基于AVR的智能玩具车精确驱控系统研究

1、 0引言玩具集光、机、电于一体,智能玩具已成为当今世界玩具发展的主流。外国玩具设计师往往把科学家在智能机器人研究方面的发明或高新技术中的一种技术应用到智能玩具中,以增强玩具的趣味性、可玩性和附加值。如日本玩具设计师利用语音嵌入式系统技术研制开发了能识别主人声音的智能玩具。AVR 系列单片机是ATMEL 公司研发出的增强型内置Flash的RISC(ReducedInstructionSetCPU精简指令集高速8位单片机1。在智能玩具中运用AVR 单片机,具有开发周期短、性价比高、可靠性好、功能强大等优点,因而应用前景广阔。1AT90S8535单片机整体结构AT90S8535是基于新的精简指令RI

2、SC 结构,综合了半导体集成技术和软件性能的新型AVR 单片机。由于采用了大型、快速存取寄存器文件和快速单周期指令,AVR 单片机在目标代码大小、性能及功耗方面更加优化。AT90S8535单片机中,32个8位通用寄存器可以在单一时钟周期内执行一个A L U 操作,被称作快速访问寄存器堆。这也是AT90S8535单片机之所以运行速度快的本质原因,其结构如图1所示。收稿日期:2007-02-19作者简介:廖春蓝(1979-,女,四川宜宾人,硕士研究生,研究方向为智能玩具、机电一体化控制。Journal of Ningbo Polytechnic宁波职业技术学院学报2007年4月第11卷第2期Apr

3、, 2007V ol. 11 No.2基于AVR 的智能玩具车精确驱控系统研究摘要:以采用AT90S8535型AVR 单片机设计制作的智能玩具车为例,介绍了AVR 单片机的特点和工作机理。阐述了基于AVR 单片机的精确驱动控制系统的设计与开发方法,对智能玩具的开发设计具有一定的参考和推广价值。关键词:AVR 单片机;精确驱动控制系统;智能玩具中图分类号:TP368.1文献标识码:A 文章编号:1671 - 2153(200702 - 0049 - 03(广州番禺职业技术学院机械与电子系,广州511483廖春蓝图1AT90S8535单片机AVR 增强型RISC 结构8位数据总线程序存储器指令寄存

4、器指令译码器控制线程序计数器状态与测试S R A M 通用寄存器E P R O MA L U控制寄存器中断单元SPI 串行U A R T 定时计数器模拟比较器32根I/O 线. 49 .2007年第2期 2精确驱控系统设计2.1系统整体结构系统电路主要由AT90S8535单片机、左右轮检测电路和左右轮驱动电路组成。其中AT90S8535单片机是核心元器件,该单片机包含两个8位定时器(T0和T2和一个16位定时器(T1。其中两个8位定时器分别作为左右车轮转速测量计数器,通过PB0和PC6两个引脚接收检测电路传输过来的转速信号,并经过比较之后根据逻辑运算输出控制结果至16位定时器(T1。16位定时

5、器(T1工作在PWM 模式下,通过PD4和PD5两个引脚直接输出控制信号实时控制左右车轮的转速,使其左右轮按照预定的速度运动2,系统电路如图2所示。2.2电机运动控制系统电机运动控制系统由两组推挽三极管(VT 1VT 4构成直流电机正反转驱动系统,由两个与门控制电机正反转速度,如图3所示。图3中,1和2脚分别接PC0和PC1控制电机的正反转,3脚接PD5(OC1A,作为速度控制。当OC1A 值为0时,VT 2和VT 4截止,电机停止转动;当OC1A 值为1时,电机可以转动,但转动方向由PC0和PC1控制,如表1所示。图3中VD 1VD 4用于保护三极管,以免被电机停转时的感应电动势击穿。T 1

6、定时/计数器工作在PWM 模式下,与输出比较寄存器OCR1X(X 为A 或B,下同形成无尖峰、自运行的PWM。T 1作为向上/向下往复计数器,由0计数到顶,然后反向减到0,当计数器中的值与OC1X 的值相等时,OC1X 相应被置1或置0,其输出值分别控制左右轮的转速3,如图4所示。当寄存器OCR1X 中的值改变时,PWM 输出的OC1X 脉宽相应改变,从而调整电机转速。2.3速度检测机构速度检测机构主要由红外发光二极管、光敏三表1引脚控制电机转向示意P C 00011P C 10101电机转向停转反转正转停转说明VT 2和V T 4截止,电机停转VT 3和V T 2导通,电机反转VT 1和V

7、T 4导通,电机正转VT 1和V T 3截止,电机停转比较值改变同步O C R 1X 锁定计数器值比较值P W M 输出O C 1X图4PWM 工作模式宁波职业技术学院学报图2AVR 单片机系统电路123R 1IC1A &CD4081R 2V T 19012VccMV T 29013V D 1IN4148V D 2IN4148V D 4IN4148V D 3IN4148V T 49012V T 39013R 4R 3IC1B &CD4081Vss2007年第2期. 50 .极管和光栅轮组成,其中光栅轮由玩具车的车轮驱动,它直接反映车轮的实际转速,原理如图5所示。图5中,随着光栅

8、轮的转动,光敏三极管间断的导通与截止,产生的方波信号由C 脚输出。运用AVR 单片机中的两个8位定时器/计数器T0和T2接收方波信号,通过检测一定时间间隔内的方波个数就可以检测左右轮的实际转速。3程序控制系统系统控制流程如图6所示。由图6可以看出,程序控制系统比较给定的速度和当前检测到的玩具车轮的实际速度,如两者不相等则调整PWM 的输出脉宽,从而进行相应的线性加速或线性减速。这样既可以保证左右轮转速与给定速度相等,又可以避免突然加速和突然减速给智能玩具车带来的冲击。图6中,系统初始化模块主要完成对AT90S8535单片机内部3个定时/计数器的初始值的设定,然后接收检测装置传来的实际速度4。根

9、据100ms内光敏三极管传来的脉冲个数和转换公式计算左右轮的转速,比较实际速度与给定速度的关系,调整OCR1X(即OCR1A 和OCR1B寄存器中的值,改变PWM 输出脉宽进行加速或减速处理,从而实现速度的精确控制。4结束语相比一般的玩具车,采用AVR 单片机设计实现的智能玩具车具有精确速度控制的功能,使操作者能够更准确地控制玩具车的运动,有效地增加了玩具的附加值。同时,AVR 单片机的可编程性也为智能玩具的二次开发提供了有效平台。其AVR 单片机系统的设计方法可以推广到其他智能玩具中,对玩具专业教学和产品开发具有一定参考价值和广阔的应用前景。参考文献:1耿德根,宋建国,马潮,等.AVR 高速

10、嵌入式单片机原理与应用(修订版M.北京:北京航空航天大学出版社,2002.2丁化成,耿德根,李君凯.AVR 单片机应用设计M.北京:北京航空航天大学出版社,2002.3刘瑜,徐杰.AVR 单片机在内燃机车转速测量上的应用研究J.山东内燃机,2005,(4:18-23.4李丹,刘凤春.基于AVR 单片机的智能充电器的设计与实现J.电子工程师,2002,(2:21-23.Research of the intelligent toy car'exactitude drive and control system based on A VRLIAO Chun-lan(Department o

11、f Mechanical and Electronic Engineering, Panyu Polytechnic, Guangzhou 511483,ChinaAbstract:The paper takes an example for an intelligent toy car based on AT90S8535 A VR microcontroller,introduces the charac-teristic and working principle of AVR microcontroller,expatiates in detail the design and exploitation method of the exactitude drive and control system based on AVR microcontroller,has definite reference and popularize value for the design and exploita-tion of intelligent toys.Key words: A VR microcontroller; exac