【正文】 ller, a signal detection circuit, obstacle avoidance circuit, motor drive circuit, display circuit and power supply circuit. the software platform is ICCAVR. The software include initialization program, selftracing program, obstacle avoidance program and display program. The road information is acquired for navigation by red sensor in the front of the vehicle. The red sensor recognizes the black line. The ultrasonic transducer recognizes the barriers. The micro controller acquires current state to control corresponding circuit and then the vehicle’s speed and angle. In this way the selftracing driving function is realized in the experimental environment.The hardware and software of this project are all the modular it has. The circuit is simple in structure and the function can be added or deleted according to requirement. In the experiment, the vehicle can autonomously adapt straight road, corners and crosses line. The target of the selftracing and obstacle avoidance vehicle are met.Key words: ATMega128。 obstacle avoidance。多年來，隨著企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不斷提髙，自動化技術(shù)不斷加深，電子智能控制技術(shù)在汽車工業(yè)上的應(yīng)用越來越普遍，人們的這一夢想終于有望得到實現(xiàn)。循跡避障小車的研究是移動機(jī)器人的一個分支，是一項涉及到計算機(jī)技術(shù)，傳感技術(shù)，通訊技術(shù)，自動控制技術(shù)，人工智能技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的綜合系統(tǒng)。它的主要功能是能夠自動識別路徑，自動控制車速，自動轉(zhuǎn)向等[1]。作為智能交通系統(tǒng)（ITS）[2]中的一部分，循跡避障小車技術(shù)已經(jīng)滲透到社會各個領(lǐng)域并且成為該領(lǐng)域中的研究熱點。本循跡避障小車由模型小車、傳感器、單片機(jī)以及所需的硬件電路組成。本課題有助于解決現(xiàn)實問題，有很強(qiáng)的研究價值。 系統(tǒng)基本組成小車主要由ATMega128單片機(jī)電路、TCRT5000循跡模塊、超聲波模塊、液晶顯示模塊、L298N驅(qū)動模塊、直流減速電機(jī)、小車底板、電源模塊、DS1302模塊等組成。ATMega128是ATMEL公司的 8位系列單片機(jī)，穩(wěn)定性高，應(yīng)用廣泛。2）TCRT5000循跡模塊：采用反射式紅外發(fā)射接收器作為循跡傳感器，由紅外傳感器完成黑線識別并產(chǎn)生高、低電平信號，經(jīng)過LM324整形后傳送到單片機(jī)，單片機(jī)通過程序控制驅(qū)動模塊來控制兩個直流電機(jī)的工作狀態(tài)，完成自動循跡[3]。L298N具有高電壓、大電流、響應(yīng)頻率高的全橋驅(qū)動芯片，一片L298N可以控制兩個直流電機(jī)，并且?guī)в锌刂剖鼓芏?。L298N的使能端可以外接電平控制，也可以利用單片機(jī)進(jìn)行軟件控制，滿足各種復(fù)雜電路的需要。 4）直流電機(jī)：采用ASLONG JGA25370直流減速電機(jī)。齒輪減速箱的作用是提供較低的轉(zhuǎn)速，較大的力矩。5） 超聲波避障模塊：采用超聲波測距模塊（HCSR04），利用單片機(jī)PC6控制HCSR04的Trig引腳產(chǎn)生一個10us以上的高電平，用單片機(jī)外部中斷6（INT6）檢測接收口Echo高電平輸出。最后讀出定時器的值，該時間值247。當(dāng)障礙物與小車的距離小于規(guī)定值時，小車在行進(jìn)中會繞開障礙物，沿著另一條跑道前進(jìn)。主要顯示小車運(yùn)行時間，實時運(yùn)行狀況。在這個設(shè)計中，考慮到ATMega128有足夠的引腳，故采用并行傳輸。采用DS1302對小車運(yùn)行時間計時。然后串接一個IN4007。 整體軟件控制方案黑線是小車跟蹤的目標(biāo)，檢測系統(tǒng)檢測車的相對路徑，然后將此信息輸入到單片機(jī)，單片機(jī)處理此信息后，將控制命令輸出到驅(qū)動模塊，以控制小車的直流減速電機(jī)，保證小車平穩(wěn)地沿預(yù)先設(shè)定好的路線行駛。2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計 單片機(jī)的功能特性描述本設(shè)計采用ATMega128A單片機(jī)，該單片機(jī)是ATMEL公司的8位系列單片機(jī)，穩(wěn)定性高，應(yīng)用廣泛。2）外設(shè)特點兩個具有獨立的預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時器/計數(shù)器；兩個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數(shù)器；具有獨立預(yù)分頻器的實時時鐘計數(shù)器；兩路8位PWM；6路分辨率可編程（1到16位）的PWM；輸出比較調(diào)制器；8路10位ADC；8個單端通道；7個差分通道；兩個可編程的串行USART；可工作于主機(jī)/從機(jī)模式的SPI串行接口；具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器；片內(nèi)模擬比較器。 ATMega128各引腳功能1）Vcc：數(shù)字電路的電源。3）端口A（PA7~PA0）、端口B（PB7~PB0）、端口C（PC7~PC0）、端口D（PD7~PD0）、端口E（PE7~PE0）、端口F（PFT~PF0）、端口G（PG4~PG0）：這些端口均為雙向I/O口并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。端口也可以用作其他不同的特殊功能。超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。5）XTAL1：反向振蕩器放大器及片內(nèi)時鐘操作電路的輸入。7）AVCC：AVCC為端口F以及ADC轉(zhuǎn)換器的電源。使用ADC時應(yīng)該通過一個低通濾波器與Vcc連接。9）PEN：PEN是SPI串行下載的使能引腳。在正常工作過程中PEN引腳沒有其他功能。熔絲位CKOPT用來選擇這兩種放大器模式的其中之一。這種模式適合于噪聲環(huán)境，而且這種模式的頻率范圍比較寬。其優(yōu)點是大大降低了功耗，但是頻率范圍比較窄。AVR單片機(jī)復(fù)位操作的主要功能是把程序計數(shù)器PC初始化為$0000，使單片機(jī)從$0000單元開始執(zhí)行程序。外部復(fù)位：當(dāng)外部引腳/RESET為低電平時且低電平持續(xù)一定的時間時，單片機(jī)復(fù)位。當(dāng)RESET位低電平時，可以通過串行SPI總線對Flash行編程。RESET為低之后，應(yīng)在執(zhí)行編程/擦除操作之前執(zhí)行編程允許指令。圖23 SPI系統(tǒng)內(nèi)編程 SPI interface for insystem programming ATmega128的熔絲位在AVR內(nèi)部有多組與器件配置和運(yùn)行環(huán)境相關(guān)的熔絲位，可以通過設(shè)定和配置熔絲位，使AVR具備不同的特性，以更加適合實際的需要。Unprogrammed表示熔絲位的狀態(tài)為“1”（禁止），Programmed表示熔絲位的狀態(tài)為“0”（使能）[4]。ATMega128在出廠時M103C默認(rèn)狀態(tài)為“0”，即默認(rèn)以ATmega103兼容方式工作。表22 晶體振蕩器工作模式 crystal oscillator operating modes熔絲位工作頻率范圍/MHzCC2容量/pF(僅適用于石英晶振)CKOPTCKSEL[3:0]1101x僅適用于陶瓷振蕩器1110x12221111x12220101x，110x，111x≥1222圖24 ATMega128單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng) the least application system about ATMega128 電源模塊為了確保供電的穩(wěn)定性和提高系統(tǒng)的抗干擾能力，電機(jī)電源和單片機(jī)系統(tǒng)電源分開供電。為了確保AMS1117的穩(wěn)定性，輸出端需要連接一個至少22μF的電容。傳感器陣列驅(qū)動器驅(qū)動器左電機(jī)右電機(jī) 控制器ATMega128 圖26 循跡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 diagram of tracking system 直流減速電機(jī)選擇模塊中采用ASLONG JGA25370直流減速電機(jī)。齒輪減速箱的作用是提供較低的轉(zhuǎn)速，較大的力矩。該電機(jī)額定電壓為6V，空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速176rpm，空載電流60ma，負(fù)載轉(zhuǎn)速150rpm，負(fù)載電流300ma，功率2w，堵轉(zhuǎn)電流900ma，減速比1:34。使用紅外傳感器可以有效地避免背景光帶來的干擾。循跡小車采用紅外傳感器構(gòu)成陣列來實現(xiàn)高精度實時定位目標(biāo)。傳感器采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成，輸出信號經(jīng)LM324整形，穩(wěn)定可靠。 為了對小車實現(xiàn)精確的定位及糾正小車在行走中出現(xiàn)的偏差，檢測系統(tǒng)采用8個如圖28所示的傳感器構(gòu)成檢測陣列。2工作在黑線上，3和5和6分別在2兩邊夾住黑線，7和8則離得相對較遠(yuǎn)。在本設(shè)計中采用PWM方式進(jìn)行調(diào)速，選用L298N來驅(qū)動2個直流減速電機(jī)實現(xiàn)運(yùn)動控制。脈沖寬度越大即占空比越大，提供給電機(jī)的平均電壓越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速就高。提供給電機(jī)的平均電壓越小，電機(jī)轉(zhuǎn)速就低。只要按照一定的規(guī)律改變通、斷電的時間，即可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速[6]。PWM分辨率位數(shù)為12位。其主要特點如下：真正的16位設(shè)計（即允許16位的PWM）；3個獨立的輸出比較單元；雙緩沖的輸出比較寄存器；一個輸入比較單元；輸入捕捉噪聲抑制器；比較匹配發(fā)生時清除寄存器（自動重載）；無毛刺的相位修正PWM；可變的PWM周期；頻率發(fā)生器；外部事件計數(shù)器；5個獨立的中斷源（TOVOCF3A、OCF3B、OCF3C和ICF3）。T/C控制寄存器TCCR3A/B/C為8位寄存器。所有中斷都可以由中斷屏蔽寄存器TIMSK及擴(kuò)展定時中斷屏蔽寄存器ETIMSK控制。雙緩沖輸出比較寄存器OCR3A/B/C一直與T/C的值做比較。比較匹配結(jié)果還可置位比較匹配標(biāo)志OCF3A/B/C，用來產(chǎn)生輸出比較中斷請求。當(dāng)需要一個固定的TOP值時可以使用ICR3寄存器，從而釋放OCR3A來用作PWM的輸出。3）相位修正PWM模式相位修正PWM模式（WGM33:0 = 10或11）為用戶提供了一個獲得高精度的、相位準(zhǔn)確的PWM波形的方法。計時器重復(fù)地從BOTTOM計到TOP，然后又從TOP倒退回到BOTTOM。工作于反向比較輸出時則正好相反。但其對稱特性十分適合于電機(jī)控制。最小分辨率為2比特（ICR3或OCR3A設(shè)為0x0003），最大分辨率為16位（ICR3或OCR3A設(shè)為MAX）。工作于相位修正PWM模式時，比較單元可以在OC3x引腳輸出PWM波形。要真正從物理引腳上輸出信號還必須將OC3x的數(shù)據(jù)方向DDR_OC3x設(shè)置為輸出。工作于相位修正模式時PWM頻率公式： （22）變量N表示預(yù)分頻因子（6256或1024）。如果COM3A1:0（COM3B1:0或COM3C1:0）的一位或兩位被寫入“1”，OC3A（OC3B或OC3C）輸出功能將取代I/O端口功能。OC3A（OC3B或OC3C）與物理引腳相連時，COM3x1:0的功能由WGM33:0的設(shè)置決定。T/C支持的工作模式有：普通模式（計數(shù)器），比較匹配時清零定時器（CTC）模式，及三種脈寬調(diào)制（PWM）模式。此時外部引腳ICP3的輸入被濾波。如果4個采樣值都相等，那么信號送入邊沿檢測器。Bit 6ICES3：輸入捕捉觸發(fā)沿選擇該位選擇使用ICP3上的哪個邊沿觸發(fā)捕獲事件。按照ICES3的設(shè)置捕獲到一個事件后，計數(shù)器的數(shù)值被復(fù)制到ICR3寄存器。如果此時中斷使能，輸入捕捉事件即被觸發(fā)。Bit 5：保留位Bit 4:3WGM33:2：波形發(fā)生模式Bit 2:0CS32:0：時鐘選擇表213 時鐘選擇位描述 clock select bit descriptionCS32CS31CS30說明000無時鐘源（T/C停止）001clk/1（無預(yù)分頻）010clk/8（來自預(yù)分頻器）011clk/64（來自預(yù)分頻器）100clk/256（來自預(yù)分頻器）101clk/1024（來自預(yù)分頻器）110外部T3引腳，下降沿驅(qū)動111外部T3引腳，上升沿驅(qū)動表214定時器/計數(shù)器3數(shù)據(jù)寄存器TC3T3H和TC3T3L timer/counter 3 TC3T3H and TC3T3LTCNT3[15:8]TCNT3[7:0]TCNT3H與TCNT3L組成了T/C3的數(shù)據(jù)寄存器TCNT3，通過它們可以直接對定時器/計數(shù)器單元的16位計數(shù)器進(jìn)行讀寫訪問。一旦ETIFR的ICF3置位，CPU即開始執(zhí)行T/C3輸入捕捉中斷服務(wù)程序。一旦ETIFR上的OCF3A置位，CPU即開始執(zhí)行T/C3輸出比較A匹配中斷服務(wù)程序。一旦ETIFR上的OCF3B置位，CPU即開始執(zhí)行T/C3輸出比較B匹配中斷服務(wù)程序。一旦ETIFR上的TOV3置位，CPU即開始執(zhí)行T/C3溢出中斷服務(wù)程序。一旦ETIFR上的OCF3C置位，CPU即開始執(zhí)行T/C3輸出比較C匹配中斷服務(wù)程序。一旦ETIFR上的OCF1C置位，CPU即開始執(zhí)行T/C1輸出比較C匹配中斷服務(wù)程序。此外，當(dāng)ICR3作為計數(shù)器的TOP值時，一旦計數(shù)器值達(dá)到TOP，ICF3也置位。也可以對其寫入邏輯“1”來清除該標(biāo)志位。強(qiáng)制輸出比較（FOC3A）不會置位OCF3A。強(qiáng)制輸出比較（FOC3B）不會置位OCF3B。工作于