性能、低功耗的8位AVR微处理器，采用先进的RISC结构，具有16K字节的系统内可编程Flash和512字节的EEPROM。工作于16 MHz时，其性能高达16 MIPS，并具有32个可编程通用I／0口和用于边界扫描的JTAG接口，基本都能够满足设计要求。电路稳压模块输入12 V电压。经过稳压电路后可得到9 V、5 V两种电压，其中9 V电压用于电机驱动模块的工作电压，5 V电压则用于单片机的工作。图2所示是RPR220光电传感模块的电路图，光电传感是由10个RPR220型光电对管组成。RPR220是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器则是一个高灵敏度的硅平面光电三极管。L298N的INPUT、OUTPUT两端口用于提供稳定的电压以使电机转动。

1．1 光电传感模块
图2所示是本系统中光电传感模块的电路图。寻线路径一般是刻在白色平面上的3 cm的黑线，小车沿着黑线循径，当检测到白线，即二极管发出的光被白线反射回来时，光电对管中的三极管导通，比较器6号端口输入为低电平，经过比较器后，7号端口输出为高电平。当检测到黑线时，光被吸收，光强度减弱，光电对管中的三极管不导通，比较器6号端输入为高电平，7号端输出为低电平。通过PC端口将高低电平(l和0)反馈给单片机后，经单片机处理后可用于调整车头的转向，以使黑线刚好在10个光电探头的中间，从而使小车平稳前进。在7号端串一个0．1μF的电容再接地，这样，经过滤波后进入到单片机中的方波就非常完美。将这个光电管与码盘相连，通过光电管不断扫描码盘格数，这样，当码盘转动且转速较低时，6号端的信号就可变为频率与转速一一对应的方波。但是，当码盘速度很快时，6号端信号将变为频率与转速一一对应的正弦信号。放大器LM324可用作比较器，可将6号端处的正弦信号与基准电压进行比较后，然后将在7号端产生频率与转速一一对应的方波，单片机采集此信号后，即可根据公式计算出直流电机的各个参数，从而精确地控制小车的转向与位移。
1．2 电机驱动模块
图3所示是L298N驱动模块的电路连接图。L298N作为电机驱动芯片，是一款高电压大电流全桥驱动芯片，它的频率高，可控制两个直流电机，而且具有控制使能端，工作电压可通过4、9引脚分别输入9 V、5 V电压。ENA、ENB引脚是两个使能端口，而INT、OUT则为电机驱动引脚，通过改变OUT端的逻辑电平可控制电机的正、反、停止状态，表1所列是直流电机控制逻辑。L298N的5、6、7、10、ll、12六个引脚可直接与单片机的PD端口相连，而通过对单片机的编程则可以实现直流电机PWM调速。