基于ZigBee技术的无线智能小车硬件设计毕业论文.doc

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1、 北京邮电大学毕业设计北京邮电大学毕业设计（论文）任务书第1页毕业设计（论文）题目：基于ZigBee技术的无线智能小车硬件设计毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）： 1.综述无线智能小车的应用前景；2深入了解无线智能小车的硬件设计的相关技术以及相关设备模块的使用；3熟练掌握无线中小车中单片机烧写和擦除程序的能力；4设计并实现对小车的移动功能以及红外智能避障功能；5深入分析无线智能小车的关键技术与编写语言；6训练检索文献资料和利用文献资料的能力；7训练撰写技术文档与学位论文的能力。 第2页毕业设计（论文）主要内容： 1综述无线智能小车在各领域中的应用； 2熟练掌握 AVR studio 的使用

2、； 3.熟悉无线智能小车的相关的设备模块的使用； 4通过对ATmega16的烧写，设计并实现小车的移动功能以及红外智能避障功能； 5.组装各功能模块，实现上位机对智能小车无线操作以及红外智能避障功能； 6.深入分析无线智能小车的关键技术与整个设计的流程； 学生应交出的设计文件（论文）：1内容完整、层次清晰、叙述流畅、排版规范的毕业设计论文；2包括毕业设计论文、源程序等内容在内的毕业设计电子文档及其它相关材料。 第3页 主要参考文献（资料）： 1 仝迪,张禾. 基于ATmega16单片机的通用电机控制装置的设计J. 电子元器件应用，2010,12(7)2 周海. 机器人用直流减速电机的选用J.

3、电子制作, 2005,9(3)3 葛广军,杨帆. 基于单片机的智能小车控制系统设计J. 河南城建学院学报,2011,20(3)4 丁立军,华亮,陈峰. 基于超声波传感器与红外传感器的移动机器人感测系统研制J.南通大学学报(自然科学版),2008,7(2)5 汤阳,戴光智,王锐鹏. 家用自主吸尘机器人的研究和开发J. 计算机测量与控制,2006,14(11)6 林少帅,谢勇,赵齐齐,郭志波. 基于Atmega16的太阳能智能小车J. 科技视界,2012,(04)7 孙绪才. L298N在直流电机PWM调速系统中的应用J. 潍坊学院学报,2009,9(04)8 Bonhyun Koo,Kyusuk

4、 Han,James J.(Jong Hyuk) Park, Taeshik Shon. Design and implementation of a wireless sensor network architecture using smart mobile devicesJ. Telecommunication Systems, 2013, Vol.52 (4), pp.2311-23209 Bojan Kulji ,Jnos Simon ,Tibor Szakll. Pathfinding Based on Edge Detection and Infrared Distance Me

5、asuring SensorJ. Acta Polytechnica Hungarica, 2009, Vol.6 (1), pp.103专业班级软件1022班学生 李卓 要求设计（论文）工作起止日期2014年3月17日2014年6月27日指导教师签字日期2014年3月17日教研室主任审查签字日期系主任批准签字日期10 Kaewnopparat,A.,Sooraksa,P. Tracking problem and obstacle avoidance of mobile robots using simple fuzzy controlJ. Songklanakarin Journal of

6、 Science and Technology, 2004, Vol.26 (5), pp.671 基于ZigBee技术的无线智能小车硬件设计摘要随着计算机技术和各行业领域的飞速发展，极大的推进了机械智能化的发展。无线智能小车是上世纪提出来的一种新型小车，它的研究、开发和应用涉及传感技术，电气控制、智能控制等各学科。它除了在军事侦察、反恐等方面具有军用价值外，在科学研究、地质勘探、危险搜索、智能救援等方面也有着广阔的应用前景，它具有体积小、成本低、生存能力强、运动灵活等特点。本设计中以ATmega16单片机为核心，基于ZigBee的无线通讯研究小车智能控制的设计和实现方法，完成无线遥控、智能避

7、障等功能。本论文主要介绍了智能小车下位机设计中所使用的各模块的结构，以及相应模块功能的实现电路。其中，利用ZigBee模块来进行无线通讯，采用L298N芯片作为电机驱动，使用用HJ-IR2红外传感器来检测障碍物的位置，最终实现无线操控及避障功能。关键词 无线智能小车；ATmega16；HJ-IR2红外传感器I1 Based on the technology of ZigBee wireless smart car hardware designAbstractWith the rapid development of computer technology and industry fiel

8、d, greatly promote the development of the intelligent machinery. Wireless smart car was put forward by the century on a new type of car, it involved in the research, development and application of sensor technology, electrical control, intelligent control and so on various subjects. It in addition t

9、o the military surveillance, anti-terrorism military value, in scientific research, geological exploration, dangerous search, the respect such as intelligent aid also has a broad application prospect, it has small volume, low cost, strong survival ability, flexible movement, etc.ATmega16 microcontro

10、ller as the core, in this design based on ZigBee wireless communication research car design and implementation of intelligent control methods, to complete the wireless remote control, intelligent obstacle avoidance, and other functions. This paper mainly introduces the intelligent car under a machin

11、e used in the design of the structure of each module, and the realization of the function of the corresponding module circuit. Among them, the use of ZigBee module for wireless communication, adopted L298N chip as a motor drive, use HJ - IR2 infrared sensors to detect the location of the obstacles,

12、finally realizes the wireless control and obstacle avoidance function.Keywords: Wireless smart car; ATmega16; HJ - IR2 infrared sensor目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 课题研究背景及意义11.2 国内外研究现状及发展趋势11.3 设计概要22 技术简介32.1 Proteus 技术简介32.1.1 Proteus 软件介绍32.1.2 Proteus 特点32.1.3 功能模块32.1.4 Proteus所提供的资源42.1.5 仿真功能52.2

13、Proteus 6 Professional界面简介62.2.1 原理图编辑窗口62.2.2 预览窗口62.2.3 模型选择工具栏72.2.4 元件列表72.2.5 方向工具栏72.2.6 仿真工具栏仿真控制按钮82.3 操作简介83 下位机中各个模块的工作原理93.1 车体模型93.2 电机93.2.1 减速电机概述93.2.2 减速电机的特点103.2.3 减速电机的特色103.3 电机驱动113.4 ATmega16模块133.4.1 ATmega16概述133.4.2 ATmega16 引脚名称及其功能143.4.3 ATmega16 内核介绍153.5 红外传感器173.5.1 红外

14、传感器概述173.5.2 红外线传感器的分类183.5.3 热电型红外线传感器原理193.5.4 红外传感的应用分析194 硬件电路204.1电机驱动电路204.2 红外传感器电路214.3 处理器电路215 核心代码详解235.1 小车下位机的控制代码235.2 接收上位机发送的消息26结论28参考文献29致谢30外文资料31外文资料翻译43IV 1 绪论1.1 课题研究背景及意义当今社会，科学技术日新月异，时代前进的步伐越迈越宽，自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及国防、机械、电子、宇航等各个领域，智能机器人也在改变着人们的生活方式。智能车辆，作为智能机器人家族中的一员，也已经

15、成为自动化物流、柔性生产等系统中的关键设备。在建设以人为本的和谐社会的过程中，智能服务机器人同样能够完成许多危险作业，如宇宙探索、考古发掘，海底揭密等。国家中长期科学和技术发展规划纲要一文指出：智能服务机器人是在非结构环境下为人类提供必要服务的多种高技术集成的智能化装备。以服务机器人和危险作业机器人应用需求为重点，研究设计方法、制造工艺、智能控制和应用系统集成等共性基础技术。如今许多领域诸如计算机科学、知识工程、工业一体化和机电一体化等都在讨论机械智能化，人们对于智能系统的要求也变得越来越强烈。对于人们的需求，传统的控制理念已经无法满足。而传统的控制与智能控制的有机的结合，才能取到取长补短、相

16、辅相成的作用，才能提高整体的优势以便更好的满足人们的需求。随着自动控制技术、人工智能技术、计算机技术的迅速发展，智能控制必将开拓它的发展新道路。同时，计算机控制与电子技术融合也为电子设备智能化开辟了广阔前景。因此，智能控制的技术研究与应用有着非常重大的意义而且也有很高市场价值的。1.2 国内外研究现状及发展趋势自20世纪50年代以来，许多国家都对智能车辆进行了研究，起初主要用于军用目的。但是随着城市化进程的加快和汽车的加速普及，以及卫星导航、无线通信、电子、信息等技术的飞速发展，车辆导航和监控系统和智能交通系统取得了巨大的发展。美国开始组织实施智能车辆先导（intelligentvehicle

17、 ini2tiative,IV I）计划，欧洲提出公路安全行动计划（roadsafety action p rogram,RSAP），日本也提出超级车辆智能车辆系统等计划。在我国，对智能车辆的研究起步较晚，知道20世纪90年代才被重视起来。到现在为止，有很多大学学校和一些研究机构都在从事这方面的研究，为智能小车控制领域提供了环境。我国科技部于2002年正式启动“十一五”科技攻关计划重大项目，其中一个重要内容就是进行车辆安全和辅助驾驶的研究。预计在2020年之前进入智能交通发展的成熟期，人、车、路之间形成稳定、和谐的智能型整体。现智能小车发展很快，从智能玩具到其它各行业都有实质成果。比较出名的飞

18、思卡尔智能小车更是走在前列。随着我国航天事业的发展，宇宙勘探、星球矿石的采集、气候温度的检测等都将成为未来的课题。在未来，智能化的机器必将改变我们的生活。1.3 设计概要该智能小车的主体是一辆双轮驱动的小车。部分机械结构和零部件都安装固定在电路板上。只需添加适当的模块就可以实现相应的功能，非常适合实验阶段小车的研制。本节简述了无线智能小车自无线遥控和智能避障的设计时所选择的个模块设备。其中，小车的左右轮分别由2只减速电机提供动力,作为驱动轮。通过ATmega16主控芯片控制传感器输入输出的信号，控制方式由软件代码来实现。使用L298N做为电机驱动。ZigBee作为无线通讯装置。HJ-IR2红外

19、传感器安装于小车前方，用于发射和接收红外线，以实现智能避障功能。2 技术简介2.1 Proteus 技术简介2.1.1 Proteus 软件介绍Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus软件具有其它EDA工具软件。这些功能是：原理布图、PCB自动或人工布线、SPICE电路仿真。Proteus软件已有20多年的历史，在国

20、外应用较为普遍，尤其在教育界的口碑极佳。近年来Proteus软件被引入国内，在多所高等工科院校中得到成功应用。在单片机教学中采用Proteus软件，使单片机的学习过程变得直观形象，可以直接在基于原理图的虚拟模型上进行编程，并实现源码级的程序仿真调试，如有显示及输出，还能看到程序运行后的输出效果，配合各种虚拟仪表来展现整个单片机系统的运行过程，很好地解决了长期以来困扰单片机教学过程中软件和硬件无法很好结合的难题。采用PC进行虚拟仿真实验要比采用单片机实验箱更为有效，因为用户可以根据需要随时对原理电路图进行修改，并立即获得仿真结果。由于在PC上修改原理电路图要比在实验箱上修改硬件电路容易得多，而且

21、还可以根据设计要求采用不同元器件，或者修改元器件参数以获得不同输出结果，在成功进行虚拟仿真并获得期望结果的条件下，再制作实际硬件进行在线调试，可以获得事半功倍的效果。学生普遍反映，在Proteus软件平台上学习单片机知识，比以往单纯学习书本知识更易于接受，以原理图虚拟模型进行程序仿真调试，更易于提高单片机编程能力，还可以通过绘制和修改原理电路图增加很多实践经验。2.1.2 Proteus 特点1.互动的电路仿真。用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。2.仿真处理器及其外围电路。可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等

22、常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。2.1.3 功能模块1. 智能原理图设计（ISIS）(1)丰富的器件库：超过27000种元器件，可方便地创建新元件；(2)智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；(3)智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；(4)支持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰；(5)可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWER

23、POINT等多种文档使用。2.完善的电路仿真功能（Prospice）(1)ProSPICE混合仿真：基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真；(2)超过27000个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件；(3)多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入；(4)丰富的虚拟仪器：13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案

24、发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等；(5)生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动；(6)高级图形仿真功能（ASF）：基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行一致性分析。3.独特的单片机协同仿真功能（VSM）(1)支持主流的CPU类型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、

25、8086、MSP430等，CPU类型随着版本升级还在继续增加，如即将支持CORTEX、DSP处理器；(2)支持通用外设模型：如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信；(3)实时仿真：支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真；(4)编译及调试：支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内带8051、

26、AVR、PIC的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如IAR、Keil和Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试。4.实用的PCB设计平台(1)原理图到PCB的快速通道：原理图设计完成后，一键便可进入ARES的PCB设计环境，实现从概念到产品的完整设计；(2)先进的自动布局/布线功能：支持器件的自动/人工布局；支持无网格自动布线或人工布线；支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理；(3)完整的PCB设计功能：最多可设计16个铜箔层，2个丝印层，4个机械层（含板边），灵活的布线策略供用户设置，自动设计规则检查，3D可视化预览；(4)多种输出格式的支持：可以输出多种格式文件，包括

27、Gerber文件的导入或导出，便利与其它PCB设计工具的互转（如protel）和PCB板的设计和加工。2.1.4 Proteus所提供的资源1.Proteus可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。2.Proteus可提供的仿真仪表资源：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。3.除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪

28、表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。4.Proteus可提供的调试手段Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。2.1.5 仿真功能在Proteus绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在Proteus的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。Proteus不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当

29、程度上替代了传统的单片机实验教学的功能。课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于Proteus提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台。随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中Proteus也能茯得愈来愈广泛的应用。使用Proteus软件进行单片机系统仿真设计，是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用，

30、有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力；在单片机课程设计和全国大学生电子设计竞赛中，我们使用Proteus开发环境对学生进行培训，在不需要硬件投入的条件下，学生普遍反映，对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接受，更容易提高。实践证明，在使用Proteus进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。因此，Proteus有较高的推广利用价值。目前Proteus的最新版为7.7sp2，今年将推出8.0版本，增加DSP系列及ARM cortex处理器。2.2 Proteus 6 Professional界面简介安装完Proteus后，运行ISIS 6 Profes

31、sional，会出现以下窗口界面。图2-1 SIS 6 Professional窗口界面为了方便介绍，我分别对窗口内各部分进行中文说明，如图2-1。下面简单介绍各部分的功能：2.2.1 原理图编辑窗口它是用来绘制原理图的。蓝色方框内为可编辑区，元件要放到它里面。注意，这个窗口是没有滚动条的，你可用预览窗口来改变原理图的可视范围。2.2.2 预览窗口它可显示两个内容，一个是：当你在元件列表中选择一个元件时，它会显示该元件的预览图；另一个是，当你的鼠标焦点落在原理图编辑窗口时（即放置元件到原理图编辑窗口后或在原理图编辑窗口中点击鼠标后），它会显示整张原理图的缩略图，并会显示一个绿色的方框，绿色的方

32、框里面的内容就是当前原理图窗口中显示的内容，因此，你可用鼠标在它上面点击来改变绿色的方框的位置，从而改变原理图的可视范围。2.2.3 模型选择工具栏1. 主要模型（Main Modes）(1)选择元件（components）（默认选择的）(2)放置连接点(3)放置标签（用总线时会用到）(4)放置文本(5)用于绘制总线(6)用于放置子电路(7)用于即时编辑元件参数（先单击该图标再单击要修改的元件）2. 配件（Gadgets）：(1)终端接口（terminals）：有VCC、地、输出、输入等接口(2)器件引脚：用于绘制各种引脚(3)仿真图表（graph）：用于各种分析，如Noise Analysi

33、s(4)录音机(5)信号发生器（generators）(6)电压探针：使用仿真图表时要用到(7)电流探针：使用仿真图表时要用到(8)虚拟仪表：有示波器等3. 2D图形（2D Graphics）：(1)画各种直线(2)画各种方框(3)画各种圆(4)画各种圆弧(5)画各种多边形(6)画各种文本(7)画符号(8)画原点2.2.4 元件列表用于挑选元件（components）、终端接口（terminals）、信号发生器（generators）、仿真图表（graph）等。举例，当你选择“元件（components）”，单击“P”按钮会打开挑选元件对话框，选择了一个元件后（单击了“OK”后），该元件会在元

34、件列表中显示，以后要用到该元件时，只需在元件列表中选择即可。2.2.5 方向工具栏(1)旋转：旋转角度只能是90的整数倍。(2)翻转：完成水平翻转和垂直翻转。(3)使用方法：先右键单击元件，再点击（左击）相应的旋转图标。2.2.6 仿真工具栏仿真控制按钮(1)运行(2)单步运行(3)暂停(4)停止2.3 操作简介1、绘制原理图：绘制原理图要在原理图编辑窗口中的蓝色方框内完成。原理图编辑窗口的操作是不同于常用的WINDOWS应用程序的，正确的操作是：用左键放置元件；右键选择元件；双击右键删除元件；右键拖选多个元件；先右键后左键编辑元件属性；先右键后左键拖动元件；连线用左键，删除用右键；改连接线：

35、先右击连线，再左键拖动；中键放缩原理图。具体操作见下面例子。2、定制自己的元件：有三个个实现途径，一是用PROTEUS VSM SDK开发仿真模型，并制作元件；另一个是在已有的元件基础上进行改造，比如把元件改为bus接口的；还有一个是利用已制作好（别人的）的元件，我们可以到网上下载一些新元件并把它们添加到自己的元件库里面。由于我没有PROTEUS VSM SDK，所以我只介绍后两个。3、Sub-Circuits应用：用一个子电路可以把部分电路封装起来，这样可以节省原理图窗口的空间。3 下位机中各个模块的工作原理3.1 车体模型小车由车身、前轮、后轮、减速电机组成。本设计所有的小车和其他小车不同

36、，其中，后轮为2个驱动轮，其是决定小车能否运动以及灵活拐弯的关键部分；前轮为1个万向轮，可以通过改变2个后轮的速度以及万向轮能随意改变方向的特性来控制方向。车体模型如图3-1。图3-1 车体模型使用这种模型的目的是因为小车结构简单，易于设计的实现。而且小车并不是靠2个减速电机“拉”万向轮，而是用2个减速电机来“推”万向轮。这样走起直线来更加容易。3.2 电机本设计所使用的电机是直流减速电机。它是在普通直流电机的基础上，加上配套齿轮减速箱。齿轮减速箱的作用是，提供较低的转速，较大的力矩。同时，齿轮箱不同的减速比可以提供不同的转速和力矩。这大大提高了，直流电机在自动化行业中的使用率。减速电机的特点

37、是效率及可靠性高，工作寿命长，维护简便，应用广泛等。使用这种电机，控制比较简单，通过直流电源就可以连续不断的进行转动。电机的速度通过调节电压的大小进行改变。常见的驱动方式是脉冲宽度调制方式，即PWM方式。利用微处理器的数字输出对模块进行控制，具有控制简单、灵活和动态响应好等优点。3.2.1 减速电机概述减速电机是指减速机和电机（马达）的集成体。这种集成体通常也可称为齿轮马达或齿轮电机。通常由专业的减速机生产厂进行集成组装好后成套供货。减速电机广泛应用于钢铁行业、机械行业等。使用减速电机的优点是简化设计、节省空间。第二次世界大战后，军事电子装备的迅速发展促进了美国、苏联等国家微型减速电机，直流减

38、速电机的开发和生产。当前，在世界微型减速电机，直流减速电机市场上，德、法、英、美、中、韩等国保持领先水平。中国微型减速电机，直流减速电机产业创建于20世纪50年代，从为满足武器装备配套需要开始，历经仿制、自行设计、研究开发、规模制造阶段，已形成产品开发、规模化生产、关键零部件、关键材料、专用制造设备、测试仪器等配套完整、国际化程度不断提高的产业体系。1、减速电机结合国际技术要求制造，具有很高的科技含量。2、节省空间，可靠耐用，承受过载能力高，功率可达95KW以上。3、能耗低，性能优越，减速机效率高达95%以上。4、振动小，噪音低，节能高，选用优质锻钢材料，钢性铸铁箱体，齿轮表面经过高频热处理。

39、5、经过精密加工，确保轴平行度和定位精度，这一切构成了齿轮传动总成的齿轮减速电机配置了各类电机，形成了机电一体化，完全保证了产品使用质量特征。6、采用了系列化、模块化的设计思想，有广泛的适应性，有极其多的电机组合、安装位置和结构方案，可按实际需要选择任意转速和各种结构形式。3.2.2 减速电机的特点减速电机的特点是效率及可靠性高，工作寿命长，维护简便，应用广泛等。它的级数可分为单级、两级和三级齿轮减速电机，安装布置方式主要有展开式、同轴式和分流式。两级圆柱减速电机展开式里面，齿轮相对于支承位置不对称，当轴产生弯扭变形时，载荷在齿宽分布不均匀，因此轴应设计的具有较大刚度，并使得齿轮远离输入端或输

40、出端。2、两级圆柱减速电机的分流式的特点：分流式减速电机的外伸轴位置可由任意一边伸出，便于进行机器的总体配置，分流级得齿轮均作成斜齿，一边右旋，一边左旋，以抵消轴向力，应使其中的一根轴能做稍许轴向游动，以免卡死齿轮。3、 同轴式减速电机的特点：径向尺寸紧凑，但轴向尺寸较大。由于中间轴较大，轴在受载时的扰曲较大，因此沿齿宽上的载荷集中现象较严重。同时由于两级齿轮的中心必须一致，所以告诉级齿轮的承载能力难以充分利用，而且位于减速中间部分的轴承润滑也比较困难。减速电机的输入端和输出端位于同一轴线的两端，给传动装置的总体配置带来限制。3.2.3 减速电机的特色1、同轴式斜齿轮减速电机结构紧凑，体积小，

41、造型美观，承受过载能力强。2、传动比分级精细，选择范围广，转速型谱宽，范围i=2-28800。3、能耗低，性能优越，减速器效率高达百分之九十六，振动小，噪音低。4、通用性强，是用维护方便，维护成本低，特别是生产线，只需备用内部几个传动件即可保证整线正常生产的维修保养。5、采用新型密封装置，保护性能好，对环境适应性强，可在有腐蚀、潮湿等恶劣环境中连续工作。6、可批配普通Y系列、Y2系列、起重电机、防暴电机、制动电机、变频电机、直流电机、户外型专用电机等各种电机，可通过装置MB型无级变速器组成无级调速齿轮减速电机，满足各种不同的用途。3.3 电机驱动本设计中使用L298N芯片作为电机的驱动芯片，其

42、实物为图3-2所示。该芯片采用15脚封装，内包含4通道逻辑电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路；可以驱动46V、2A以下的电机。该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。内部功能模块为图3-3所示。图3-2 L298N实物图图3-3 L298N功能模块图使用直流/步进两用驱动器Z可

43、以驱动两台直流电机。分别为M1和M2。引脚A，B可用于输入PWM脉宽调制信号对电机进行调速控制。实现电机正反转就更容易了，输入信号端IN1接高电平输入端IN2接低电平，电机M1正转。（如果信号端IN1接低电平，IN2接高电平，电机M1反转。）控制另一台电机是同样的方式，输入信号端IN3接高电平，输入端IN4接低电平，电机M2正转。（反之则反转），PWM信号端A控制M1调速，PWM信号端B控制M2调速。具体如表3-1所示.表3-1 电机驱动信号控制表旋转方式控制端IN1控制端IN2控制端IN3控制端IN4输入PWM信号改变脉宽可调速调速端A调速端B正转高低/高/反转低高/高/停止低低/高/正转/

44、高低/高反转/低高/高停止低低/高3.4 ATmega16模块本设计采用的单片机为ATmega16，作为整个小车的核心部件，控制着小车的运动状态。单片机要完成的工作有电机操控、避障控制等。ATmega16 AVR 内核具有丰富的指令集和32 个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与运算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率。3.4.1 ATmega16概述ATmega16是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz

45、，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATmega16 AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与运算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的数据吞吐率。ATmega16的特点：16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP封装)的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。工作于空闲模式时CPU停止工作，而USART、两线接口、A/D转换器、SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；ADC噪声抑制模式时终止CPU和除了异步定时器与ADC以外所有I/O模块的工作，以降低AD