基于ATmega32A的刷卡型教育機器人研究與設計

譚瑤 李兵兵

【摘 要】論文基于ATmega32A單片機設計了一種刷卡型教育機器人。采用自主設計的直流電機伺服控制系統硬件電路，可通過功能卡片和紅外遙控器來控制馬達速度、傳感器觸發值、聲音、數值顯示等，且可在機器人運行過程中實時修改，無需重新刷卡啟動。本產品兼容Arduino平臺，可對卡片進行開放式圖形化編程，編寫各種難度的程序，以適應不同年齡段的學生。

【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.

【關鍵詞】ATmega32A;刷卡型教育機器人;圖形化編程

【Keywords】ATmega32A; swiping educational robot; graphical programming

【中圖分類號】TP277? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）05-0156-02

1 引言

機器人是一門交叉性極強的綜合學科，它涉及機械制造、自動控制、傳感器技術、計算機軟硬件技術等多種技術[1]。隨著機器人技術的不斷發展，它在社會中的各方面都得到了廣泛應用[2]。

教育機器人以教育為第一目的，它與其他類型的機器人區別很大，教育機器人的教育價值更為重要。所以，本文基于ATmega32A單片機設計了一種刷卡型教育機器人。

2 整體設計

本文研究的刷卡型教育機器人由AVR 8位單片機、可識別條形碼的傳感器、直流伺服電機、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75張功能卡片，可通過刷卡使機器人執行多套動作。產品的構成如圖1所示。

3 硬件設計

3.1 芯片PCB

本文研究的機器人以Atmel的單片機作為芯片，支持嵌套編程，兼容Arduino平臺。ATmega32A是一種高性能、低功耗的8位AVR微處理器。它擁有以下優點：擦寫壽命高，數據可長時間保存，可實現真正的“邊寫邊讀”;支持擴展的片內調試，可在線系統編程，便于功能卡片的設計，節約成本，提高產量;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

機器人采用自主設計的直流電機伺服來控制系統硬件電路。由于很多教育機器人的部件不是固定而是自主搭建的，所以控制系統尚存不足，因此，本產品采用直流伺服電機。伺服系統是自動控制領域中一種重要的控制系統，根據直流電機的數學模型和驅動原理，設計直流電機伺服控制系統的硬件電路，實現了機器人主控制器的良好控制。

3.3 傳感器

本項目所研究的教育機器人中，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。通過傳感器獲取外界各種信息，配合執行多套動作。比如，通過超聲波傳感器可獲取機器人與障礙物的距離信息，使得運用了超聲波傳感器的機器人規避障礙的精度遠高于其他機器人。

4 軟件設計

4.1 嵌入式軟件

本設計支持刷卡及PC端兩種編程方式。因此本產品用AVR微處理器作為芯片，進行嵌入式軟件開發，通過將PC機拆分成各種微處理器，來實現一些特定的功能。在機器人芯片中燒錄代碼，然后賦予其某種特定功能，實現于PC機的對接。

4.2 可視化測試工具

本設計自主研發了一種圖形化編程工具——BLFK001，這個軟件上集成了大量的功能模塊，并且還有一個可視化的指令接受界面和相應的代碼，這樣就非常便于人們進行差錯檢測。下圖為BLFK001的編程界面。

5 結語

本文研究并設計的教育機器人可以幫助各年齡段的學生培養動手能力，將理論知識和實踐能力結合起來，促進學生的全面發展。

【參考文獻】

【1】蔣建武. 教育機器人基礎開發平臺設計[D].蘇州：蘇州大學，2005.

【2】（美）Saced B. Niku.機器人學導論：分析、系統及應用分析、系統及應用[M].北京：電子工業出版社，2004.