解讀ATmega32機(jī)器人系統(tǒng)電子電路

系統(tǒng)以ATmega32單片機(jī)為核心，它是一種基于增強(qiáng)RISC結(jié)構(gòu)的、低功耗的8位單片機(jī)。其特點(diǎn)為：①片內(nèi)具有32K字節(jié)的可編程 Flash;2K字節(jié)的片內(nèi)SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器;1024個(gè)字節(jié)片內(nèi)在線可編程EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。②片內(nèi)含JTAG接口。③外圍接口。兩個(gè)帶有分別獨(dú)立、可設(shè)置預(yù)分頻器的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器;一個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器;四個(gè)通道的PWM輸出;8路10位ADC;32個(gè)可編程的I/O口。④低功耗，最高工作頻率為16MHz。根據(jù)滅火比賽的規(guī)則要求，配以碰撞傳感器、灰度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅骱图t外傳感器。通過(guò)兩路PWM控制兩只電機(jī)以驅(qū)動(dòng)滅火機(jī)器人，另外一路滅火電機(jī)由I/O口通過(guò)光電耦合器直接驅(qū)動(dòng)。

系統(tǒng)電源部分

系統(tǒng)采用單電源供電電路時(shí)比較簡(jiǎn)單，但是考慮到電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間電流很大，會(huì)造成電源電壓不穩(wěn)，影響單片機(jī)和輸入電路工作的穩(wěn)定性和可靠性，因此采用雙電源供電方案。將電機(jī)電源和單片機(jī)電源完全隔離。單片機(jī)以及傳感器電路使用8V供電，電動(dòng)機(jī)使用12V供電。提高電動(dòng)機(jī)的供電電壓，可以提高機(jī)器人的運(yùn)行速度，從而可以提高滅火的成績(jī)。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分

機(jī)器人需要控制在一個(gè)合適的速度行駛，在滅火的過(guò)程中既要以較快的速度找到火源，又要防止因?yàn)榕鲎捕绊懕荣惖某煽?jī)。小車的速度是由兩只直流電機(jī)控制。 L298驅(qū)動(dòng)芯片是性能優(yōu)越的小型直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片之一。它可被用來(lái)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)或者是雙極性步進(jìn)電機(jī)。在6—46V的電壓下，可以提供2A的額定電流。L298還有過(guò)熱自動(dòng)關(guān)斷功能，并有反饋電流檢測(cè)功能。為保證L298正常工作，建議加裝片外續(xù)流二極管。由ATmega32單片機(jī)直接輸出兩路 PWM驅(qū)動(dòng)L298N。改變PWM調(diào)制脈沖占空比，可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速。脈沖頻率對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速有影響，脈沖頻率高連續(xù)性好，但帶負(fù)載能力差;脈沖頻率低則反之。通過(guò)PD2和PD3兩根I/O口線來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。

傳感器部分

滅火比賽需要機(jī)器人在盡量不碰撞墻壁的基礎(chǔ)上盡可能快地找到蠟燭并將火滅掉。在完成任務(wù)的過(guò)程中首先需要不碰撞墻壁，然后需要判斷前方是否有火焰。在找到火焰后需要判斷蠟燭旁邊的白線。如果碰撞墻壁的話，需要機(jī)器人能檢測(cè)出來(lái)并進(jìn)行處理，不然就會(huì)發(fā)生機(jī)器人卡死的情況，那就不能完成任何任務(wù)。

圖5所示為紅外傳感器的發(fā)射和接收電路。紅外射管采用脈寬調(diào)制(PWM)驅(qū)動(dòng)，工作在38KHz的頻率下，減少發(fā)射電路的功耗。脈沖發(fā)生器由NE555構(gòu)成，通過(guò)外部的電位器R1來(lái)調(diào)節(jié)占空比和脈沖頻率，由于紅外肉眼不可見，所以電路中加入一個(gè)LED指示燈來(lái)指示紅外發(fā)射管是否在工作。該 LED和紅外發(fā)射管串聯(lián)，當(dāng)紅外發(fā)射管正常工作時(shí)，該LED燈會(huì)點(diǎn)亮。接收電路采用西門子公司生產(chǎn)的紅外專用集成接收芯片SFH506-38，它只有接收到38KHZ的脈沖波時(shí)才會(huì)作用。它內(nèi)部集成了選項(xiàng)、濾波、放大電路，對(duì)外只有3個(gè)引腳：①腳為信號(hào)輸出端;②腳為接地端;③腳為電源端，所以使用起來(lái)非常方便，效果比較理想。

灰度傳感器是模擬傳感器，有一只發(fā)光二極管和一只光敏電阻，安裝在同一面上。灰度傳感器利用不同顏色的檢測(cè)面對(duì)光的反射程度不同，光敏電阻對(duì)不同檢測(cè)面返回的光其阻值也不同的原理進(jìn)行顏色深淺檢測(cè)。

火焰?zhèn)鞲衅魇悄M傳感器。它利用紅外敏感型元件對(duì)紅外信號(hào)強(qiáng)度的檢測(cè)并將其轉(zhuǎn)換為機(jī)器人可以識(shí)別的信號(hào)，從而來(lái)檢測(cè)火焰信號(hào)?；鹧?zhèn)鞲衅骺梢杂脕?lái)探測(cè)波長(zhǎng)在700nm~1000nm范圍內(nèi)的紅外線，探測(cè)角度為60º;，其中紅外線波長(zhǎng)在880nm附近時(shí)，其靈敏度達(dá)到最大。碰撞傳感器使用碰撞開關(guān)，通過(guò)I/O口可直接作為數(shù)字量輸入。

LCD顯示及其它電路

液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。這里采用2行16個(gè)字的DM-162液晶模塊，通過(guò)與單片機(jī)連接、編程，完成顯示功能。

本系統(tǒng)中采用了US-100超聲波測(cè)距模塊，可實(shí)現(xiàn)2cm~4.5m的非接觸測(cè)距功能，擁有2.4~5.5V的寬電壓輸入范圍，靜態(tài)功耗低于2mA，自帶溫度傳感器對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行校正，同時(shí)具有GPIO，串口等多種通信方式，內(nèi)帶看門狗，工作穩(wěn)定可靠。遙控可以使機(jī)器人的操作更加方便，本系統(tǒng)中要通過(guò)智能手機(jī)遙控機(jī)器人，而智能手機(jī)的信號(hào)正是通過(guò)藍(lán)牙發(fā)出，因此只需在機(jī)器人上安裝藍(lán)牙模塊。由于機(jī)器人只接受數(shù)據(jù)，不發(fā)送數(shù)據(jù)，所以只需藍(lán)牙的從機(jī)模塊即可。采用了型號(hào)為HC-06的藍(lán)牙模塊，其中編號(hào)06就表示其為從機(jī)模塊，在藍(lán)牙模塊的命名規(guī)則中偶數(shù)命名的型號(hào)出廠時(shí)就確定了從機(jī)，并無(wú)法更改。用戶不可以自己切換主機(jī)或者從機(jī)，用戶可以空過(guò)AT指令集對(duì)藍(lán)牙模塊進(jìn)行配置，AT指令集較少，包括修改藍(lán)牙名(限于從機(jī))，修改密碼，修改波特率，詢問(wèn)版本號(hào)等幾個(gè)基本功能。