基于avratmega128智能小车硬件设计和实现

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1、基于AVRATmegal28智能小车硬件设计和实现摘要：主要介绍一种以AVRATmegal28为核心的智能小车的硬件原理设计。智能小车以AVRATmegal28单片机为整个系统的控制核心；应用红外传感识别外界信息；使用左、右两侧电动机的差速驱动实现转向；外部通信拓展了无线和有线两种方式；同时还预留了陀螺仪端口，方便进行后续更新和升级。该智能小车可以作为对智能车辆进一步研究的平台。关键词：AVRATmegal28；智能小车；传感器；硬件设计中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2014)08-1809-06近年来，智能交通和人工智能的

2、发展迅速，智能小车在许多领域已经成为热门的研究方向。智能小车的应用领域也越来越广泛，例如在远程控制中，可以在室内控制在任何地方的智能小车；视频监控，代替人到危险的地方侦查，传回视频资料；防爆排爆，可以代替人工排爆，很大程度的降低人员的伤亡，并且可以提高排爆的精准度；学生科教学习竞赛，让学生把课堂上学到的理论知识运用到实践中，加深了对理论的理解。参加一些比赛，提升自我的技巧与能力，促进创新性的发展。智能小车通过红外感应了解周边的情况，实现对障碍物所在的环境进行分析，提前预设任务，将自动完成任务。智能小车的系统设计是以人工智能为背景，是多学科相互结合，相互协调的产

3、物。智能小车拥有强劲的动力来源一一直流电动机，灵敏的感知设备一一红外传感，还有富有“思维”的中心控制一一单片机。本文设计的智能小车是一种基于AVRATmegal28单片机系统的设计与实现方法•文中对其硬件构成做了详细的说明.主要包括主控模块、红外传感模块、电动机驱动模块、电源模块四个部分，同时预留了陀螺仪和一个无线传感模块。智能小车能实现了在迷宫内快速稳定的行走及对迷宫最优路径的搜索。在此基础上可以进行再次开发，满足各种智能小车竞赛要求的功能与用途。1系统整体方案智能小车应具备行走功能，判断并自动避开障碍，在具有障碍的路面上自由行走。因此，智能小车硬件系统主要

4、包括AVRATmegal28微控制器、红外发射管SFH4550.红外接收管TPS601A.A3950驱动芯片、直流减速电动机、CD4013BPWR（D触发器）等。其系统总体设计原理图如图1所示，其硬件设计实物图如图2和图3所示。其中AVRATmegal28微控制器是智能小车的核心，对红外传感器进行控制和检测，通过检测到的传感信号，经过预先设计的算法分析处理，控制电动机，实现小车的智能避障行走。在智能小车中陀螺仪是起到平衡和稳定的作用，是智能小车能平稳快速的行进的保证。由于陀螺仪是预留模块，就不详细介绍，简要概括。陀螺仪模块即陀螺稳定平台，以陀螺仪为主要构件，主

5、要目的是保持智能小车能够平稳的运行的装置。动力陀螺稳定器是指使用内外环组成陀螺仪的力矩轴，从而产生力矩抵抗干扰的力矩，形成平衡使陀螺仪静止。陀螺仪依据使用角色能保持平稳的转动轴的数量分成单轴、双轴和三轴陀螺仪。主要使用陀螺仪旋转时产生的力抵消其他的干扰力，从而使信号平稳的输出。2系统硬件设计与实现智能小车主要包括主控制部分、红外探测器部分、直流电动机驱动部分、电源供电部分四个部分。同时预留了陀螺仪和一个无线传感模块。2.1主控模块主控模块选用AVRATmegal28芯片。初期曾用ATM16芯片作为主控模块，随着项目的深入，发现ATM16的资源比较有限，不能满足

6、智能小车应用的需求。经过对比、研究，决定使用ATmegall28oATmegall28芯片资源丰富，符合智能小车的硬件开发，其上手容易，开发周期较短，比较适于学生、教学与实验需求。而且价格适中，使用普遍，相关资料较多等优势。除上述提到的优势外ATmegall28本身具有如下特点：拥有128KB的可以编程的Flash,并且具有同时读写的功能;32个通用的寄存器可以直接使用；以及多个通用接口；并且拥有6种使用软件选择的方法。片中的ISPFlash可以使用编程器与引导程序进行多次编程。ATmegal28为许多嵌入式应用编程提供了各种方便和低价的选择。综上比较，主要控

7、制的单片机模块使用ATmegal128,也就是智能小车的大脑。图4为智能小车主控模块关于ATmegal128的资源分配原理图。如图所示MCU选用ATmegal28芯片，其中pin46-51是红外输出PWM信号；pin45是MCU的spi的CE信号，pin35是左电动机方向控制信号，36是左电动机模式控制信号，pin37是左电动机睡眠信号，pin38是左电动机辨向电路复位控制信号，pin39是右电动机方向控制信号，40是右电动机模式控制信号，pin41是右电动机睡眠信号，pin42是右电动机辨向电路复位控制信号,pin2是MCU的PDI信号,pin3是MCU的P

8、D0信号,pin6-7是右电动机辨向电