如何使用ATmega16微控制器设计智能小车的详细资料合集免费下载

　　本小车采用自制车体，四轮驱动，差动转向，动力装置为两减速电机，以ATmega16为主控芯片，用两水银开关作为平衡检测单元，用RPR220光电对管作为边缘检测传感器，并结合合理的电路设计与编程，能够实现使跷跷板平衡等功能。

　　方案论证与分析

　　本次竞赛的F题要求制作一个电动车跷跷板，使小车可在跷跷板上运动并保持跷跷板平衡等任务。根据题目的要求，我们组设计了以下几种方案并对各方案进行了论证与分析。

　　1.1 车体部分论证与分析

　　方案一：采用三轮小车

　　用两独立电机分别带动两车轮，再加一个万向轮，机械加工简单，成本低，但该小车不适合爬坡、倒退行驶。

　　方案二：采用四轮小车

　　采用四轮驱动，用两独立电机分别带动两前车轮，后车轮与前车轮通过皮带连接，利用两电机差动转向，控制时只需要考虑两轮的转速比即可，不但控制简单，而且灵活度高，适合转向和倒车，非常符合本题的要求。

　　综上所述，我们决定采用方案二。

　　1.2 电机的论证与分析

　　方案一：采用直流电机

　　直流电机速度快，价格便宜，通过调节电流来改变速度，驱动电路简单，调速范围广，调速特性平滑。但其转距小，带有大负载时很容易堵转；而且由于其速度较快，不易控制，精确度低，不适合应用在本题。

　　方案二：采用步进电机

　　步进电机是一种能将电脉冲转化为角位移的机构，通过控制脉冲个数来控制角位移量，通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，其精确度高，但控制相对较繁琐。

　　方案三：采用减速电机

　　减速电机也是通过控制电流来改变速度的，而且其内部有减速齿轮箱，转距大，非常适合爬坡，而且易控制，速度较步进电机快。通过分析题目要求，减速电机可以达到题目要求的精度，而且价格适中，控制简单。

　　综上所述，我们决定采用减速电机。

　　1.3 微控制器模块论证与分析

　　方案一：采用可编程逻辑器件CPLD

　　CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。其采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高，且从使用及经济的角度考虑，我们放弃了此方案。

　　方案二：采用MCS-51系列单片机

　　采用MCS-51系列单片机，经典的MCS-51单片机功能和速度有限；而高档的MCS-51系列衍生产品价格昂贵、冗余资源较多、使用范围较窄，价格较贵。

　　方案三：采用AVR系列单片机

　　AVR系列的ATMEGA16单片机是一款具有增强型内置Flash的高速8位单片机。其采用精简指令集，低功耗，性价比高，并且具有16K字节的系统内可编程Flash，512字节的EEPROM，1K字节的SRAM，完全可以胜任本系统的控制工作。

　　综上所述，我们决定采用方案三。

　　1.4 电机驱动模块论证与分析

　　方案一：采用大功率三极管，二极管，电阻电容等元件

　　采用上述元件搭建两个H桥，通过对各路信号放大来驱动电机，原理简单。但由于放大电路很难做到完全一致，当电机的功率较大时运行起来会不稳定，而且电路的制作也比较复杂。

　　方案二：采用L298N驱动芯片

　　L298N芯片是较常用的电机驱动芯片。该芯片有两个TTL/CMOS 兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性能；其输出电压最高可达50V，可用单片机的I/O口提供信号，而且一块L298芯片可一驱动两个减速电机，电路简单、易用、稳定，具有较高的性价比。

　　综上所述，我们决定采用方案二。

　　1.5 显示模块论证与分析

　　方案一：使用液晶屏显示

　　液晶屏具有显示质量高，数字式接口，体积小，质量轻，功耗功率小的特点，但是其价格较高，在远距离显示效果较差，不适合我们使用。

　　方案二：使用数码管显示

　　数码管具备数字接口，显示清晰，价格较低，性价比非常高，方便易行基本满足本题目的要求。

　　综上所述，我们决定采用方案二。

　　1.6 平衡检测模块分析与论证

　　方案一：采用角度传感器

　　通过角度传感器检测到车体的倾角，并把数据传给主控芯片，进而用合理的算法编程来保持车体平衡。但普通的角度传感器性能一般，而且漂移过大，而性能好的角度传感器价格太高，考虑到性价比等原因，我们放弃此方案。

　　方案二：采用水银开关

　　水银开关输出的是一个开关量，用其检测车体是否发生倾斜，再结合合理的编程来保持车体的平衡。市面上水银开关单价不到一元，而且经过实验，用两个水银开关自制一个平衡检测传感器，其反应时间能够满足题目的要求，性价比高。

　　综上所述，我们决定采用方案二。

　　1.7 边缘检测模块分析与论证

　　方案一：用光敏电阻组成光敏探测器

　　用光敏电阻组成光敏探测器，光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。

　　方案二：采用RPR220型光电对管。

　　RPR220是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。

　　综上所述，我们采用方案二。

　　2. 系统硬件设计

　　2.1 系统总体设计

　　基于上述各方案的论证与分析，我们确定了最终方案。整个系统采用12V锂电池供电。系统的总体结构框图如图1所示。