基于AVR单片机的瓦斯预警运动控制器设计

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1、学兔兔www.xuetutu.com第4期(总第179期)机械工程与自动化No．42013年8月MECHANICALENGINEERING&AUT0MAT10NAug．文章编号：1672-6413(2013)04-0121-03基于AVR单片机的瓦斯预警运动控制器设计来陈亚栋，刘鑫，高文华，卞梦超，王业明，李志峰(太原科技大学电子信息工程学院，山西太原030024)摘要：设计了一种在井下能根据道路情况自主进行运动决策的机器人控制系统。以AVR单片机为控制器件，利用直流电机作为驱动装置，遇到障碍物能够进行自主决策，实时检测瓦斯浓度，并能超限报警．同时采用无线收发模块将采集数据发送到井下设置的通信

2、节点。该系统具有运动控制稳定、实时通信、自主决策等特点。关键词：瓦斯浓度；AVR单片机；运动控制器中图分类号：TP242．6：TP277文献标识码：A0引言据、避障移动，要求各模块间紧密联系、相互作用，因此基于AVR单片机的移动机器人运动系统结构紧对主控芯片及传感器的选型以及各部分硬件电路的精凑，能够在狭窄巷道内行进，并且具有良好的越障能密设计是十分必要的。力，能够完成蔽障、测距、瓦斯浓度预警、声音探测以及在危险环境下实现自保护的功能。移动机器人能够精确采集井下巷道内瓦斯浓度及声音信息，并利用无线通讯方式将采集到的数据传送至设立在井下的通信节点，再通过节点将数据返回至地面控制中心处。1系统总体

3、方案设计1．1通讯方案设计机器人在井下运动时需要与地面控制中心保持实图1无线通讯节点布局时通讯，地下复杂的环境及两者间的距离使得机器人瓦斯与地面控制中心的通讯必须为无线通讯，而通讯距离检测及通讯两者间的障碍物会使得无线通讯的质量变差，为差声音尉此设计了一种基于通信节点的无线通讯方式口]。图1探测嶝辑为井下挖掘巷道通信节点的布局。1．2小车控制主电路结构设计本系统使用的主控芯片为AVR单片机ATMEGA128，在此基础上进行外围硬件电路的扩外部电源—电源稳压模熬驱动M模块l＼、=展，包括瓦斯浓度检测模块、声音探测模块、电机控制图2探测小车瓦斯预警控制电路框图模块、电源稳压模块及无线通信模块等。图

4、2为探测2．1车体机械结构选择小车瓦斯预警控制电路总体框图。车体是搭建控制系统的移动载体，考虑到矿井下2系统硬件设计狭窄的巷道以及崎岖的路面，因此车体不宜过宽、过为了使智能小车能够在复杂的井下巷道内监测数高，而且应该有一定的爬坡能力，扭矩也应较大，因此{l}山西省高等学校大学生创新创业训练项目(2012248)，太原科技大学UIT项目(42012049)收稿日期；2012—12—24I修回日期t2013—02—24作者简介；陈亚栋(1989一)，男，河北涿州人，在读本科生。学兔兔www.xuetutu.com·122·机械工程与自动化2013年第4期我们选用了履带式小车。小车底盘采用带电容的大

5、扭处理单元。该单片机性能稳定、功耗低，广泛应用于机力电机，经过齿轮变速后，使机器人拥有充足的动力快器人控制领域L4]。该系统包括了mega128单片机系速越障；底盘稳定性强，履带富有弹性、减震耐磨性好、统的必要组成部分，如时钟电路、滤波电路、调试用抓地摩擦力大，能满足对恶劣地形的要求]。LED／按键电路、电源接口以及I／O接口等，扩展功能2．2电源模块有直流电机控制电路接口、传感器接口和电源接口等。为了使控制器能安全、稳定地工作，必须将单片机2．4直流减速电机驱动模块设计与大电流器件分开供电，避免大电流器件对单片机造直流电机的控制信号为PWM脉冲信号。由成干扰。系统采用两路供电，用12V900

6、0mA·h锂PWM脉冲的占空比控制电机的转速，用单片机控制电池经过稳压芯片7809给直流电动机供电，经过稳压直流电机，可以用一个输出口发送脉冲：高电平一延芯片7805电压变换后为单片机、传感器提供稳定的5V时一低电平一延时⋯⋯用延时的长短控制脉冲的频直流电。并对稳压芯片进行散热处理，图3为78系列率。电平的转换次数就是脉冲个数。稳压芯片电路图。电机驱动模块采用L297+L298构成的直流电机驱动电路。使用L297突出的特点是外部只需时钟、方向和工作方式3个输入信号，同时L297自动产生1lFTT01．的电机励磁相序减轻了微处理器控制及编程的负担。：L297译码器能将控制器的控制信号译成所需的图

7、378系列稳压芯片电路图相序，再将产生的4相A、B、C、D和抑制线INHl、2．3AVR单片机最小系统设计INH2输入到L298进行功率放大。直流电机驱动电选用ATMEL公司的mega128单片机作为中央路如图4所示。图4直流电机驱动电路单片机通过电机驱动电路控制小车的运行状态，采用FSK调制，内部集成了所有与RF协议相关的高表1为小车状态表。速信号处理部分，采用EnhancedShortBurs