基于ATmega16的智能小车控制系统设计

时间：2021-10-20 23:16:08

关键字： ATmega16 无线模块 RF2401 智能小车

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[导读]摘要：当前的电动小车基本上采取的是基于纯硬件电路的一种开环控制方法，具有直线行驶、前进、后退、转弯、停车等基本功能，但在某些特殊场合下却不能采集到有用信息。文章正是在这种需要之下，以ATmega16单片机为控制核心，用RF2401无线收发模块进行遥控通信，用DS18B20进行温度检测，同时采用超声波等传感器材检测信号和障碍物，最后充分利用单片机的串口资源和运算、处理能力，开发设计了一种智能控制系统，从而实现了小车的测温、躲避障碍物等功能。

引言

当前的电动小车基本上采取的是基于纯硬件电路的一种开环控制方法,这种电动小车虽然也具有直线行驶、前进、后退、转弯、停车等基本功能，但在某些特殊场合，电动小车却无法采集到自动化控制领域的有用信息。在这种情况下,就需要开发用于自动化控制领域的智能小车。为此，本文以ATmega16单片机为控制核心，用RF2401无线收发模块进行遥控通信，同时用DS18B20进行温度检测，并采用超声波等传感器材来检测信号和障碍物，最后利用单片机的串口资源和运算、处理能力，开发设计了一种智能控制系统，从而实现了小车的测温、躲避障碍物等功能。

1总体方案及器件的选取

1.1总体方案

本系统以单片机为核心，增添其他外围设备，如双电源模块、超声波探测器、显示模块、无线收发模块等，以两个直流电机经过减速箱作为驱动，通过主控单元来处理传感器上信号，处理数据后完成相应的操作，以实现相应的功能。小车总体设计方案如图1所示。

图1 小车总体设计方案

1.2器件的选取

本设计的车体设计由笔者制作。主控芯片采用Atmel公司推出的高性能、高速度、低功耗的ATmega16AVR单片机作为电动车的主控制芯片；电机选择使用控制方法较为简单的直流减速电机作为电动车的驱动电机；电机驱动选择可直接对电机进行控制，而无须隔离电路的L298N作为电机驱动芯片。

系统无线收发模块采用Nordic公司能满足较大传输速率无线通信需求的NRF24L01芯片；对于电源的处理，本设计采用2节锂电池12V来驱动电机芯片，然后用7805稳压管来形成5V电压给单片机供电，无线传感器NRF24L01的电源用3.3V电压提供。

2硬件实现2.1ATmega16单片机

AVR单片机是Atmel公司推出的较为新颖的单片机，其显著的特点为高性能、高速度、低功耗。而ATmega系列是AVR单片机中的高端产品。单周期可执行本指令功能，同时完成下一条指令的读取。通常时钟频率用6~16MHz，故最短指令执行时间为250~125ns。还有I/O第二功能，内部有时钟电路、10BitAD功能，片内资源很丰富。

2.2ATmega16最小系统图

ATmega16单片机的最小系统如图2所示。最小系统主要包括晶振电路、电源电路、复位电路等。

2.3电机驱动部分

该模块主要由L298芯片来控制两个电机的正反转，以及改变电机的转速。L298芯片是一种高压、大电流双全桥式驱动器。其中，SENSEA、SENSEB分别为两个H桥的电流反馈脚，不用时可以直接接地。VCC、VS接电源引脚，电压范围分别是4.5~7V、2.5~46V，设计中VCC端与单片机电源端共用5V工作电源，VS端独立地接9V电源。ENA、ENB为使能端，低电平禁止输出。IN1、IN2、IN3、IN4为数据输入引脚，OUT1、OUT2、OUT3、OUT4为数据输出引脚。根据L298N的引脚和输出引脚的逻辑关系，将IN1、IN2经过非门连接，IN3、IN4经过非门连接，即IN1和IN2永远是相反的，一高一低，IN3、IN4也一样，通过改变ENA、ENB就能分别改变左右轮的速度。