用AVR單片機(jī)創(chuàng)造機(jī)器生命

1 什么是機(jī)器生命

機(jī)器生命就是一個(gè)能自主生存的機(jī)器，一個(gè)自動(dòng)為生存下去而奮斗的機(jī)器。對(duì)于機(jī)器生命來(lái)說(shuō)，生存的含義就是不斷電，繼續(xù)運(yùn)行。機(jī)器生命具有完全自主決策、自主行動(dòng)、活動(dòng)于未知世界、不需人類(lèi)參與就能持續(xù)運(yùn)行并且自我維護(hù)等特征。影片《終結(jié)者》中的天網(wǎng)就是超級(jí)機(jī)器生命?！杜Z5號(hào)》描述了一個(gè)機(jī)器人從無(wú)生命到有生命的過(guò)程。

N.維納（Norbert Wiener，1894～1964）寫(xiě)《控制論》時(shí)創(chuàng)造出第一個(gè)機(jī)器生命Wiener龜，這個(gè)機(jī)器龜僅有2個(gè)電子管組成的模擬計(jì)算機(jī)，但它卻能實(shí)現(xiàn)真正的烏龜覓食、睡覺(jué)、探索、逃避等行為，其表現(xiàn)如同一個(gè)有生命的生物一樣。機(jī)器龜上面有太陽(yáng)能電池，當(dāng)自身電池快用完前，機(jī)器龜樂(lè)于尋找一個(gè)光線(xiàn)充足的地方充電，充滿(mǎn)電后可能找個(gè)地方睡懶覺(jué)，或者探索未知世界，它有避免碰撞和避免到傾斜地方的趨向，我們無(wú)法預(yù)知它的行蹤，因?yàn)樗皇前凑粘绦蜻\(yùn)行的，就如同我們自己一樣。后來(lái)維納在他的機(jī)器龜上又加了一個(gè)電子管，三個(gè)電子管連接成簡(jiǎn)單的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)對(duì)機(jī)器龜訓(xùn)練，維納通過(guò)搖鈴可控制機(jī)器龜?shù)男袨?。正如有生物學(xué)家訓(xùn)練狗使得狗聽(tīng)到搖鈴聲后就流口水。

2 我們可以自己動(dòng)手做一個(gè)機(jī)器寵物

我們今天有先進(jìn)的單片機(jī)，制作一個(gè)更好的機(jī)器生命其實(shí)不難。機(jī)器生命遠(yuǎn)比按固定程序運(yùn)行的機(jī)器人好玩，就如同寵物狗比玩具狗好玩一樣。我們?cè)O(shè)想的機(jī)器生命可以是一個(gè)小型履帶式機(jī)器人，帶有太陽(yáng)能板，能感受光線(xiàn)強(qiáng)弱，障礙物距離和碰撞，為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，該機(jī)器生命具有語(yǔ)音識(shí)別功能。試想你學(xué)習(xí)一天，回到寢室，叫一聲TONY，你的機(jī)器寵物轉(zhuǎn)身飛快跑向你，那種感覺(jué)只有寵物的創(chuàng)造者才能體會(huì)……

3 如何實(shí)現(xiàn)？如何設(shè)計(jì)電路？如何設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)？

這個(gè)機(jī)器生命方案采用ATmega16單片機(jī)做控制器，單片機(jī)的8路AD通道和其余24個(gè)IO接口都被使用。AVR單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換頻率高于音頻，可以用來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的語(yǔ)音采集。機(jī)器生命的程序較復(fù)雜，而AVR單片機(jī)適合進(jìn)行快速?gòu)?fù)雜運(yùn)算。本設(shè)計(jì)的電路板上除了ATmega16單片機(jī)外，還有2個(gè)LG9110電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、2個(gè)LM386音頻功放芯片，和LM393電壓比較器芯片，再加上少量電阻電容和三極管，電路簡(jiǎn)潔，適合初學(xué)者和中級(jí)愛(ài)好者動(dòng)手制作。

LCD采用通用1602模塊，支持3位控制線(xiàn)4位數(shù)據(jù)線(xiàn)，如果你采用IO口復(fù)用技術(shù)，可用6條線(xiàn)控制LCD模塊。

此方案涉及光電檢測(cè)、自動(dòng)充電、語(yǔ)音識(shí)別、超聲波測(cè)距、鍵盤(pán)（4個(gè)碰撞開(kāi)關(guān)）、LCD液晶顯示、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等技術(shù)，這些都是動(dòng)手做簡(jiǎn)單機(jī)器人的基本技術(shù)，如果愛(ài)好者能把這個(gè)機(jī)器生命做好，那么你的電路設(shè)計(jì)、調(diào)試經(jīng)驗(yàn)和編程能力都會(huì)有很大的提高。

這個(gè)機(jī)器生命的技術(shù)含量相當(dāng)于20世紀(jì)70年代國(guó)際機(jī)器人領(lǐng)域的先進(jìn)水平。當(dāng)時(shí)已經(jīng)有很多非常精密和復(fù)雜的工業(yè)機(jī)器人被應(yīng)用，但這種簡(jiǎn)單的機(jī)器人怎么能稱(chēng)作先進(jìn)呢？因?yàn)榧夹g(shù)的復(fù)雜和技術(shù)的先進(jìn)不是一個(gè)概念，復(fù)雜+精密不一定等于先進(jìn)。先進(jìn)的東西不一定復(fù)雜和精密。

A 尋光

我們可以用光電二極管來(lái)檢測(cè)光線(xiàn)強(qiáng)弱。當(dāng)然也可以用光敏電阻。將光敏電阻和一個(gè)固定電阻串聯(lián)接在電源正負(fù)極之間，光敏電阻*近正極一側(cè)。從光敏電阻和固定電阻連接點(diǎn)引出導(dǎo)線(xiàn)接到ATmega16的AD轉(zhuǎn)換輸入口。當(dāng)強(qiáng)光照在光敏電阻時(shí)，光敏電阻阻值變小，因此其壓降變小，而固定電阻分壓增多，引出的AD檢測(cè)電位升高，被單片機(jī)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后判斷光線(xiàn)增強(qiáng)。機(jī)器生命有5個(gè)光電傳感器，其中4個(gè)面向機(jī)器人前后左右四個(gè)方向，另一個(gè)指向太陽(yáng)能板所面對(duì)的方向。通過(guò)編程可以讓機(jī)器人自主移動(dòng)到光線(xiàn)最強(qiáng)的地方。