基于ATmega32A的刷卡型教育機(jī)器人研究與設(shè)計(jì)

譚瑤，李兵兵

（重慶第二師范學(xué)院 數(shù)學(xué)與信息工程學(xué)院，重慶400065）

1 引言

機(jī)器人是一門交叉性極強(qiáng)的綜合學(xué)科,它涉及機(jī)械制造、自動(dòng)控制、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)等多種技術(shù)[1]。隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展,它在社會(huì)中的各方面都得到了廣泛應(yīng)用[2]。

教育機(jī)器人以教育為第一目的，它與其他類型的機(jī)器人區(qū)別很大，教育機(jī)器人的教育價(jià)值更為重要。所以，本文基于ATmega32A 單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種刷卡型教育機(jī)器人。

2 整體設(shè)計(jì)

本文研究的刷卡型教育機(jī)器人由AVR 8 位單片機(jī)、可識(shí)別條形碼的傳感器、直流伺服電機(jī)、帶有條形碼的功能卡片及多種可拼湊的塑料積木零件組成。目前已研發(fā)75 張功能卡片，可通過(guò)刷卡使機(jī)器人執(zhí)行多套動(dòng)作。產(chǎn)品的構(gòu)成如圖1所示。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 芯片PCB

本文研究的機(jī)器人以Atmel 的單片機(jī)作為芯片，支持嵌套編程，兼容Arduino 平臺(tái)。ATmega32A 是一種高性能、低功耗的8 位AVR 微處理器。它擁有以下優(yōu)點(diǎn)：擦寫壽命高，數(shù)據(jù)可長(zhǎng)時(shí)間保存，可實(shí)現(xiàn)真正的“邊寫邊讀”；支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試，可在線系統(tǒng)編程，便于功能卡片的設(shè)計(jì)，節(jié)約成本，提高產(chǎn)量；功耗低，正常模式是0.6mA，空閑模式是0.2mA，工作電壓在2.7～5.5V。

3.2 控制系統(tǒng)

機(jī)器人采用自主設(shè)計(jì)的直流電機(jī)伺服來(lái)控制系統(tǒng)硬件電路。由于很多教育機(jī)器人的部件不是固定而是自主搭建的，所以控制系統(tǒng)尚存不足，因此，本產(chǎn)品采用直流伺服電機(jī)。伺服系統(tǒng)是自動(dòng)控制領(lǐng)域中一種重要的控制系統(tǒng)，根據(jù)直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和驅(qū)動(dòng)原理，設(shè)計(jì)直流電機(jī)伺服控制系統(tǒng)的硬件電路，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人主控制器的良好控制。

3.3 傳感器

本項(xiàng)目所研究的教育機(jī)器人中，傳感器部分主要包括超聲波傳感器、聲音傳感器以及紅外傳感器等。通過(guò)傳感器獲取外界各種信息，配合執(zhí)行多套動(dòng)作。比如，通過(guò)超聲波傳感器可獲取機(jī)器人與障礙物的距離信息，使得運(yùn)用了超聲波傳感器的機(jī)器人規(guī)避障礙的精度遠(yuǎn)高于其他機(jī)器人。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 嵌入式軟件

本設(shè)計(jì)支持刷卡及PC 端兩種編程方式。因此本產(chǎn)品用AVR 微處理器作為芯片，進(jìn)行嵌入式軟件開(kāi)發(fā)，通過(guò)將PC 機(jī)拆分成各種微處理器，來(lái)實(shí)現(xiàn)一些特定的功能。在機(jī)器人芯片中燒錄代碼，然后賦予其某種特定功能，實(shí)現(xiàn)于PC 機(jī)的對(duì)接。

4.2 可視化測(cè)試工具

本設(shè)計(jì)自主研發(fā)了一種圖形化編程工具——BLFK001，這個(gè)軟件上集成了大量的功能模塊，并且還有一個(gè)可視化的指令接受界面和相應(yīng)的代碼，這樣就非常便于人們進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)。下圖為BLFK001 的編程界面。

5 結(jié)語(yǔ)

本文研究并設(shè)計(jì)的教育機(jī)器人可以幫助各年齡段的學(xué)生培養(yǎng)動(dòng)手能力，將理論知識(shí)和實(shí)踐能力結(jié)合起來(lái)，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。