基于單片機的車模無線運動控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)6-7

PAGE2PAGEIV摘要今天我們已經(jīng)進入了一個無線技術(shù)無所不在的時代。在家中，使用便利的無線電話；出門在外使用手機與遠方的親人通話、發(fā)短消息；開車，GPS系統(tǒng)為我們導(dǎo)航指路；工作，使用無線網(wǎng)卡可以隨時隨地地進行網(wǎng)上辦公等等。隨著技術(shù)的進步，無線通信和無線網(wǎng)絡(luò)將迅速地向我們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€方面擴展，不久的將來我們大部分的電子產(chǎn)品都將是無線并可隨時在線的，一個無線社會很快就將成為現(xiàn)實，并將深刻改變?nèi)藗兊纳罘绞健Ｖ悄苄≤?，也就是輪式機器人，最適合在那些人類無法工作的環(huán)境中工作，該技術(shù)可以應(yīng)用于無人駕駛機動車，無人生產(chǎn)線，倉庫，服務(wù)機器人，航空航天等領(lǐng)域。作為20世紀自動化領(lǐng)域的重大成就，機器人已經(jīng)和人類社會的生產(chǎn)、生活密不可分。因此為了實現(xiàn)對智能小車的精確控制，進一步研究及完善其速度和方向的控制是非常有必要的。本論文提出了一種基于AVR單片機的車模無線運動控制系統(tǒng)設(shè)計的總體方案和實現(xiàn)方法。系統(tǒng)采用高速度低功效單片機ATmega8L和ATmega16L作為主控制芯片，315M無線收發(fā)模塊。車模采用四輪式結(jié)構(gòu)，利用L298N實現(xiàn)電機差分驅(qū)動，并結(jié)合控制算法以及直流電機PWM調(diào)速實現(xiàn)方向、速度的快速調(diào)整。本系統(tǒng)集霍爾傳感器、無線通信、USB轉(zhuǎn)串口通信、上位機控制于一體，可以很方便地實現(xiàn)上位機對車模無線運動的控制關(guān)鍵詞AVR單片機；無線通信；PWM調(diào)速；車模AbstractTodaywehaveenteredintoalleraofubiquitouswirelesstechnology.Thewirelessphones,mobilephones,GPSnavigationsystemandwirelessnetworkcardcanbeavailableandconvenientforpeopletouseanytimeandanywhere.Withtheadvancementoftechnology,wirelesscommunicationsandwirelessnetworkswillquicklyaffectallaspectsofourdailylife.Andmostoftheelectronicproductswillbewirelessandonlineatanytimeinthenearfuture.Asocietywithwirelesstechnologywillbearealitysoonandwillchangethelifestyleofpeopleprofoundly.Intelligentvehicle,alsoiscalledaswheeledrobot,mostsuitsintheenvironmentwhichthesehumanbeingsareunabletowork,thetechnologycanbeappliedtounmannedvehicles,unmannedproductionlines,warehouses,servicerobots,aerospaceandotherfields.Asthemajorachievementsinthefieldofautomationofthe20thcentury,roboticsandhumansocietyhasbeeninseparableinproductionanddailylife.Therefore,inordertoachieveaccuracycontroloftheintelligentvehicleandimproveitsspeedanddirectioncontrolisverynecessary.ThispaperproposestheoveralldesignplanandtherealizationmethodofonekindofcarmodelwirelessmotioncontrolbasedontheAVRsingle-chip.Thesystemuseshigh-speedandlow-powerATmega8LandATmegal6Lasthemainchip,315Maswirelesstransceivermodules.Carmodelusesthreewheels.TakingadvantageofL298NachievedifferenceoperatorandcombiningwithalgorithmandDCmachinesofPWMspeedcontrolachievethedirectionandspeedofrapidadjustment.Thesystemsetshallsensors,wirelesscommunications,usbtoserialcommunicationsanduppercomputercontrolinone,thusmakingiteasytoachieveuppermonitormotioncontrolofvehiclemodel.KeywordsAVRsingle-chipwirelesscorrespondencePWMspeedcontrolvehiclemodel目錄TOC\o"1-3"\u摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1課題研究的目的和意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 11.3本論文主要內(nèi)容 2第2章系統(tǒng)整體方案設(shè)計 32.1車模車體結(jié)構(gòu)分析 32.2車模無線運動控制系統(tǒng)功能要求 42.3總體設(shè)計思路 42.4本章小結(jié) 5第3章無線車?？刂葡到y(tǒng)的硬件設(shè)計和實現(xiàn) 63.1硬件系統(tǒng)概述 63.2AVR單片機芯片簡介 73.2.1ATmega8L特性介紹 83.2.2ATmega16L特性介紹 83.3電源電路設(shè)計 93.4315M無線模塊 93.4.1無線模塊原理 93.4.2PT2262/2272編解碼芯片 103.5速度測量模塊 133.6L298N電機驅(qū)動模塊 133.7USB轉(zhuǎn)串口模塊 143.8本章小結(jié) 15第4章無線車模控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計和實現(xiàn) 164.1系統(tǒng)軟件概述 164.2上位機軟件 164.2.1VB開發(fā)環(huán)境介紹 164.2.3MSComm控件屬性介紹 164.2.3上位機軟件功能介紹 174.3車模無線運動主控制程序設(shè)計 184.3.1上位機指令發(fā)射部分 184.3.2車模運動控制部分 194.4本章小結(jié) 23總結(jié) 24參考文獻 25致謝 26附錄1 27附錄2 28附錄3 29附錄4: 31五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計PAGE36第1章緒論智能車(IntelligentVehicle)又稱輪式機器人(WheelMobileRobot)，俗稱無人駕駛汽車(AutonomousVehicle)。它是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自動駕駛等多種功能與一體的綜合控制系統(tǒng)。智能車是移動機器人的一種，本章將介紹與智能賽車相關(guān)的移動機器人和智能汽車的發(fā)展現(xiàn)狀及目的和意義。1.1課題研究的目的和意義隨著當代計算機技術(shù)、控制理論、能源技術(shù)等的快速發(fā)展，機器人技術(shù)在短短的幾十年間發(fā)生了同新月異的變化。機器人作為人類20世紀最偉大的發(fā)明之一，其技術(shù)的發(fā)展代表著人類技術(shù)發(fā)展的最前沿，并將對人類社會的生產(chǎn)和生活帶來深遠的影響。目前，高級形態(tài)的智能機器人已經(jīng)在各行各業(yè)中占據(jù)了不可取代的地位。機器人的誕生和機器人學(xué)的建立和發(fā)展是20世紀自動控制最具說服力的成就，是20世紀人類科學(xué)技術(shù)進步的重大成果。機器人從爬行到學(xué)會兩腿直立行走僅僅用了20年，而人類的這一過程則經(jīng)歷了上百萬年。現(xiàn)在全世界已經(jīng)有超過100萬臺機器人，銷售額每年增長20％以上，機器人技術(shù)和工業(yè)得到了前所未有的飛速發(fā)展。機器人已經(jīng)能夠使用工具，能看、能聽、能說，并且開始能進行一些決策和思考的智能行為，其應(yīng)用也從傳統(tǒng)的加工制造業(yè)逐漸擴展到軍事、海洋探測、宇宙探索等領(lǐng)域，并開始進入家庭和服務(wù)行業(yè)。美國的遠程遙控機器人技術(shù)，在費盧杰巷戰(zhàn)中，美軍還使用了“機器人偵察兵”。這些機器人偵察兵是由躲藏在安全地帶的士兵，使用無線電遙控器操縱遙控而完成任務(wù)的。它裝備有遙控紅外和同光攝像機，并具有良好的機動性，可以爬樓梯，即使被撞翻在地，也能夠自動翻轉(zhuǎn)過來，靈活地越過或繞過障礙物。當接近爆炸裝置、地雷和建筑物內(nèi)敵人隱藏處時，它可以隱蔽在一邊，將攝像機對準目標，將相關(guān)的戰(zhàn)場信息傳遞給操縱員，操縱員通過頭盔顯示器接受信息。這些機器人的出現(xiàn)和參戰(zhàn)，大大減少了美軍遭襲的概率?，F(xiàn)在無線遙控已被廣泛地應(yīng)用到日常生活中及工業(yè)中，電視機、電冰箱、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電視演播系統(tǒng)、電視會議系統(tǒng)、微格教學(xué)系統(tǒng)、工業(yè)智能控制等多種領(lǐng)域都有應(yīng)用，極大地方便了用戶的操作和使用。在這個科技飛速發(fā)展時代，車輛已經(jīng)越來越為我們熟悉，在很多人心目中，車已經(jīng)從代步工具上升到興趣愛好的地位。二十世紀六十年代末至七十年代初，無線電愛好者自己組裝的單通道無線電遙控設(shè)備開始運用于車輛模型，七十年代中期后，模型用無線電遙控設(shè)備逐步實現(xiàn)了商品化，質(zhì)量穩(wěn)定且性能日益完善?，F(xiàn)在車輛模型競技賽作為一種新型的高科技運動正在興起。所以在研究無線傳感器原理的基礎(chǔ)上，討論車模運動控制是很有必要的。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析智能小車是機器人學(xué)中的一個重要分支。早在20世紀60年代木期，斯坦福研究院(SRI)的NilsNilssen和CharlesRosen等人就研制出了名為Shakey的自主移動機器人。其目的是研究應(yīng)用人工智能技術(shù)，在復(fù)雜環(huán)境下機器人系統(tǒng)的自主推理、規(guī)劃和控制。與此同時，最早的操作式步行機器人也研制成功，從而開始了機器人步行機構(gòu)方面的研究，以解決機器人在不平整地域內(nèi)的運動問題，設(shè)計并研制出了多足步行機器人。其中最著名的是名為GeneralElectricQuadruped的步行機器人。20世紀70年代末，隨著計算機的應(yīng)用和傳感技術(shù)的發(fā)展，移動機器人研究又出現(xiàn)了新的高潮，特別是在80年代中期，設(shè)計和制造機器人的浪潮席卷全世界。一大批世界著名的公司開始研制移動機器人平臺，這些移動機器人主要作為大學(xué)實驗室及研究機構(gòu)的移動機器人實驗平臺，從而促進了移動機器人學(xué)多種研究方向的出現(xiàn)。20世紀90年代以來，以研制高水平的環(huán)境信息傳感器和信息處理技術(shù)，高適應(yīng)性的移動機器人控制技術(shù)、真實環(huán)境下的規(guī)劃技術(shù)為標志，開展了移動機器人更高層次的研究。美國Probotics公司1999年生產(chǎn)的Cye小型家用移動式服務(wù)機器人，它可牽引一輛小型拖車在室內(nèi)運送飲料、信件等生活用品，或牽引吸塵器進行室內(nèi)清潔工作。Cye采用雙輪差動驅(qū)動方式，環(huán)境信息的獲取采用地圖輸入方式，可跟蹤聲音信號，任務(wù)完成后能自動返回總站待命。美國Denning公司與Windsor工業(yè)公司90年代初合作生產(chǎn)的地面吸塵機器人RoboScrub，它采用超聲傳感器檢測障礙，并配有高精度激光導(dǎo)航系統(tǒng)。RoboScrub的導(dǎo)航系統(tǒng)需要光碼條來實現(xiàn)機器人定位，限制了其應(yīng)用范圍。所示為Kent公司設(shè)計的另外一種清潔機器人RoboKent，它不需要導(dǎo)引條碼或定位路標，但需要操作者輔助其完成對清掃區(qū)域周遍的探測，因而其清掃區(qū)域限于簡單的矩形區(qū)域。目前，國內(nèi)在遠程遙控機器人技術(shù)也取得了很多發(fā)展，但是跟國外比還是有一定的差距的。中國工業(yè)機器人經(jīng)過“七五”攻關(guān)計劃、“九五”攻關(guān)計劃和863計劃的支持已經(jīng)取得了較大進展，工業(yè)機器人市場也已經(jīng)成熟，應(yīng)用上已經(jīng)遍及各行各業(yè)，但進口機器人占了絕大多數(shù)。我國在某些關(guān)鍵技術(shù)上有所突破，但還缺乏整體核心技術(shù)的突破，具有中國知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機器人則很少。目前我國機器人技術(shù)相當于國外發(fā)達國家20世紀80年代初的水平，特別是在制造工藝與裝備方面，不能生產(chǎn)高精密、高速與高效的關(guān)鍵部件。我國目前取得較大進展的機器人技術(shù)有：隧道掘進機器人相關(guān)技術(shù)、工程機械智能化機器人相關(guān)技術(shù)、裝配自動化機器人相關(guān)技術(shù)?，F(xiàn)已開發(fā)出噴涂、搬運、包裝、激光加工、檢驗、真空、自動導(dǎo)引車等工業(yè)機器人產(chǎn)品，主要應(yīng)用于汽車、摩托車、工程機械、家電等行業(yè)。本論文研究的是基于單片機無線運動控制的智能小車，它屬于兩輪驅(qū)動的移動機器人。1.3本論文主要內(nèi)容本論文研究的主要內(nèi)容包括：1.智能小車相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀。本論文首先概要介紹了與智能小車相關(guān)的機器人、智能車輛和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。2.智能小車結(jié)構(gòu)的安裝、調(diào)整與完成。對智能小車車模進行了結(jié)構(gòu)改造，完成了電機的選擇及其安裝，構(gòu)建系統(tǒng)的整體方案。3.控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計與完成。從單片機的選擇開始，完成了電源模塊設(shè)計、無線收發(fā)模塊、速度測量模塊、驅(qū)動控制模塊、USB轉(zhuǎn)串口模塊等的設(shè)計。4.控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計及實現(xiàn)。從單片機的功能入手完成系統(tǒng)各個模塊的設(shè)計，實現(xiàn)PWM調(diào)整電機速度，接收上位機指令等功能。第2章系統(tǒng)整體方案設(shè)計2.1車模車體結(jié)構(gòu)分析智能小車的運動方式有輪式、履帶式和步行方式。輪式和履帶式小車適用于條件較好的路面，而步行小車則適于條件較差的路面。為了適應(yīng)各種路面的情況，也可采用輪、腿、履帶并用。本設(shè)計中的小車主要工作是在實驗室內(nèi)和路面條件較好的場合，所以采用輪式。對輪式小車進行遠程控制，就必須知道小車的結(jié)構(gòu)原理，本節(jié)將闡述車模車體的基本結(jié)構(gòu)特征。四輪結(jié)構(gòu)是輪式小車的基本移動結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)比較簡單，能夠滿足一般的需要，所以應(yīng)用較為廣泛。對于小車的車體部分，如圖2-1，它采用大致長方形的結(jié)構(gòu)，主要由底盤、兩減速電機、萬向輪、車輪、霍爾傳感器等部分組成。在該結(jié)構(gòu)中，前輪和后輪的萬向輪，僅起支撐作用，左右兩輪分別由兩個減速電機獨立驅(qū)動，而且旋轉(zhuǎn)半徑可以從零到無限大任意設(shè)定。其旋轉(zhuǎn)中心是在連接兩驅(qū)動軸的直線上，所以旋轉(zhuǎn)半徑即使是0，旋轉(zhuǎn)中心也與車體的中心一致。鑒于該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、便于控制的優(yōu)點，本論文所研究的移動機器人就采用這種四輪結(jié)構(gòu)，前輪和后輪為萬向輪，左右兩輪由兩個減速電動機分別獨立驅(qū)動。萬向輪萬向輪磁鐵磁鐵車輪車輪減速電機減速電機霍爾傳感器霍爾傳感器圖2-1車體結(jié)構(gòu)示意圖2.2車模無線運動控制系統(tǒng)功能要求基于單片機的無線電機驅(qū)動控制，是利用單片機作為系統(tǒng)的主控制器。首先在信號發(fā)射控制系統(tǒng)中，將上位機信號經(jīng)USB轉(zhuǎn)串口通信傳輸?shù)轿⒖刂破魈幚恚ㄟ^數(shù)字編碼產(chǎn)生序列脈沖，經(jīng)ASK調(diào)頻發(fā)送信號。然后通過解調(diào)接收器將調(diào)頻發(fā)送信號還原為序列脈沖，連接到電機驅(qū)動控制系統(tǒng)，通過其中的微控制芯片，根據(jù)指令信號執(zhí)行相應(yīng)的控制。如調(diào)速控制、制動控制等。2.3總體設(shè)計思路根據(jù)系統(tǒng)具體功能要求，可以對每一個具體部分進行分析設(shè)計。整個控制系統(tǒng)分為硬件電路設(shè)計和軟件程序設(shè)計兩部分。硬件電路主要包括：USB轉(zhuǎn)串口模塊、無線收發(fā)模塊、電機驅(qū)動模塊、霍爾傳感器測速模塊以及單片機與各部分接口的處理部分，系統(tǒng)設(shè)計方案圖如圖2-2。圖2-2系統(tǒng)設(shè)計方案圖整個系統(tǒng)可劃分為無線收發(fā)電路部分、電機驅(qū)動控制電路部分這兩大部分。無線收發(fā)電路采用遙控編碼、解碼集成芯片PT2262/PT2272為核心器件，它們是一對帶地址、數(shù)據(jù)編碼功能的無線遙控發(fā)射、接收芯片。再配合315M超再生模塊，使無線傳輸更加穩(wěn)定、可靠，功效更低。單片機通過USB轉(zhuǎn)串口模塊接收上位機指令，經(jīng)處理后，再通過無線發(fā)送，主控制模塊接收指令，驅(qū)動電機執(zhí)行命令，實現(xiàn)無線收發(fā)功能。在電機驅(qū)動控制電路中，把無線模塊接收下來的相應(yīng)指令用來驅(qū)動電機運行，是此部分控制電路是整個控制系統(tǒng)的核心。電機驅(qū)動控制電路所要完成的最大功能就是要根據(jù)指令對車模的速度、方向進行調(diào)節(jié)。在本論文中，采用PWM脈沖調(diào)速的方式實現(xiàn)對小車速度的控制。為實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的精確調(diào)整和小車直線行走問題，還加入了霍爾傳感器進行測速。軟件設(shè)計主要由系統(tǒng)流程及各功能模塊程序組成。主要用來控制無線數(shù)據(jù)的收發(fā)、完成小車的速度測量、PWM電機速度調(diào)整、接收上位機信號等軟件編程。2.4本章小結(jié)本章提出了整個系統(tǒng)的設(shè)計方案，結(jié)合功能要求設(shè)計出本系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，對車體結(jié)構(gòu)進行了簡要的分析，并對各個控制環(huán)節(jié)進行分析與探討，為后續(xù)的軟硬件設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。第3章無線車模控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計和實現(xiàn)3.1硬件系統(tǒng)概述任何一個控制系統(tǒng)都離不開軟件程序賴以實現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)——硬件設(shè)計。本論文研究的系統(tǒng)選用AVR單片機ATmega8L和ATmega16L為控制核心，AVR單片機不僅具有強大高速的運算處理能力，而且在片內(nèi)集成了豐富的電機控制外圍部件，這就大大簡化了控制電路的硬件設(shè)計，加之采取了“硬件軟化”的設(shè)計方案，使得整個控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計比較簡潔。圖3-1上位機指令發(fā)射系統(tǒng)框圖圖3-2車模運動控制系統(tǒng)框圖控制系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：核心微處理器ATmega8L和ATmega16L；電源設(shè)計，單片機5V電源和6V減速電機的供電設(shè)計；315M無線模塊的收發(fā)，PT2262/2272編解碼電路的構(gòu)成；霍爾傳感器A44E配合磁鐵，把信號送進AVR單片機的外部中斷進行速度測量；L298N電機驅(qū)動模塊；USB轉(zhuǎn)串口通信模塊。3.2AVR單片機芯片簡介針對一定的用途，選擇合適的主控芯片是十分重要的。選擇功能過少的單片機，無法完成系統(tǒng)功能。選擇功能過強的單片機，則會造成資源浪費。選擇的原則一般主要有以下幾點：單片機對應(yīng)用系統(tǒng)的適用性。例如：是否有足夠的I/O管腳，是否含有所需的外圍部件，極限性能是否滿足要求等；單片機的可購買性；單片機的可開發(fā)性。例如：程序下載、調(diào)試工具；技術(shù)支持；語言體系與熟悉程度。根據(jù)第二章的設(shè)計思路，需用到外部中斷接口，PWM接口，考慮到I/O個數(shù)、單片機穩(wěn)定性并綜合實際情況，發(fā)射和接收模塊分別選用ATmega8L和ATmega16L為主控芯片。AVR單片機是美國ATMEL公司設(shè)計的，AVR單片機對原51單片機內(nèi)核進行了較大改造，采用精簡指令集RISC(ReducedInstructionSetCPU)結(jié)構(gòu)，廢除了原51單片機中的機器周期，由原來12個時鐘執(zhí)行一條指令改進為一個時鐘執(zhí)行一條單周期指令，大多數(shù)指令執(zhí)行所需的時鐘周期數(shù)與指令的字節(jié)數(shù)相同，使得AVR單片機的運行速度大大提高。AVR單片機的設(shè)計者除了改造51內(nèi)核外，還將Flash、EEPROM、AD、WatchDog、SPI、PWM和片內(nèi)振蕩器等集合為一體，可以真正做到單片。AVR主要技術(shù)創(chuàng)新主要體現(xiàn)在以下幾個方面：高性能，采用精簡指令集CPU(RISC)和哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)的流水線技術(shù)，擁有32個通用工作寄存器；片內(nèi)集成了非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器以及工作存儲器；豐富的外設(shè)，如SPI、EEPROM、RTC、WatchDog定時器、A/D轉(zhuǎn)換器、PWM和片內(nèi)振蕩器等；寬工作電壓：1.8-6V之間；低功耗，具有6種休眠模式，能夠從低功耗模式迅速喚醒；編譯好的目標文件可通過在線編程(ISP)直接寫入程序存儲器，實現(xiàn)芯片在系統(tǒng)編程調(diào)試，無需購買昂貴的仿真器和編程器，從而節(jié)省了系統(tǒng)開發(fā)成本；I/O口資源豐富，設(shè)計靈活，驅(qū)動力強；具有多復(fù)位源、多中斷源方式；其USART不占用定時器，采用獨特的波特率發(fā)生器；保密性強，F(xiàn)lash程序存儲器具有保密鎖死功能。ATmega系列單片機屬于AVR中的高檔產(chǎn)品，它具有AVR單片機所具有的特點，并在此基礎(chǔ)上，增加了更多的接口功能，提供更充足的程序和數(shù)據(jù)存儲器，而且在省電性能、穩(wěn)定性、抗干擾性以及靈活性方面考慮的更加周全和完善。本設(shè)計采用的ATmega8L、ATmega16L單片機，它也屬于ATmega系列單片機的一個子集。3.2.1ATmega8L特性介紹ATmega8L因為采用了先進的RISC精簡指令集結(jié)構(gòu)，所以具有足夠快的運行速度，可達1MIPS/MHZ，是普通CISC單片機的10倍；3個PWM通道，可實現(xiàn)任意小于16位、相位和頻率可調(diào)的PWM脈寬調(diào)制輸出；有19個不同的獨立中斷源，并有特定的中斷允許位，提高了系統(tǒng)的安全性；片內(nèi)集成了較大容量的非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器以及工作存儲器，存儲空間足以滿足系統(tǒng)需要，并為系統(tǒng)的擴展提供了必要保證；23個可編程I/O口，可任意定義I/0的輸入/輸出方向；驅(qū)動能力強，可直接驅(qū)動LED等大電流負載，且多數(shù)的I/0口為復(fù)用口，除了作為通用數(shù)字I/O使用外，其第二功能可作為芯片內(nèi)部其他外圍電路的接口；具有三個定時/計數(shù)器，除了能夠?qū)崿F(xiàn)通常的定時和計數(shù)功能外，還具有捕捉、比較、脈寬調(diào)制輸出、實時時鐘計數(shù)等更為強大的功能；帶ADC和DAC轉(zhuǎn)換，可直接輸入模擬量、輸出數(shù)字量；有看門狗電路，一旦程序進入死循環(huán)能自動復(fù)位，保證系統(tǒng)工作的可靠性；有空閉、省電、掉電三種低功耗方式，特別適合低功耗系統(tǒng)的要求。3.2.2ATmega16L特性介紹ATmega16L的特性基本上與ATmega8L類似，同樣采用先進的RISC精簡指令結(jié)構(gòu)，速度同樣可以達到1MIPS/MHZ，而且功能更加強大，具體差別有以下幾點：4個PWM通道，可滿足更多用戶的需要，實現(xiàn)多通道PWM脈寬調(diào)制的輸出；有21個不同的獨立中斷源，增加了外部中斷2、定時/計數(shù)器0比較匹配這兩個中斷，是ATmega8L的升級版；32個可編程I/O口，可任意定義I/0的輸入/輸出方向，可滿足I/O口需要較多的用戶，解決I/O口缺少等問題；在ATmega8L8kflash、512字節(jié)EEPROM、1K片內(nèi)的SRAM的基礎(chǔ)上ATmega16Lflash空間增加到16K,從根本上解決了使用空間的憂慮。作為整個系統(tǒng)的控制核心，ATmega8L和ATmega16L單片機具有的功能特點使它非常適合車模運動的控制設(shè)計。ATmega8L和ATmega16L管腳如圖3-3和圖3-4所示。圖3-3ATmega8L管腳圖3-4ATmega16L管腳3.3電源電路設(shè)計在本系統(tǒng)設(shè)計中，需要使用7.2V和5V的直流穩(wěn)壓電源，其中發(fā)射部分的315M發(fā)射模塊和USB轉(zhuǎn)串口模塊、ATmega8L使用USB口的5V供電，小車部分采用7.2V鎳氫電池，經(jīng)過電容濾波分兩路進行供電，一路是6V減速電機供電，另一路是ATmega16L、315M接收模塊、L298N芯片及其外圍器件供電。在電機啟動以及轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生比較大的干擾信號，干擾信號一方面通過電源線直接進入電源電路對整個電路產(chǎn)生干擾，另一方面電動機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的電磁波經(jīng)過空間輻射對無線模塊接收電路形成干擾。以上兩種干擾途徑后者只要讓無線模塊和電機保持一定距離就能解決。而為了解決前者的干擾，在電機兩端并聯(lián)一個104電容濾波外，電機電源還使用了容值較大的1000UF電解電容和104瓷片電容進行濾波，在7805穩(wěn)壓管輸入端和輸出端再進行二次濾波，以減少電機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的干擾信號。具體的電路如圖3-5所示。圖3-5小車電源電路部分3.4315M無線模塊3.4.1無線模塊原理為實現(xiàn)無線傳輸指令，在系統(tǒng)的設(shè)計過程中，選用結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，傳輸距離較遠的315M無線模塊，在日常生活這一類模塊主要應(yīng)用于遙控領(lǐng)域。遙控器發(fā)射電路，有振蕩電路、高頻放大器，調(diào)制方式一般采用ASK和FSK。振蕩電路可以采用電容、電感的振蕩特性來設(shè)計，也可加入晶振來簡單獲得載波信號。一般載波信號的頻率在315MHZ-433MHZ，也可實現(xiàn)更高的頻率。通過高頻放大器，高頻信號獲得更高的發(fā)射能量，提高發(fā)射距離。發(fā)射電路原理如圖3-6。圖3-6發(fā)射原理框圖接收電路里面主要有：天線，濾波電路，解調(diào)電路等幾部分組成。接收電路原理如圖3-7。圖3-7接收原理框圖天線是一種導(dǎo)行波與自由空間波之間的轉(zhuǎn)換器件或換能器。其基本功能是發(fā)射和接收無線電波：發(fā)射時，把高頻電流轉(zhuǎn)換為電磁波；接收時，把電磁波轉(zhuǎn)換為高頻電流。在本設(shè)計中，發(fā)射和接收模塊天線都采用了螺旋天線，以減少占用的空間。3.4.2PT2262/2272編解碼芯片PT2262/2272是臺灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗低價位通用編/解碼電路，是目前在無線通訊電路中作地址編碼識別最常用的芯片之一。PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三態(tài)(懸空,接高電平,接低電平)地址設(shè)定管腳,任意組合可提供531441個地址碼。PT2262最多可有6位（D0-D5）數(shù)據(jù)端管腳,設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳（Dout）串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路。PT2262/2272的管腳圖3-8。對于編碼芯片PT2262，A0～A5共6根線為地址線，而A6～A11共6根線可以作為地址線，也可以作為數(shù)據(jù)線，這要取決于所配合使用的解碼芯片。若解碼芯片沒有數(shù)據(jù)線，則A6～A11作為地址線使用，這種情況下，A0～A11共12根地址線，每線都可以設(shè)置成“1”、“O”、“開路”三種狀態(tài)之一，因此共有編碼數(shù)312＝531441種，但若配對使用的解碼芯片的A6～A11是數(shù)據(jù)線，例如PT2272，那么這時PT2262的A6～A11也作為數(shù)據(jù)線用，并只可設(shè)置為“1”和“0”圖3-8PT編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片PT2272接收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后，VT腳才輸出高電平與此同時相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直發(fā)送數(shù)據(jù)，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當發(fā)射機沒有發(fā)送數(shù)據(jù)時，PT2262不接通電源，其17腳為低電平，所以315MHz的高頻發(fā)射電路不工作，當有數(shù)據(jù)發(fā)送時，PT2262得電工作，其第17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號，當17腳為高電平期間315MHz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號，當17腳為低平期間315MHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于PT2262的17腳輸出的數(shù)字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控（ASK調(diào)制）相當于調(diào)制度為100％的調(diào)幅。具體管腳功能如表3-9和3-10。表3-9編碼電路PT2262管腳功能名稱管腳說明D0-D57-8、10-13數(shù)據(jù)輸入端，有一個為“1”即有編碼發(fā)出，內(nèi)部下拉Vcc18電源正端（＋）Vss9電源負端（－）TE14編碼啟動端，用于多數(shù)據(jù)的編碼發(fā)射，低電平有效OSC116振蕩電阻輸入端，與OSC2所接電阻決定振蕩頻率OSC215振蕩電阻振蕩器輸出端Dout17編碼輸出端（正常時為低電平）表3-10解碼電路PT2272腳管功能名稱管腳說明A0-A111-8、10-13地址管腳,用于進行地址編碼,可置為“0”,“1”,“f”(懸空),必須與2262一致,否則不解碼D0-D57-8、10-13地址或數(shù)據(jù)管腳,當做為數(shù)據(jù)管腳時,只有在地址碼與2262一致,數(shù)據(jù)管腳才能輸出與2262數(shù)據(jù)端對應(yīng)的高電平,否則輸出為低電平,鎖存型只有在接收到下一數(shù)據(jù)才能轉(zhuǎn)換Vcc18電源正端（＋）Vss9電源負端（－）DIN14數(shù)據(jù)信號輸入端，來自接收模塊輸出端OSC116振蕩電阻輸入端，與OSC2所接電阻決定振蕩頻率OSC215振蕩電阻振蕩器輸出端VT17解碼有效確認輸出端（常低）解碼有效變成高電平（瞬態(tài)）在本設(shè)計中采用8位地址碼和4位數(shù)據(jù)碼，這時編碼電路PT2262的第1～8腳為地址設(shè)定腳，有三種狀態(tài)可供選擇：懸空、接正電源、接地三種狀態(tài)，3的8次方為6561，所以地址編碼不可重復(fù)度為6561組，只有發(fā)射端PT2262和接收端PT2272的地址編碼完全相同，才能配對使用，芯片的這種設(shè)計允許一個遙控器對多個下位機進行遙控。遙控模塊的生產(chǎn)家為了便于生產(chǎn)管理，出廠時遙控模塊的PT2262和PT2272的八位地址編碼端全部懸空，這樣用戶可以很方便選擇各種編碼狀態(tài)，如果想改變地址編碼，只要將PT2262和PT2272的1～8腳設(shè)置相同即可。在本設(shè)計中PT2262和PT2272的地址是7腳和8腳接地。PT2262和PT2272除地址編碼必須完全一致外，振蕩電阻還必須匹配，一般要求譯碼器振蕩頻率要高于編碼器振蕩頻率的2.5～8倍，否則接收距離會變近甚至無法接收。阻值越大振蕩頻率越慢，編碼的寬度越大，發(fā)碼一幀的時間越長。本設(shè)計使用的是PT2262/1.2M、PT2272/200K組合，電路如圖3-11和3-12所示。圖3-11發(fā)射模塊電路圖3-12接收模塊電路3.5速度測量模塊方案一：利用紅外線對射的方式，在小車的車輪安裝一個碼盤，碼盤均勻打上一定數(shù)量的遮光孔，由于碼盤隨電機高速轉(zhuǎn)動，紅外線三極管接收到的是一系列的脈沖信號。通過檢測脈沖的個數(shù)，從而間接地測量速度和路程，但此方案碼盤的制作、安裝相對比較困難。方案二：利用霍爾傳感器對裝在車輪上的小磁鐵進行計數(shù)，從而間接的測量小車速度。此方案傳感器的信號強，電路簡單。結(jié)合本系統(tǒng)的使用減速電機（減速前后的速度比為96:1），在電機的后端裝上一個齒輪，在齒輪上均勻分布2塊磁鐵，這樣可以大大提高測速的精度，而且精度遠遠高于紅外對射的方式。因此本系統(tǒng)采用A44E集成開關(guān)霍爾傳感器來檢測電機的轉(zhuǎn)速。該傳感器是一種半導(dǎo)體器件，是利用霍爾效應(yīng)制成的，主要由穩(wěn)壓器、霍爾電勢發(fā)生器、差分放大器、斯密特觸發(fā)器和OC門輸出五個基本部分組成。當霍爾傳感器處在磁場中時，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會產(chǎn)生霍爾電勢差輸出，該信號經(jīng)放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸出送到OC門輸出。當施加的磁場達到工作點時，觸發(fā)器輸出高電壓（相對于地電位），使三極管導(dǎo)通，此時OC門輸出低電平，三極管截止。當施加的磁場到釋放點時，觸發(fā)器輸出低電平，三極管截止，使OC門輸出高電平，這樣兩次電壓變換，使霍爾開關(guān)完成了一次開關(guān)動作。把這樣的信號送到單片機的外部中斷1和外部中斷2，以測量小車左右輪的速度信息，電路如圖3-13所示。3-13霍爾傳感器電路3.6L298N電機驅(qū)動模塊在本系統(tǒng)設(shè)計當中，曾使用過分立元件組成的橋式驅(qū)動電路，這種電路可以由單片機直接對其進行操作，但由于分立元件占用的空間比較大，考慮到小車的空間問題，而分立元件的電器性能分散不易調(diào)整，所以我們采用了市面易購的電機驅(qū)動芯片L298N,它能同時控制兩個電機的正反轉(zhuǎn)，該芯片是利用TTL電平進行控制，通過單片機的I/O口輸出高低電平，控制電機兩邊的電平變化，從而實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)，方便用戶操作。電機驅(qū)動芯片L298N為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動，設(shè)計用來接收DTL或者TTL邏輯電平驅(qū)動感性負載（比如繼電器，直流和步進電機）。表3-14是其使能、輸入引腳和輸出管腳的邏輯關(guān)系。表3-14L298N管腳邏輯關(guān)系ENA(ENB)IN1(IN4)IN2(IN3)電機運行情況L--停止HLL停止HHL正轉(zhuǎn)HLH反轉(zhuǎn)小車驅(qū)動電路如圖3-15。L298N內(nèi)部集成了兩個橋式電路，通過單片機輸出過來的數(shù)字信號控制內(nèi)部與門的開關(guān)，實現(xiàn)電機輸出端電壓的正反控制，進而控制電機的旋轉(zhuǎn)方向。在小車運行當中，考慮到小車電機的正反轉(zhuǎn)，感應(yīng)電流有可能過大導(dǎo)致電機燒毀，所以加了8個二極管續(xù)流，起到保護芯片的作用。ENA和ENB分別接PWM信號，通過控制ENA和ENB的接通時間，從而達到調(diào)速的效果。圖3-15L3.7USB轉(zhuǎn)串口模塊

USB轉(zhuǎn)串口模塊全稱為USBtoSerialportModule，它可以實現(xiàn)將USB接口虛擬成一個串口解決客戶無串口的苦惱?，F(xiàn)在市面上的USB轉(zhuǎn)串品的設(shè)備可謂是琳瑯滿目，質(zhì)量也是參差不齊。造成這種現(xiàn)象的根本原因就在于控制芯片的不同?，F(xiàn)在USB轉(zhuǎn)串口橋接芯片有很多，比如CP2102、FT232、PL2303等等。但并非每一種芯片都可以用作ISP下載。經(jīng)過測試CP2102是不能下載的，而FT232可以下載，但其價格實在不菲。最為合適的就是臺灣生產(chǎn)的PL2303，可以穩(wěn)定下載，并可以支持多種操作系統(tǒng)。本設(shè)計中USB轉(zhuǎn)串口模塊采用的就是PL2303芯片，用于實現(xiàn)USB和標準RS-232串行端口之間的轉(zhuǎn)換，兩個獨立的大型緩沖用于兩種總線的連接。大型數(shù)據(jù)緩沖器用于USB的批量數(shù)據(jù)傳輸。自動握手模式可用于串行通訊，因而可以達到遠大于標準UART控制器的波特率。PL2303支持USB電源管理和遠程喚醒協(xié)議。當主機掛起時消耗極小的電能。所有功能集成在SOIC-28封裝內(nèi).芯片亦可以安裝在電纜線中，用戶只要簡單地把聯(lián)在電腦主機或USBHUB上，就可以實現(xiàn)與RS-232器件的通信，電路如圖3-16所示。圖3-16USB轉(zhuǎn)串口模塊電路3.8本章小結(jié)本章概述了系統(tǒng)硬件組成及涉及思想，根據(jù)各功能模塊的不同，設(shè)計完成了對幾個關(guān)鍵控制電路的設(shè)計并做了詳細介紹，此外還對硬件的選擇進行了討論，為下一章軟件設(shè)計作準備。第4章無線車?？刂葡到y(tǒng)的軟件設(shè)計和實現(xiàn)4.1系統(tǒng)軟件概述一個控制系統(tǒng)要正常工作，僅有硬件部分是不夠的，還需要軟件部分的配合才能構(gòu)成一個完整的控制系統(tǒng)。如果說硬件電路滿足了電機運轉(zhuǎn)的基本要求，并提供硬件保護，那么軟件則使電機獲得了優(yōu)異的調(diào)速性能，并提供軟件保護。硬件電路是軟件程序工作的基礎(chǔ)，而軟件程序能使硬件電路的功能得到充分的發(fā)揮，并實現(xiàn)一些硬件電路所不能實現(xiàn)的功能。所以它們兩者是相輔相成的。本章將根據(jù)硬件的設(shè)計，結(jié)合AVR單片機的編程特性討論系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)方法。無線車模運動控制系統(tǒng)的軟件主要包括兩大部分，上位機指令發(fā)射系統(tǒng)程序模塊和車模運動控制系統(tǒng)程序模塊。上位機指令發(fā)射系統(tǒng)程序模塊主要通過鼠標點擊運動動作，并通過無線串行通訊向車模發(fā)送控制指令，車模運動控制系統(tǒng)程序模塊是根據(jù)上位機發(fā)送來的指令，調(diào)用相應(yīng)的直流電機控制子程序，對電機驅(qū)動進行控制。由于本控制系統(tǒng)采用的AVR單片機支持C語言開發(fā)，它是一種高級語言，具有可移植性好、可讀性強、維護方便等特點，與高級語言——匯編語言相比，它有不可比擬的優(yōu)勢。所以本系統(tǒng)單片機程序設(shè)計采用了C語言編程，開發(fā)環(huán)境采用ICCAVR。上位機軟件編寫采用VisualBasic編程語言，開發(fā)環(huán)境采用VisualBasic6.0。4.2上位機軟件4.2.1VB開發(fā)環(huán)境介紹VB是VisualBasic的簡稱，是由美國微軟公司于1991年開發(fā)的一種可視化的、面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動方式的結(jié)構(gòu)化高級程序設(shè)計語言，可用于開發(fā)Windows環(huán)境下的各類應(yīng)用程序。它簡單易學(xué)、效率高，且功能強大可以與Windows專業(yè)開發(fā)工具SDK相媲美。在VisualBasic環(huán)境下，利用事件驅(qū)動的編程機制、新穎易用的可視化設(shè)計工具，使用Windows內(nèi)部的廣泛應(yīng)用程序接口（API）函數(shù)，動態(tài)鏈接庫（DLL）、對象的鏈接與嵌入（OLE）、開放式數(shù)據(jù)連接（ODBC）等技術(shù)，可以高效、快速地開發(fā)Windows環(huán)境下功能強大、圖形界面豐富的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。在本設(shè)計中，開發(fā)環(huán)境采用的是VisualBasic6.0簡稱VB6.0。VB6.0是一種功能強大、簡單易學(xué)的程序設(shè)計語言。它不保留了原先Basic語言的全部功能,而且還增加了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計功能。在VisualBasic中有一個名為MicrosoftCommunicationControl（簡稱MSComm）的通訊控件，只需通過對此控件的屬性和事件進行相應(yīng)編程操作，就可以輕松地實現(xiàn)串口通訊。4.2.3MSComm控件屬性介紹

由于MSComm控件屬性很多，在此僅介紹與實現(xiàn)串口通訊密切相關(guān)的核心屬性。1．Commport：設(shè)置通訊所占用的串口號。如設(shè)成1（默認值），表示對Com1進行操作；2．Setting：對串口通訊的相關(guān)參數(shù)。包括串口通訊的比特率，奇偶校驗，數(shù)據(jù)位長度、停止位等。其默認值是“9600,N,8,1”，表示串口比特率是9600bit/s，不作奇偶校驗，8位數(shù)據(jù)位，1個停止位3．Portopen：設(shè)置串口狀態(tài)，值為True時打開串口，值為False時關(guān)閉串口；4．Input：從輸入寄存器讀取數(shù)據(jù)，返回值為從串口讀取的數(shù)據(jù)內(nèi)容，同時輸入寄存器將被清空；5．Ouput：發(fā)送數(shù)據(jù)到輸出寄存器；6．InBufferCount：設(shè)置輸入寄存器所存儲的字符數(shù)，當將其值設(shè)為0時，則輸入寄存器將被清空；7．InputMode：設(shè)置從輸入寄存器中讀取數(shù)據(jù)的形式。若值為0，則表示以文本形式讀?。恢禐?，則表示以二進制形式讀??；8．OutBufferCount：設(shè)置輸出寄存器所存儲的字符數(shù)，當將其值設(shè)為0時，則輸出寄存器將被清空。4.2.3上位機軟件功能介紹本系統(tǒng)設(shè)計上位機軟件具有界面直觀，操作方便等特點。支持9600bit/s波特率，8位數(shù)據(jù)位和一個停止位，沒有校驗位的串口通信方式。能自動檢測串行接口并自動打開串行通信，實際操作時只需點擊相關(guān)的按鈕，即可以驅(qū)動小車執(zhí)行相關(guān)動作。上位機軟件控制控制界面如圖4-1所示。圖4-1上位機控制界面在本設(shè)計中，小車的動作主要分為前進加速、前進減速、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止這五大指令，具體的指令如表4-2。表4-2系統(tǒng)指令表命令數(shù)據(jù)命令類型命令數(shù)據(jù)命令類型31H前進加速38H左轉(zhuǎn)20°32H前進減速39H右轉(zhuǎn)5°33H停止3AH右轉(zhuǎn)8°34H左轉(zhuǎn)5°3BH右轉(zhuǎn)10°35H左轉(zhuǎn)8°3CH右轉(zhuǎn)15°36H左轉(zhuǎn)10°3DH右轉(zhuǎn)20°37H左轉(zhuǎn)15°3EH后退4.3車模無線運動主控制程序設(shè)計4.3.1上位機指令發(fā)射部分在整個控制系統(tǒng)中，上位機控制系統(tǒng)的主要功能是發(fā)送指令數(shù)據(jù)控制電機驅(qū)動工作，從而達到控制小車運動的目的。在上位機控制界面中，通過鼠標點擊按鈕，單片機采用串口通信方式接收上位機軟件發(fā)送的指令。系統(tǒng)正常工作時，等待鼠標點擊按鈕，點擊后通過USB轉(zhuǎn)串口模塊把相對應(yīng)的指令數(shù)據(jù)傳送到單片機，并通過無線發(fā)射模塊、PT2262編碼，發(fā)送對應(yīng)的指令數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)無線遙控功能。上位機指令發(fā)射部分流程圖如4-3所示。圖4-3上位機指令發(fā)射部分流程圖4.3.2車模運動控制部分無線接收部分在整個控制系統(tǒng)中的作用是通過PT2272接收來自上位機控制系統(tǒng)的指令，根據(jù)該指令控制電機運轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)小車的上位機控制。整個主控制部分程序設(shè)計主要由無線接收子程序和電機控制子程序構(gòu)成。無線接收子程序主要用來接收上位機發(fā)送過來的控制指令，電機控制子程序主要是根據(jù)上位機發(fā)送過來的控制指令，驅(qū)動具體的電機運動，實現(xiàn)前進、后退、左轉(zhuǎn)某一角度、右轉(zhuǎn)某一角度、四檔加減速等動作。程序流程如圖4-4所示。圖4-4車模無線接收部分當無線模塊接收到指令，PT2272的VT管腳置為高電平（常為低電平），通過外部中斷0檢測VT管腳的上升沿變化，然后利用AVR單片機I/0口讀出指令信息，最后驅(qū)動電機執(zhí)行指令。在小車前進的時候，分為四檔加減速，每接收一個加速或減速指令，小車就變換一個檔位，實現(xiàn)前進的加減速控制。在小車的前進或后退過程中，為了確保小車的直線行走，固定左車輪的PWM信號，通過調(diào)整右輪子電機的PWM信號，實現(xiàn)左右輪子速度的基本一致。程序流程圖4-5所示。圖4-5直線行走流程圖考慮到用戶的要求，小車向左轉(zhuǎn)和向右轉(zhuǎn)分別都有5個角度的轉(zhuǎn)向，分別是5°、8°、10°、15°、20°。小車的轉(zhuǎn)彎會有一個轉(zhuǎn)彎半徑，轉(zhuǎn)彎半徑的大小決定了小車的轉(zhuǎn)彎快慢。轉(zhuǎn)彎半徑越大，小車轉(zhuǎn)動就會越慢；轉(zhuǎn)彎半徑越小，小車轉(zhuǎn)動就會越快。本論文研究的小車是兩輪獨立驅(qū)動的小車，它可以實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)，這比汽車的兩輪驅(qū)動更有優(yōu)勢(方向盤驅(qū)動兩個連在一條軸上的兩輪)。兩輪獨立驅(qū)動的小車可以更加靈活地轉(zhuǎn)向，它可以走出正方形的軌跡甚至原地掉頭。如圖4-6是小車的左轉(zhuǎn)彎算法示意圖。圖中B是小車的左右輪之間的距離即輪距，是小車前進的速度，左是小車左輪速度，右是右輪速度,是轉(zhuǎn)彎半徑，是小車轉(zhuǎn)彎的角速度。為了下面公式編輯，用所代表左，用代表右。當轉(zhuǎn)彎半徑等于0時（4-1）（4-2）（4-3）此時小車兩個輪子的速度大小相等，方向相反，小車將原地打轉(zhuǎn)，由公式（4-1）和（4-3）可以推導(dǎo)出（4-4）當轉(zhuǎn)彎半徑R不等于0時（4-5）（4-6）由上兩式可以推導(dǎo)出：（4-7）式中——代表左——代表右——轉(zhuǎn)彎時單位時間內(nèi)左輪霍爾傳感器的計數(shù)值——轉(zhuǎn)彎時單位時間內(nèi)右輪霍爾傳感器的計數(shù)值圖4-6小車左轉(zhuǎn)彎算法示意圖由公式（4-4）和（4-7）可以看出，轉(zhuǎn)彎半徑不為0時右輪與左輪的霍爾傳感器計數(shù)值之差與小車角速度成正比。轉(zhuǎn)彎半徑為0時左輪或右輪霍爾傳感器計數(shù)值與角速度成正比。在程序設(shè)計時，小車轉(zhuǎn)彎有兩種狀態(tài)，一種是R不為0前進狀態(tài)下的轉(zhuǎn)彎，一種是R為非前進狀態(tài)的轉(zhuǎn)彎。所以在程序設(shè)計的過程，前進狀態(tài)下的轉(zhuǎn)彎只需根據(jù)所轉(zhuǎn)角度大小檢測兩霍爾傳感器計數(shù)之差即可，非前進狀態(tài)下的轉(zhuǎn)彎只需根據(jù)所轉(zhuǎn)角度大小檢測左輪或右輪霍爾傳感器計數(shù)值是否為前進狀態(tài)相同轉(zhuǎn)角的二分之一即可。從而根據(jù)所得結(jié)果結(jié)合具體實際調(diào)試可以讓小車多角度轉(zhuǎn)彎。下面圖4-7給出了左轉(zhuǎn)某一角度的程序流程圖。圖4-7左轉(zhuǎn)某角度流程圖在小車左轉(zhuǎn)的過程中，判斷小車當前是否處于前進狀態(tài)，當處于前進狀態(tài)時，分別給比較寄存器OCR1A和OCR1B賦值，讓小車的右輪速度大于左輪的速度，實現(xiàn)差速轉(zhuǎn)彎。當(r_count-l_count)>turn_value時，小車繼續(xù)前進。當處于不是前進狀態(tài)時，分別給比較寄存器OCR1A和OCR1B賦值，讓小車的左右輪子速度基本一樣，左右輪子反向轉(zhuǎn)，(r_count&&l_count)=0時，小車停止動作。左右輪子反向轉(zhuǎn)的時候，左輪或右輪所轉(zhuǎn)的角度是左右輪子正轉(zhuǎn)的二分之一，即degree/2。4.4本章小結(jié)本章完成了車模無線運動控制的軟件設(shè)計部分，從PC機軟件部分、無線發(fā)射部分到無線接收部分進行研究與分析，使軟件程序更好地配合硬件，從而很好地完成運動控制設(shè)計?？偨Y(jié)步入二十一世紀后，由于生產(chǎn)管理自動化的不斷擴大和深入，加上電子技術(shù)和微控制器的快速發(fā)展，使之朝著綜合化，數(shù)字化，模塊化，微型化和多功能化的方向發(fā)展。而本設(shè)計的開發(fā)研究正是在面向應(yīng)用市場的基礎(chǔ)上，結(jié)合了單片機技術(shù)、通信遙控、運動控制等多種電力電子技術(shù)而成的成果，從而實現(xiàn)了數(shù)字化、智能化的控制，是綜合應(yīng)用各科先進技術(shù)的結(jié)果。本論文從無線遙控智能小車研究背景入手，在綜述了國內(nèi)外智能小車的相關(guān)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，針對智能小車的實際發(fā)展需求，提出了一種基于AVR單片機的車模無線運動控制的設(shè)計與實現(xiàn)的總體方案。車模無線控制系統(tǒng)具有電路簡單、操作方便、成本低廉、實現(xiàn)功能齊全等諸多優(yōu)點。整個設(shè)計系統(tǒng)中主要包含電源模塊、無線收發(fā)模塊、速度測量模塊、電機驅(qū)動控制模塊和USB轉(zhuǎn)串口模塊等部分。微處理器部分采用高性能、低功效的8位AVR單片機，讓硬件的抗干擾能力更強，處理數(shù)據(jù)更加效率。在程序設(shè)計時，使用簡潔、易懂的C語言來編寫全部的驅(qū)動程序，能面向?qū)ο蟛⑤^好地發(fā)揮硬件的特性，得到比較理想的效果?；陔娐返脑恚謮K設(shè)計相應(yīng)功能的子程序，在仿真軟件上調(diào)試，最后整理組合成一個完整的程序。本設(shè)計完成了基于單片機的車模無線運動控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)。完成了各項技術(shù)指標，但時間和實驗條件的限制，諸多功能的完善還需要進一步的研究和開發(fā)，特別是還需要努力提高軟件的效率、硬件系統(tǒng)的穩(wěn)定性、進一步降低系統(tǒng)功耗等。參考文獻1任富民.新型PWM控制在發(fā)電機勵磁設(shè)備巾的應(yīng)用[J].廣西電力.2007(3):80-902匡忠輝,任富民.單片機原理及應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007.13孫利民,李建中,陳渝等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M].北京:清華大學(xué)出版社,20054楊立民.單片機技術(shù)及應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,19975蔡自興.機器人學(xué)[M].北京:機械工業(yè)出版社,20006夏華,張浩,吳啟迪等.一種通用嵌入式紅外數(shù)據(jù)傳輸及遙控技術(shù)的實現(xiàn)方案及UITCP的設(shè)想[J].計算機工程,2003:212-2147黃志偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽系統(tǒng)設(shè)計[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,20068(美)R.西格沃特,I.R.諾巴克什著.李人厚譯.自主移動機器人導(dǎo)論[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,2006:31-469王曉明.電動機的單片機控制[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007.8.83-9410徐國華,譚民.移動機器人的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if(speed==1) { OCR1A=58; //右電機 OCR1B=75; //左電機 PORTC=0x79; } elseif(speed==2) { OCR1A=80; //右電機 OCR1B=110; //左電機 PORTC=0x39; } elseif(speed==3) { OCR1A=130; //右電機 OCR1B=175; //左電機 PORTC=0x19; } elseif(speed==4) { OCR1A=183; //右電機 OCR1