主站控制单片机小系统电路
该小系统以SPCE061A单片机为核心，外围电路包括：4&TImes;4键盘，本系统中红外键盘采用的是RM-200E万能电视遥控器，它的功能是输入 26个英文字母和10个数字，按顺序分别是发送键、删除键、A、B、C、D、E、F…，同时A、B、C、D、E、F…又是可以通过4&TImes;4键盘上的“切换 2”转为输入0到9的数字;红外接收头（J7），接收来自红外遥控器的数据（写短信）送入单片机处理并在液晶屏上显示。调节RP1可以改变液晶显示的对比度。
DTMF双音频编码器设计
DTMF双音频编码器是用频率合成的方法来产生DTMF信号的，它的基准时基采用晶体振荡器，具有频率稳定和精确度高、体积小、重量轻等特点。该部分原理图如图2.6。
在电路中，IOB0～IOB7为单片机送来的控制信号，HM9187输出的双音频组合共有16种情况，因此单片机送来的控制的信号亦共有16种情况，系统则利用这16状态来完成指令和短信的发送过程。原理如下：
SPCE061 A单片机先将要发送的四位二进制码（共有16种状态）经相应转换，变为对HM9187的控制码，双音频编码器将数字信号转换为两个频率的音频信号送至锁相环进行FM调制，由天线发出，接收机经FM解调后，恢复出双音频信号，通过双音频译码器得到原有的数字信号送单片机处理。英文字符共有26个加上0-9十个数字以及相应的控制指令，16种状态是远远不够的，我们利用合理的编码方案解决了这一问题，这部分内容将在系统软件介绍中详细叙述。
高频功率放大电路设计
由于PLL振荡器出来的幅度达不到要求，而且带负载能力不强，所以我们在后面加上高频功率放大器和一级射随器，增加频率的稳定度和提高输出功率。原理图如图2.9。
调频接收电路模块设计
采用索尼公司的收音机专用芯片CXA1691作高保真宽频接收机，采用双调谐回路增强接收机的选择性，其接收性能非常优越。芯片4脚为直流音量控制端，改变该脚的电位高低就可以改变输出音量的大小。通过调节该电位器改变其双音频信号输出电压的幅值，使解码器MT8870能很准确地解码。它完全杜绝了采用传统音量控制电路因电位器不良而引起喇叭中嚓嚓声的通病，使得其输出的音频信号的电压很稳定。图2.10中OUT1为输出双音频信号，送至 MT8870，OUT2为音频输出信号，经控制开关后直接驱动耳机。
图2.10 调频接收电路原理图
从站控制单片机小系统电路设计
从站仍以SPCE061A单片机为控制核心器件，利用3位拨码开关实现对从站号码的任意设置。使用RT128&TImes;64点阵液晶构成人机接口界面，收到短信或被呼叫均在液晶屏上显示。电路原理如2.11所示，图中J12为双音频解码后的四位二进码元输入端，J6为RT128&TImes;64点阵液晶屏接口。蜂鸣器用来产生收到短信号的提示音。SPCE061A单片机IOB7口用来控制继电器，从而控制耳机的通断，耳机平时处于断开状态，当从站被呼叫时，单片机发出指令接通扬声器。实现主站对从站的呼叫。
图2.11 接收机主控单片机小系统
MT8870双音频信号译码模块的电路设计
如图2.12所示，将从高保真调频接收机接收到的DTMF信号进行解码。由于MT8870的编码方式和HM9187的编码方式完全一致，所以用 MT8870配合编码部分使得系统的整和性很强，软件编程变得更加的简单。当双音频信号来到时，被MT8870解码后，MT8870的15脚STD会由低电平向高电平跳变，经反向后向单片机申请中断，解码输出的二进制码由Q1～Q4输出后送给单片机进行相应处理，实际运用
中J1是来自接收机的双音频编码信号，J3是经过MT8870解码后的4位二进制数据输出端及译码器中断输出端。
本文采用红外遥控器实现了英文字符的输入，利用双音频实现了数据的传输，发射机采用锁相环产生载频，频率稳定度高，接收机采用了调频接收专用IC，灵敏度高，有效的提高了接收数据的可靠性，增大了接收距离，实测表明在35米的距离范围内，从耳机收到的音乐清晰悦耳，关闭调制信号，静噪效果好，在15米的距离内，发送16字符的英文短信，接收端显示正确无误。不足之处是从站没有使用锁相环，有时会出现接收机频率轻微偏移的现象，这点有待改进。
该方案基于Atmega128单片机和无线通信技术设计，其创新点是采用了PC控制模式和单兵运行模式两种方式对无人车进行控制，极大地增强了无人车的功能性和环境适应能力。该方案可广泛应用于短途货运客运、应急救援、恶劣环境下自动作业等领域。智能无人车是一种履带式移动机器人，目前市场上的无人车大多采用单片机对其进行控制，其优点是体积小，成本低，结构简单，但仅仅依靠单片机远不能使无人车在复杂多变的工作环境中进行及时调整，并且极大地限制了其功能的扩展。基于此不足，本设计主要利用PC机与无人车的无线通信，使无人车在PC机无线指令下完成前进、后退、转弯、打击、生命值显示、调速和自动行驶等功能，并通过车载摄像头实时获取无人车所处环境信息，实现了远程监控。在执行任务时，如遭遇敌方车辆干扰通信，无人车在抵御干扰信号同时进行敌我识别，适时作出反击。
无人车系统工作原理为：打开教学无人车电源时，Atmega128单片机通过语音模块使扬声器发出启动提示。当上位机无线控制台及PC端软件准备好后，PC端控制软件通过USB口向无线控制台单片机发出指令，使其配置无线模块相关寄存器，芯片进入指令发射模式；下位机由Atmega128单片机控制，在接收到上位机的指令后通过其集成的PWM外设模块产生2路PWM波和4条转向控制线经电机驱动模块增大驱动能力后控制左右2个电机产生相应的动作。例如，当PC端发出“左转”的指令时，下位机的无线模块接受成功后会自动返回接受成功应答信号。接着Atmega128单片机通过PA口控制L298P，使左侧电机反向转动，右侧电机正向转动，从而实现左转的功能；当PC端发出“打击”指令时，Atmega128则通过PE5口使红外发射管发出相应码制的红外进攻信号；当PC端发出“自动行驶”指令时，Atmega128结合接收霍尔传感器采集回来的数据，通过相应算法来协调左右两侧的电机，使坦克完成直线行走、转过固定角度，行驶固定距离等功能。教学无人车通过连接到PE5口的红外传感器感应对方无人车的攻击信号。如果接收到红外信号，PE5口会输入固定码制的信号，此时主控芯片会将生命参数减一并熄灭一个LED灯，当所有LED灯都被熄灭后，主控模块会通知语音芯片发出阵亡提示，无人车停止一切动作。
电机驱动模块电路设计
电机驱动模块用于驱动直流电机，采用L298P电机驱动芯片。L298P是SGS公司的产品，为20管脚的专用电机驱动芯片，内含二个H—Bridge的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑准位信号，可驱动46 V、2 A以下的步进电机和直流电机，具有高电压、高电流的特点。电路设计如图3所示。
图3 电机驱动模块电路设计
Enable控制电机停转，接到单片机的PE3、PFA口上，由这两个I/O口产生PWM波控制电机转动。input1—input4控制电机的正反转，接到单片机的PA0-PA3口上。OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个直流电机。
无线模块电路设计
无线模块主要包括NRF24L01和Atmega128。NRF24L01采用FSK调制，内部集成NORDIC公司自家的Enhanced Short Burst协议，可实现点对点或是1对6的无线通信，无线通信速度可达2.4 Gbps，并可以通过配置其寄存器实现调频传输。主控芯片通过SPI协议配置NRF24L01的相关寄存器来完成对无线模块的初始化和数据的传输。无线模块的SPI信号线对应的接到Atmega128的PB0-PB3 4个I/O口上，CE端接到PE2，利用Atmega128内部集成的SPI功能进行通信。无线模块电路设计如图4所示。
图4 无线模块电路设计
教学无人车在无障碍区域无线通信有效传输距离可达80～100米，利用车载摄像头可以实时获取无人车所处环境信息，实现远程监控。其创新点是采用了PC控制模式和单兵运行模式两种方式对无人车进行控制，极大地增强了无人车的功能性和环境适应能力。在实际对抗演练中，无人车在遇到干扰的情况下顺利完成货物运输、环境勘探、反击敌方车辆等功能，取得了良好的控制效果。该设计可广泛应用于短途货运客运、应急救援、恶劣环境下自动作业等领域。
