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

【摘 要】論文基于ATmega32A單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種刷卡型教育機(jī)器人。采用自主設(shè)計(jì)的直流電機(jī)伺服控制系統(tǒng)硬件電路，可通過(guò)功能卡片和紅外遙控器來(lái)控制馬達(dá)速度、傳感器觸發(fā)值、聲音、數(shù)值顯示等，且可在機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)修改，無(wú)需重新刷卡啟動(dòng)。本產(chǎn)品兼容Arduino平臺(tái)，可對(duì)卡片進(jìn)行開(kāi)放式圖形化編程，編寫各種難度的程序，以適應(yīng)不同年齡段的學(xué)生。

【Abstract】A card-swiping educational robot is designed based on ATmega32A. The hardware circuit of the system is controlled by adopting self-designed DC motor servo， and the motor speed， sensor trigger value， sound and numerical display can be controlled by function card and infrared remote controller. It can be modified in real time during the running process of the robot without re-swiping the card to start up. This product is compatible with Arduino platform. It can program cards openly and graphically， and write programs of various difficulties to suit students of different ages.

【關(guān)鍵詞】ATmega32A;刷卡型教育機(jī)器人;圖形化編程

【Keywords】ATmega32A; swiping educational robot; graphical programming

【中圖分類號(hào)】TP277? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）05-0156-02

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。

【參考文獻(xiàn)】

【1】蔣建武. 教育機(jī)器人基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2005.

【2】（美）Saced B. Niku.機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論：分析、系統(tǒng)及應(yīng)用分析、系統(tǒng)及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.