设计干货精选：AVR单片机工业控制方案合集

PI串行通信协议配置NRF24L01的相关寄存器，随后芯片进入发射模式，将上位机指令转发给下位机。其设计电路图如图2所示。

　　2.2下位机无人车控制部分

　　硬件设计下位机硬件由MCU模块、电机驱动模块、传感器模块、无线模块、语音模块、LED生命值显示模块以及电源模块组成。

　　2.2.1 MCU模块

　　MCU模块以Atmega128单片机为核心，Atmega128单片机是一款高性能、低功耗的AVR 8位微处理器，处理速度可达1 MIPS/MHz，应用先进的RISC结构，特别是具有I2C、SPI、PWM、RS232串口、ADC、定时器等功能十分全面的外设。该单片机通过 SPI串行通讯接口与无线模块连接，通过通用可编程I/O接口与电机驱动模块、语音模块、红外发射管和接收管连接。

　　2.2.2电机驱动模块

　　电机驱动模块用于驱动直流电机，采用L298P电机驱动芯片。L298P是SGS公司的产品，为20管脚的专用电机驱动芯片，内含二个H—Bridge的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑准位信号，可驱动46 V、2 A以下的步进电机和直流电机，具有高电压、高电流的特点。电路设计如图3所示。

　　Enable控制电机停转，接到单片机的PE3、PFA口上，由这两个I/O口产生PWM波控制电机转动。input1—input4控制电机的正反转，接到单片机的PA0-PA3口上。OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个直流电机。

　　2.2.3传感器模块

　　传感器模块包括红外模块和霍尔模块两部分。

　　红外模块包含接收和发射两个功能模块。红外接收模块由一个红外接收管构成，接收对方车辆发射的红外攻击信号。当系统接收到进攻信号时，PE6引脚上会出现一个高电平，触发一次外部中断，在中断服务程序中处理并判断红外数据。如果确认为进攻信号，则使生命值变量减一，同时熄灭一个LED灯。发射模块由一只红外发射管和一个三极管组成，红外攻击信号经过三极管放大后由红外发射管发出。攻击信号为8位数据，当收到进攻指令时，发射模块将程序中设定好的8位数据按位发出。

　　霍尔模块由两只霍尔传感器和四片磁铁组成，用于测速，以实现调速、自动行驶等功能。磁铁正反安放在左右两个电机减速箱的二级齿轮的边缘上。当教学无人车行驶时，电机带动齿轮转动，两片磁铁就会交替从霍尔元件下面经过，由于两片的磁场方向不同，就会使霍尔元件内部的电子发生不同的偏转，这样，二级齿轮每转过一周就会使霍尔元件产生一个脉冲信号，构成闭环系统。主控芯片接收脉冲信息，通过不同算法可控制两电机完成不同的控制要求。

　　2.2.4语音模块

　　语音模块由WT588D语音芯片和SPI寻址的8M ROM芯片及其外围电路组成。使用前将需要播放的语音烧写在ROM芯片中。语音模块使用三线串口控制模式，这种控制模式由CS，DATA，CLK 3条通信线组成，分别连接到Atmega128的PC0、PC1、PC2 3个I/O口。控制时序根据标准SPI通信方式。

　　2.2.5无线模块

　　无线模块主要包括NRF24L01和Atmega128.NRF24L01采用FSK调制，内部集成NORDIC公司自家的Enhanced Short Burst协议，可实现点对点或是1对6的无线通信，无线通信速度可达2.4 Gbps，并可以通过配置其寄存器实现调频传输。主控芯片通过SPI协议配置NRF24L01的相关寄存器来完成对无线模块的初始化和数据的传输。无线模块的SPI信号线对应的接到Atmega128的PB0-PB3 4个I/O口上，CE端接到PE2，利用Atmega128内部集成的SPI功能进行通信。无线模块电路设计如图4所示。

　　3软件设计

　　软件设计包括控制端软件的设计和终端软件的设计。

　　3.1控制端软件设计

　　无人车控制台的主控软件将键盘指令转化为控制码发往下位机，控制小车的动作并显示下位机发来的状态信息？？？。该软件利用Labview串口通讯将键盘指令转化为二进制字符串送到上位机。利用模拟SPI的方式，通过STC12LESA60S2配置NRF24L01的寄存器使其处于发射模式。当收到PC串口发送的数据时，NRF24L01在单片机的控制下将数据逐位发出。设计的控制端软件如图5所示。

　　3.2终端软件设计

　　教学无人车的终端软件主要包括无线接收程序、驱动控制程序等。程序中定义变量Life为生命值标识，定义Date为小车的控制标识，定义函数Motor（）为电机控制函数。流程图如图6所示，主要分为以下步骤：

　　1）小车启动后，首先初始化各I/O口、系统中断、SPI接口以及NRF24L01的相关寄存器。小车的无线模块配置为接收模式。

2）下位机接收到无线信号后会产生一个中断，将数据通过SPI送到Atmega128中。在控制程序中，用多分支选择结构switch—case判断Date的值，通过调用Motor（）函数控制电机做出相应动作