【正文】 引腳圖：相對(duì)于其他的單片機(jī)，ATmega16具有高性能，低功耗的特點(diǎn)。它具有先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，以及非易失的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。它的內(nèi)核具有豐富的指令集以及32個(gè)通用工作寄存器，工作于16MHz時(shí)，性能高達(dá)16MPS，大大提高了代碼效率。同時(shí)它具有32個(gè)可編程的I/O口，完全可以滿足本次機(jī)器人的設(shè)計(jì)需求。：由于機(jī)器人的行進(jìn)過程較為復(fù)雜，轉(zhuǎn)向和定位需要精確，所以應(yīng)當(dāng)采用直流伺服電機(jī)，并相應(yīng)的要求電機(jī)的功率放大器具有良好的電壓調(diào)節(jié)特性?，F(xiàn)在最常用的功率放大器為橋式PWM功放電路，及H型功放電路。下圖為雙極性橋式PWM晶體管放大器的結(jié)構(gòu)圖：由左圖可以看出，H型結(jié)構(gòu)的晶體管按QQ4，QQ3配對(duì)工作。QQ4導(dǎo)通則QQ3截止，反之QQ3導(dǎo)通則QQ4截止。實(shí)際工作時(shí)，要靠在晶體管上施加不同的占空比的脈沖信號(hào)來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。顯然兩路不能同時(shí)導(dǎo)通，故若QQ4的導(dǎo)通時(shí)間比QQ3長(zhǎng)，則電機(jī)正傳，反之則電機(jī)反轉(zhuǎn)，導(dǎo)通時(shí)間相等則電機(jī)停止不動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。而市場(chǎng)上最常見的基于H型功放電路的驅(qū)動(dòng)芯片就是L298N驅(qū)動(dòng)芯片了。L298N內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流雙橋式驅(qū)動(dòng)器，可以驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的電機(jī)。下圖為采用15腳Multiwatt封裝的L298N的管腳示意圖：其中，3腳，114腳可分別輸出控制兩個(gè)直流電機(jī)，7腳，12腳可由單片機(jī)向驅(qū)動(dòng)芯片輸入控制信號(hào)，從而對(duì)兩個(gè)電機(jī)進(jìn)行控制。下圖為其使能、輸入引腳、輸出引腳的邏輯關(guān)系。 由于絲桿部分需要完成推進(jìn)的任務(wù)，需要很高的精度，并且不需要很高的速度，所以采用混合式步進(jìn)電機(jī)來作為絲桿滑臺(tái)移動(dòng)的動(dòng)力。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的速度和位移大小，可由電氣控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖數(shù)加以控制。由于步進(jìn)電機(jī)的位移量與脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，故步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)可以達(dá)到較高的重復(fù)定位精度。由于步進(jìn)電機(jī)的步距或轉(zhuǎn)速不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響，不受環(huán)境（溫度、壓力等）的限制，僅與脈沖頻率同步，能按控制脈沖的要求立即啟動(dòng)、停止、翻轉(zhuǎn)或改變轉(zhuǎn)速，它每一轉(zhuǎn)都有固定的步數(shù)，在不丟步的情況下運(yùn)行時(shí)，步距誤差不會(huì)長(zhǎng)期積累，所以十分適合完成寫字這種精度較高的工作。下圖為混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)剖面圖： 在考慮承重的條件下，我們選用57BYGH56型電機(jī)，它可以提供一個(gè)較為合適的移動(dòng)速度。下圖為57BYGH56型電機(jī)及其參數(shù)：機(jī)身長(zhǎng) 56 mm重量 kg轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 300 靜扭矩 相電流 A步距腳 。機(jī)器人在行進(jìn)過程中需要識(shí)別障礙物以及人的位置與自身的距離，所以需要超聲波傳感器來測(cè)距。下圖為超聲波傳感器實(shí)物圖：超聲波感應(yīng)器的原理比較簡(jiǎn)單，向傳感器輸入至少10us的高電平信號(hào)，模塊會(huì)自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40kHz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回，若有信號(hào)返回，通過I/O輸出一高電信號(hào)，高電平信號(hào)持續(xù)時(shí)間及時(shí)超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間，這樣就可以得出測(cè)試距離S=(高電平時(shí)間*聲速)/2.超聲波傳感器的主要參數(shù)為使用電壓：DC5V靜態(tài)電流：小于2mA電平輸出：高5V電平輸出：低0V感應(yīng)角度：不大于15度探測(cè)距離：2cm450cm高精度 由參數(shù)可以看出，超聲波感應(yīng)器完全可以勝任探測(cè)機(jī)器人與障礙和人之間距離并調(diào)整的任務(wù)。在這次制作過程中采用加速度傳感器（帶陀螺儀）的作用在于測(cè)算機(jī)器人走過的路徑以判斷機(jī)器人所在位置并獲知機(jī)器人位姿朝向。下圖為加速度傳感器的實(shí)物圖：加速度傳感器的工作原理簡(jiǎn)單來說就是由于加速度產(chǎn)生某個(gè)介質(zhì)產(chǎn)生變形，通過測(cè)量其變形量并用相關(guān)電路轉(zhuǎn)化成電壓輸出。規(guī)格如下：使用芯片：MPU6050供電電源：35v（內(nèi)部低壓差穩(wěn)壓）通信方式：標(biāo)準(zhǔn)IIC通信協(xié)議芯片內(nèi)置16bit AD轉(zhuǎn)換器,16位數(shù)據(jù)輸出陀螺儀范圍：177。250 500 1000 2000 176。/s加速度范圍：177。2177。4177。8177。16g采用沉金PCB,機(jī)器焊接工藝保證質(zhì)量可以看出，該型號(hào)的加速度傳感器可以滿足機(jī)器人的需求。使用電子羅盤的目的在于時(shí)刻找到某一確定的正方向，使得機(jī)器人能夠在需要校準(zhǔn)方向時(shí)不至于出錯(cuò)，同時(shí)配合加速度傳感器可以時(shí)刻定位機(jī)器人的位置與朝向。下圖為電子羅盤的實(shí)物圖：三維電子羅盤由三維磁阻傳感器、雙軸傾角傳感器和MCU構(gòu)成。三維磁阻傳感器用來測(cè)量地球磁場(chǎng)，傾角傳感器是在磁力儀非水平狀態(tài)時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償；MCU處理磁力儀和傾角傳感器的信號(hào)以及數(shù)據(jù)輸出和軟鐵、硬鐵補(bǔ)償。該磁力儀是采用三個(gè)互相垂直的磁阻傳感器，每個(gè)軸向上的傳感器檢測(cè)在該方向上的地磁場(chǎng)強(qiáng)度。向前的方向稱為x方向的傳感器檢測(cè)地磁場(chǎng)在x方向的矢量值；向左或Y方向的傳感器檢測(cè)地磁場(chǎng)在Y方向的矢量值；向下或Z方向的傳感器檢測(cè)地磁場(chǎng)在Z方向的矢量值。每個(gè)方向的傳感器的靈敏度都已根據(jù)在該方向上地磁場(chǎng)的分矢量調(diào)整到最佳點(diǎn)，并具有非常低的橫軸靈敏度。傳感器產(chǎn)生的模擬輸出信號(hào)進(jìn)行放大后送入MCU進(jìn)行處理。磁場(chǎng)測(cè)量范圍為177。2Gauss。通過采用12位A/D轉(zhuǎn)換器，磁力儀能夠分辨出小于1mGauss的磁場(chǎng)變化量，我們便可通過該高分辨力來準(zhǔn)確測(cè)量出200300mGauss的X和Y方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度，不論是在赤道上的向上變化還是在南北極的更低值位置?？傮w來講，電子羅盤的主要特點(diǎn)有：1． 三軸磁阻效應(yīng)傳感器測(cè)量平面地磁場(chǎng)，雙軸傾角補(bǔ)償。2． 高速高精度A/D轉(zhuǎn)換。3． 內(nèi)置溫度補(bǔ)償，最大限度減少傾斜角和指向角的溫度漂移。4． 內(nèi)置微處理器計(jì)算傳感器與磁北夾角。5． 具有簡(jiǎn)單有效的用戶標(biāo)校指令。6． 具有指向零點(diǎn)修正功能。我們決定采用的是HMC5883L 數(shù)字羅盤 Honeywell數(shù)字輸出三軸磁阻傳感器規(guī)格為：數(shù)字量輸出：2C數(shù)字量輸出接口，設(shè)計(jì)使用非常方便。尺寸小: LCC封裝，適合大規(guī)模量產(chǎn)使用。精度高：1－2度，內(nèi)置12位A/D,OFFSET, SET/RESET電路，不會(huì)出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象，不會(huì)有累加誤差。支持自動(dòng)校準(zhǔn)程序，簡(jiǎn)化使用步驟，終端產(chǎn)品使用非常方便。內(nèi)置自測(cè)試電路，方便量產(chǎn)測(cè)試，無需增加額外昂貴的測(cè)試設(shè)備。功耗低：, 可以滿足機(jī)器人的設(shè)計(jì)需求。56