自工業(yè)革命以來,，隨著電氣的發(fā)展,，人類進(jìn)入了文明的新階段,。機(jī)器人已經(jīng)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè),、服務(wù)業(yè),、軍事、機(jī)械,、交通,、航天航空等領(lǐng)域。智能機(jī)器人水平的不斷提高,，大大提高了勞動(dòng)效率,，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。機(jī)器人與人類并肩作戰(zhàn),，在征服自然,，改造自然地過程中發(fā)揮著重要作用。
智能小車是集理論力學(xué),、機(jī)械結(jié)構(gòu),、數(shù)字電路、模擬電路,、傳感器,、單片機(jī)、控制理論和算法等多門學(xué)科為一體的綜合系統(tǒng),，其內(nèi)容涵蓋機(jī)械,、電子、自動(dòng)控制原理,、計(jì)算機(jī),、傳感技術(shù)等多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域。

　　本文設(shè)計(jì)的基于ATmagel6L的智能小車就是要求其從起跑線出發(fā),，然后通過自身自動(dòng)調(diào)整向角和車速,，使其自動(dòng)沿著一條黑色引導(dǎo)線行駛。

　　1 智能小車的硬件設(shè)計(jì)方案

　　本智能小車控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示,。其中的Atmegal6L單片機(jī)是智能小車的控制模塊,，它是高性能、低功耗的8位AVR微處理器,，采用先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu),，具有16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash和512字節(jié)的EEPROM。工作于16MHz時(shí),，其性能高達(dá)16MIPS,，并具有32個(gè)可編程通用I／0口和用于邊界掃描的JTAG接口，基本都能夠滿足設(shè)計(jì)要求,。電路穩(wěn)壓模塊輸入12V電壓,。經(jīng)過穩(wěn)壓電路后可得到9V,、5V兩種電壓，其中9V電壓用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的工作電壓,，5V電壓則用于單片機(jī)的工作,。圖2所示是RPR220光電傳感模塊的電路圖，光電傳感是由10個(gè)RPR220型光電對(duì)管組成,。RPR220是一種一體化反射型光電探測器,，其發(fā)射器是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器則是一個(gè)高靈敏度的硅平面光電三極管,。L298N的INPUT,、OUTPUT兩端口用于提供穩(wěn)定的電壓以使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　1．1光電傳感模塊

　　圖2所示是本系統(tǒng)中光電傳感模塊的電路圖,。尋線路徑一般是刻在白色平面上的3cm的黑線,，小車沿著黑線循徑，當(dāng)檢測到白線,，即二極管發(fā)出的光被白線反射回來時(shí),，光電對(duì)管中的三極管導(dǎo)通，比較器6號(hào)端口輸入為低電平,，經(jīng)過比較器后,，7號(hào)端口輸出為高電平。當(dāng)檢測到黑線時(shí),，光被吸收,，光強(qiáng)度減弱，光電對(duì)管中的三極管不導(dǎo)通,，比較器6號(hào)端輸入為高電平,，7號(hào)端輸出為低電平,。通過PC端口將高低電平(l和0)反饋給單片機(jī)后,，經(jīng)單片機(jī)處理后可用于調(diào)整車頭的轉(zhuǎn)向，以使黑線剛好在10個(gè)光電探頭的中間,，從而使小車平穩(wěn)前進(jìn),。在7號(hào)端串一個(gè)0．1μF的電容再接地，這樣,，經(jīng)過濾波后進(jìn)入到單片機(jī)中的方波就非常完美,。將這個(gè)光電管與碼盤相連，通過光電管不斷掃描碼盤格數(shù),，這樣,，當(dāng)碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)且轉(zhuǎn)速較低時(shí)，6號(hào)端的信號(hào)就可變?yōu)轭l率與轉(zhuǎn)速一一對(duì)應(yīng)的方波,。但是,，當(dāng)碼盤速度很快時(shí),，6號(hào)端信號(hào)將變?yōu)轭l率與轉(zhuǎn)速一一對(duì)應(yīng)的正弦信號(hào)。放大器LM324可用作比較器,，可將6號(hào)端處的正弦信號(hào)與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后,，然后將在7號(hào)端產(chǎn)生頻率與轉(zhuǎn)速一一對(duì)應(yīng)的方波，單片機(jī)采集此信號(hào)后,，即可根據(jù)公式計(jì)算出直流電機(jī)的各個(gè)參數(shù),，從而精確地控制小車的轉(zhuǎn)向與位移。

　　1．2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

　　圖3所示是L298N驅(qū)動(dòng)模塊的電路連接圖,。L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片,，是一款高電壓大電流全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它的頻率高,，可控制兩個(gè)直流電機(jī),，而且具有控制使能端，工作電壓可通過4,、9引腳分別輸入9V,、5V電壓。ENA,、ENB引腳是兩個(gè)使能端口,，而INT、OUT則為電機(jī)驅(qū)動(dòng)引腳,，通過改變OUT端的邏輯電平可控制電機(jī)的正,、反、停止?fàn)顟B(tài),，表1所列是直流電機(jī)控制邏輯,。L298N的5、6,、7,、10、ll,、12六個(gè)引腳可直接與單片機(jī)的PD端口相連,，而通過對(duì)單片機(jī)的編程則可以實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)PWM調(diào)速。



         1．3單片機(jī)控制模塊

　　采用Atmel公司的Atmegal6L單片機(jī)可對(duì)小車進(jìn)行控制,，該單片機(jī)具有32個(gè)功能強(qiáng)大的可編程I／O接口和4個(gè)PWM通道,，并具有八路十位ADC，可對(duì)小車進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,。該單片機(jī)的PC0～PC7八個(gè)端口可與光電傳感模塊的八個(gè)光電探頭相連,。設(shè)探頭檢測的邏輯實(shí)際值為P，假定值N，車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分別為forward-move,、right-move,、leftmove、hard-right-move,、hard-left-move,，通過對(duì)實(shí)際值P與假定值N(0b0011-1100)的比較，可得出如表2所列的Atmegal6L單片機(jī)的控制模塊參數(shù)表,，其中x為無關(guān)項(xiàng),。設(shè)計(jì)時(shí)，可將Atmegal6L的PD2～PD3分別連接帶碼盤的兩個(gè)光電對(duì)管,，以用于精確測量車輪的轉(zhuǎn)向與位移,；PD5和PD4可分別連在電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的使能端ENA和ENB。PDl,、PD0,、PD6和PD7分別于電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的INl、IN2,、IN3,、IN4相連，INl,、IN2口一般用于PWM的輸入,，以便利用PWM調(diào)速法，即由單片機(jī)輸出一系列頻率固定的方波,，并通過功率放大器來驅(qū)動(dòng)電機(jī),，再通過單片機(jī)編程來改變輸出方波的占空比，這樣就可改變加在電機(jī)上的平均電壓,，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速,。

2 智能小車的軟件設(shè)計(jì)方案

　　基于AVR單片機(jī)和C語言編程的系統(tǒng)軟件流程圖如圖4所示。

　　
3結(jié)束語

　　本文著重討論了光電傳感器,、單片機(jī)控制和穩(wěn)壓器原理及這幾個(gè)模塊之間的相互溝通與協(xié)調(diào)關(guān)系,，本系統(tǒng)采用便宜的紅外對(duì)管，并以具有強(qiáng)大功能的ATmagel6L單片機(jī)為主控制器,，同時(shí)以L298N驅(qū)動(dòng)芯片通過C語言程序編寫調(diào)試軟件,，從而完成了能夠智能循跡、自動(dòng)避障,、結(jié)構(gòu)模塊化、抗干擾能力強(qiáng)的智能小車的設(shè)計(jì),。該系統(tǒng)通過對(duì)小車的調(diào)試,，能夠使小車成功平穩(wěn)地在任意給定的黑線上行駛，而且循跡效果很好，運(yùn)行十分平穩(wěn),，同時(shí)速度也很快,，而且在拐彎處不會(huì)因速度大而產(chǎn)生離心現(xiàn)象。

　　智能小車在軍事,、民用,、科研、航天探測領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用,，它的發(fā)展與自動(dòng)控制,、單片機(jī)開發(fā)、控制算法的優(yōu)化和微機(jī)存儲(chǔ)處理速度有著密切的關(guān)系,，很值得進(jìn)一步的研究與探索,。