简述关于ATmegal28L的智能探测车的设计与实现
以avr单片机atmega128l为核心，提出了一种智慧探测小车的软硬件设计方案。系统可以预先设定小车的行走路线，能够实现小车与计算机之间的无线通讯，通过超声测物和红外测障电路使小车安全行走。另外，系统通过jtag接口在线调试程序。软件设计中采用神经网络自学习，大大增强了小车
1 引言
智能探测车能根据任务及环境信息做出全局路径规划，可在行进中不断感知局部环境信息并做出决策，从而能够安全行驶并到达目标。本文以atmegal28l单片机为核心介绍了一种智能探路车的设计雏形，该系统利用各种传感器获取周围环境信息，采用多传感器信息融合技术对接收到的信息进行处理与判断，从而自动绕开障碍物：能与计算机实现无线通讯;具有预先设定路线的功能;通过jtag接口可以方便地在线调试程序或下载程序。
美国atmel公司推出的atmegal28l是基于avr risc的低功耗8位单片机，最高工作频率可达16 mhz，具有128 kb flash内部存储器、4 kbeeprom和4 kb sram数据存储空间，并且采用了jtag技术。它具有很高的性价比，并有超低的功耗和丰富的片上外围资源，很适合作为移动设备的微控制器。
2 硬件结构
atmegal28l内含128 kb写操作可读在系统可编程flash、53个通用i/o口、32个通用工作寄存器、实时计数器（rtc）、4个具有比较模式和pwm的定时器/计数器、2个uart、2线（i2c）串行接口、一个带内部振荡器的可编程看门狗定时器、一个spi口、一个符合ieee std的jtag等。atmegal28l主要
对超声波和红外传感器测得的信息进行处理，产生两路pwm信号来控制直流电机，通过i/o控制步进电机。同时，atmegal28l引出jtag接口进行在线调试程序或下载程序。另外。系统通过键盘与显示电路来实现人机对话;选用电机驱动器件1298n来驱动直流电机;超声波测物模块和红外避障测量模块用来获取环境信息；利用无线模块nrf401与：pc机端口的无线模块进行通讯。系统的路线设置功能主要由软件实现，硬件选取24c02用于存放路线。
2.1 键盘与显示电路
为了方便人机对话和功能选择，本系统设计了 5个按键和液晶显示模块。5个按键分别是：单片机复位按键，小车自动行走按键（接a15（pc7））、超声波测物按键（接a14（pc6））、无线发射按键（接a13（pc5））和小车设置路线按键（接a12（pc4））。
采用液晶模块lcm103显示按键的选择和执行结果。lcm103为10位多功能通用型8段式液晶显示模块，内置显示ram，可显示任意字段笔划，3-4线串行接口，可与任何单片机接口。由于lcm130与mcu的工作电压相同，因此lcm103与mcu直接连接。其中wr直接与atmegal28l的wr连接．data端与atmegal28l的ad4（pa4）连接，cs与atmegal28l的a12（pc4）连接。
2.2 jtag接口电路
在设计系统中，引出atmegal28l的jtag接口进行在线编程和下载，以方便调试和程序更新。对avr器件进行编程是由jtag端口的tck、tms、tdi和tdo实现的。通过jtag可以实现如下的编程功能：
（1）flash编程及校验;
（2）eeprom编程及校验;
（3）熔丝位编程及校验;
（4）锁定位编程及校验。
2.3 电机驱动电路
系统采用直流电机驱动两个前轮实现小车的前进、后退、左转、右转。atmega128l具有2个带预分频器和比较模式的8位定时/计数器、2个扩充的带预分频器和比较/捕获模式的16位定时/计数器、2通道8位pwm、6通道2～16位精度：pwm。这里采用atmegal281。的16位定时/计数器l来产生两路pwm信号，分别接1298n的en a和en b，用于控制两个电机的起停、转向及速度。它工作在相位和频率修正pwm模式下，该工作模式可以产生高精度、相位与频率都准确的pwm波形。通常用ocrna作为top值。改变top值即可改变pwm信号的占空比，从而改变电机转速。
l1298n是sgs公司生产的恒压恒流桥式2 a驱动器件，内部包含4通道逻辑驱动电路。
系统采用了步进电机来控制超声波旋转平台的上下左右运动，驱动电路与此类似。
2.4 超声波测物电路和红外测障电路
系统采用一组超声波传感器和五组红外传感器感知环境信息。超声波通过一个可以上下左右旋转的平台安装在小车的正前方，用来测量物体的大小。在普通行车中，超声波传感器的用途和红外传感器一样。红外传感器分别安装在小车的左前方、右前方、左侧、右侧和后面。本系统利用atmegal28i。产生40 khz的脉冲信号，驱动发射电路发送超声波。红外传感器测量小车在五个方向的一定距离内（本系统为30 cm）是否有障碍物，辅助小车避开障碍物。
2.5 无线发射接收电路
本系统选用集成度较高的无线数据传输产品nrf401来实现pc与小车的无线通信。 nrf40l收发模块的主要特点：工作频段为433mhz;采用fsk调制，抗干扰能力强：频率稳定性好;灵敏度高，功耗小;具有多频段切换功能。
通过atmega128l的pa5（ad5）控制pwr up。当pwr-up=“l”时，表示进入正常工作模式：当pwr-up=“0”时，表示进入接收待机模式。panad6） cs=“1”时，表示中心频率为434.32 mhz，当cs=“0”时，表示中心频率为433.92 mhz。pa7 （ad7）控制nrf40l的txen端，当txen=“1”时，表示进入发送模式，当txen=“0”时，表示进入接收模式。数据输入端din与atmegal28l的peo（rxd0）相连。数据输出端dout与atmegal28l的pel（txd0）相接。
2.6 充电电路
由于电机启动时瞬间电流很大，且pwm驱动的电动机电流波动较大，导致车载电源电压不稳，从而影响其他电路的正常工作，所以系统采用双电源供电的方法。将电机驱动电源与单片机及传感器电源完全隔离开来，利用耦合器进行连接。
3 软件设计
系统软件的主要功能是：能够根据传感器信息正确避开障碍物：小车与pc的无线通信;预先设定路线;测量物体的大小。为了提高小车避障的智能性，软件设计采用了神经网络自学习。软件设计的重点在于小车的神经网络训练程序和小车与pc机的无线通讯程序。
3.1 神经网络训练程序
bp神经网络应用广泛，具有较好的分类和记忆功能，同时有很强的容错性和鲁棒性。采用两层前向bp网络实现多传感器信息的融合，输入层有6个节点（分别对应6组传感器。其中超声波传感器测得距离在30 cm之内记为1），输出层有4个节点（前进f、左转l、右转r、后退b）。
样本确立后，需要进行网络训练。网络训练就是对网络的连接权系数进行学习和调整，使该网络实现给定的输入输出映射关系。权系数修改按照式
（1）进行：
uij（t+1）=uij（t）+λ［dj（t）-yj（t）xi（t）+α△uij（t-1） （1）
式中：λ表示学习速率（取0.3）;α表示学习动量（取0.3）;dj（t）和yj（t）分别表示j单元在t时刻的目标输出和实际输出;xi（t）表示单元i在t时刻的输入；△uij（t-1）表示前一次迭代中;；单元i和j连接权系数更新增量。
bp网络算法采用c语言编程，训练好的网络权系数存放于flash内存之中。采用的是离线训练方式。
3.2 小车与pc机的无线通讯程序
pc机在小车行驶过程中可以通过无线通讯对小车进行控制。
4 结束语
本文讨论了基于atmega128l的智能探测车的设计思路，对系统中的各个模块接口作了简要描述，利用神经网络来增强小车的智能性，并提出了系统软件的总体设计思想。该电路各部分功能模块化，易于调试，并且容易扩展其他功能。本设计的应用前景广阔，可用于肮脏、危险等不适宜人类工作或者是人类难以到达的环境，可作为特殊应用器材的载体工具，为无线检测、信息传输及远距离控制技术提供了一个很好的应用平台。
首发：周立功教授《嵌入式软件工程方法与实践丛书》在北航正式出版开售
为什么电动车自燃更具危险性
汽车电子车载摄像头感光芯片底部填充胶应用
电子项目外包 物联网项目方案开发 硬件方案开发外包 需要注意哪些地方？
如何使用手机设置路由器
简述关于ATmegal28L的智能探测车的设计与实现
出国旅游语言不通？搜狗s1录音笔是选择之一
如何减少太阳能电池入射光在电池器件中的反射
紫光展锐宣布全球首个基于6nm EUV工艺的5G平台虎贲T7520
美版支付宝进军中国欲分杯羹
英伟达GPU短缺影响AI服务器出货量 台积电加紧扩产
同茂线性马达谈2021年中国社科基金立项名单
市电输入可调光LED照明通用设计方案
PCB在过自动锡炉为什么绝缘绿漆会剥落
什么是退耦电容
英诺激光：皮秒激光制备镁合金超疏水表面的工艺及机理研究
单模光纤收发器指示灯不亮的原因分析
通过Arduino使用ESP-WROOM-32（Bluetooth-BLE连接篇）
新能源汽车PCB用量接近传统燃油车的4倍,单车PCB价格超过1200元
电动牙刷哪个牌子好？适合双十一入手的品牌排行
1 引言
智能探测车能根据任务及环境信息做出全局路径规划，可在行进中不断感知局部环境信息并做出决策，从而能够安全行驶并到达目标。本文以atmegal28l单片机为核心介绍了一种智能探路车的设计雏形，该系统利用各种传感器获取周围环境信息，采用多传感器信息融合技术对接收到的信息进行处理与判断，从而自动绕开障碍物：能与计算机实现无线通讯;具有预先设定路线的功能;通过jtag接口可以方便地在线调试程序或下载程序。
美国atmel公司推出的atmegal28l是基于avr risc的低功耗8位单片机，最高工作频率可达16 mhz，具有128 kb flash内部存储器、4 kbeeprom和4 kb sram数据存储空间，并且采用了jtag技术。它具有很高的性价比，并有超低的功耗和丰富的片上外围资源，很适合作为移动设备的微控制器。
2 硬件结构
atmegal28l内含128 kb写操作可读在系统可编程flash、53个通用i/o口、32个通用工作寄存器、实时计数器（rtc）、4个具有比较模式和pwm的定时器/计数器、2个uart、2线（i2c）串行接口、一个带内部振荡器的可编程看门狗定时器、一个spi口、一个符合ieee std的jtag等。atmegal28l主要
对超声波和红外传感器测得的信息进行处理，产生两路pwm信号来控制直流电机，通过i/o控制步进电机。同时，atmegal28l引出jtag接口进行在线调试程序或下载程序。另外。系统通过键盘与显示电路来实现人机对话;选用电机驱动器件1298n来驱动直流电机;超声波测物模块和红外避障测量模块用来获取环境信息；利用无线模块nrf401与：pc机端口的无线模块进行通讯。系统的路线设置功能主要由软件实现，硬件选取24c02用于存放路线。
2.1 键盘与显示电路
为了方便人机对话和功能选择，本系统设计了 5个按键和液晶显示模块。5个按键分别是：单片机复位按键，小车自动行走按键（接a15（pc7））、超声波测物按键（接a14（pc6））、无线发射按键（接a13（pc5））和小车设置路线按键（接a12（pc4））。
采用液晶模块lcm103显示按键的选择和执行结果。lcm103为10位多功能通用型8段式液晶显示模块，内置显示ram，可显示任意字段笔划，3-4线串行接口，可与任何单片机接口。由于lcm130与mcu的工作电压相同，因此lcm103与mcu直接连接。其中wr直接与atmegal28l的wr连接．data端与atmegal28l的ad4（pa4）连接，cs与atmegal28l的a12（pc4）连接。
2.2 jtag接口电路
在设计系统中，引出atmegal28l的jtag接口进行在线编程和下载，以方便调试和程序更新。对avr器件进行编程是由jtag端口的tck、tms、tdi和tdo实现的。通过jtag可以实现如下的编程功能：
（1）flash编程及校验;
（2）eeprom编程及校验;
（3）熔丝位编程及校验;
（4）锁定位编程及校验。
2.3 电机驱动电路
系统采用直流电机驱动两个前轮实现小车的前进、后退、左转、右转。atmega128l具有2个带预分频器和比较模式的8位定时/计数器、2个扩充的带预分频器和比较/捕获模式的16位定时/计数器、2通道8位pwm、6通道2～16位精度：pwm。这里采用atmegal281。的16位定时/计数器l来产生两路pwm信号，分别接1298n的en a和en b，用于控制两个电机的起停、转向及速度。它工作在相位和频率修正pwm模式下，该工作模式可以产生高精度、相位与频率都准确的pwm波形。通常用ocrna作为top值。改变top值即可改变pwm信号的占空比，从而改变电机转速。
l1298n是sgs公司生产的恒压恒流桥式2 a驱动器件，内部包含4通道逻辑驱动电路。
系统采用了步进电机来控制超声波旋转平台的上下左右运动，驱动电路与此类似。
2.4 超声波测物电路和红外测障电路
系统采用一组超声波传感器和五组红外传感器感知环境信息。超声波通过一个可以上下左右旋转的平台安装在小车的正前方，用来测量物体的大小。在普通行车中，超声波传感器的用途和红外传感器一样。红外传感器分别安装在小车的左前方、右前方、左侧、右侧和后面。本系统利用atmegal28i。产生40 khz的脉冲信号，驱动发射电路发送超声波。红外传感器测量小车在五个方向的一定距离内（本系统为30 cm）是否有障碍物，辅助小车避开障碍物。
2.5 无线发射接收电路
本系统选用集成度较高的无线数据传输产品nrf401来实现pc与小车的无线通信。 nrf40l收发模块的主要特点：工作频段为433mhz;采用fsk调制，抗干扰能力强：频率稳定性好;灵敏度高，功耗小;具有多频段切换功能。
通过atmega128l的pa5（ad5）控制pwr up。当pwr-up=“l”时，表示进入正常工作模式：当pwr-up=“0”时，表示进入接收待机模式。panad6） cs=“1”时，表示中心频率为434.32 mhz，当cs=“0”时，表示中心频率为433.92 mhz。pa7 （ad7）控制nrf40l的txen端，当txen=“1”时，表示进入发送模式，当txen=“0”时，表示进入接收模式。数据输入端din与atmegal28l的peo（rxd0）相连。数据输出端dout与atmegal28l的pel（txd0）相接。
2.6 充电电路
由于电机启动时瞬间电流很大，且pwm驱动的电动机电流波动较大，导致车载电源电压不稳，从而影响其他电路的正常工作，所以系统采用双电源供电的方法。将电机驱动电源与单片机及传感器电源完全隔离开来，利用耦合器进行连接。
3 软件设计
系统软件的主要功能是：能够根据传感器信息正确避开障碍物：小车与pc的无线通信;预先设定路线;测量物体的大小。为了提高小车避障的智能性，软件设计采用了神经网络自学习。软件设计的重点在于小车的神经网络训练程序和小车与pc机的无线通讯程序。
3.1 神经网络训练程序
bp神经网络应用广泛，具有较好的分类和记忆功能，同时有很强的容错性和鲁棒性。采用两层前向bp网络实现多传感器信息的融合，输入层有6个节点（分别对应6组传感器。其中超声波传感器测得距离在30 cm之内记为1），输出层有4个节点（前进f、左转l、右转r、后退b）。
样本确立后，需要进行网络训练。网络训练就是对网络的连接权系数进行学习和调整，使该网络实现给定的输入输出映射关系。权系数修改按照式
（1）进行：
uij（t+1）=uij（t）+λ［dj（t）-yj（t）xi（t）+α△uij（t-1） （1）
式中：λ表示学习速率（取0.3）;α表示学习动量（取0.3）;dj（t）和yj（t）分别表示j单元在t时刻的目标输出和实际输出;xi（t）表示单元i在t时刻的输入；△uij（t-1）表示前一次迭代中;；单元i和j连接权系数更新增量。
bp网络算法采用c语言编程，训练好的网络权系数存放于flash内存之中。采用的是离线训练方式。
3.2 小车与pc机的无线通讯程序
pc机在小车行驶过程中可以通过无线通讯对小车进行控制。
4 结束语
本文讨论了基于atmega128l的智能探测车的设计思路，对系统中的各个模块接口作了简要描述，利用神经网络来增强小车的智能性，并提出了系统软件的总体设计思想。该电路各部分功能模块化，易于调试，并且容易扩展其他功能。本设计的应用前景广阔，可用于肮脏、危险等不适宜人类工作或者是人类难以到达的环境，可作为特殊应用器材的载体工具，为无线检测、信息传输及远距离控制技术提供了一个很好的应用平台。
首发：周立功教授《嵌入式软件工程方法与实践丛书》在北航正式出版开售
为什么电动车自燃更具危险性
汽车电子车载摄像头感光芯片底部填充胶应用
电子项目外包 物联网项目方案开发 硬件方案开发外包 需要注意哪些地方？
如何使用手机设置路由器
简述关于ATmegal28L的智能探测车的设计与实现
出国旅游语言不通？搜狗s1录音笔是选择之一
如何减少太阳能电池入射光在电池器件中的反射
紫光展锐宣布全球首个基于6nm EUV工艺的5G平台虎贲T7520
美版支付宝进军中国欲分杯羹
英伟达GPU短缺影响AI服务器出货量 台积电加紧扩产
同茂线性马达谈2021年中国社科基金立项名单
市电输入可调光LED照明通用设计方案
PCB在过自动锡炉为什么绝缘绿漆会剥落
什么是退耦电容
英诺激光：皮秒激光制备镁合金超疏水表面的工艺及机理研究
单模光纤收发器指示灯不亮的原因分析
通过Arduino使用ESP-WROOM-32（Bluetooth-BLE连接篇）
新能源汽车PCB用量接近传统燃油车的4倍,单车PCB价格超过1200元
电动牙刷哪个牌子好？适合双十一入手的品牌排行