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【正文】 引腳圖：相對于其他的單片機，ATmega16具有高性能，低功耗的特點。它具有先進的RISC結構，以及非易失的程序和數據存儲器。它的內核具有豐富的指令集以及32個通用工作寄存器，工作于16MHz時，性能高達16MPS，大大提高了代碼效率。同時它具有32個可編程的I/O口，完全可以滿足本次機器人的設計需求。：由于機器人的行進過程較為復雜，轉向和定位需要精確，所以應當采用直流伺服電機，并相應的要求電機的功率放大器具有良好的電壓調節特性。現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晶體管放大器的結構圖：由左圖可以看出，H型結構的晶體管按QQ4，QQ3配對工作。QQ4導通則QQ3截止，反之QQ3導通則QQ4截止。實際工作時，要靠在晶體管上施加不同的占空比的脈沖信號來控制電機的正反轉。顯然兩路不能同時導通，故若QQ4的導通時間比QQ3長，則電機正傳，反之則電機反轉，導通時間相等則電機停止不動，從而實現對電機的控制。而市場上最常見的基于H型功放電路的驅動芯片就是L298N驅動芯片了。L298N內含兩個H橋的高電壓大電流雙橋式驅動器，可以驅動46V、2A以下的電機。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直流電機，7腳，12腳可由單片機向驅動芯片輸入控制信號，從而對兩個電機進行控制。下圖為其使能、輸入引腳、輸出引腳的邏輯關系。 由于絲桿部分需要完成推進的任務，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電機來作為絲桿滑臺移動的動力。 步進電機驅動的速度和位移大小，可由電氣控制系統發出的脈沖數加以控制。由于步進電機的位移量與脈沖數嚴格成正比，故步進電機驅動可以達到較高的重復定位精度。由于步進電機的步距或轉速不受電壓波動和負載變化的影響，不受環境（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、停止、翻轉或改變轉速，它每一轉都有固定的步數，在不丟步的情況下運行時，步距誤差不會長期積累，所以十分適合完成寫字這種精度較高的工作。下圖為混合式步進電動機剖面圖： 在考慮承重的條件下，我們選用57BYGH56型電機，它可以提供一個較為合適的移動速度。下圖為57BYGH56型電機及其參數：機身長 56 mm重量 kg轉動慣量 300 靜扭矩 相電流 A步距腳 。機器人在行進過程中需要識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距。下圖為超聲波傳感器實物圖：超聲波感應器的原理比較簡單，向傳感器輸入至少10us的高電平信號，模塊會自動發送8個40kHz的方波，自動檢測是否有信號返回，若有信號返回，通過I/O輸出一高電信號，高電平信號持續時間及時超聲波從發射到返回的時間，這樣就可以得出測試距離S=(高電平時間*聲速)/2.超聲波傳感器的主要參數為使用電壓：DC5V靜態電流：小于2mA電平輸出：高5V電平輸出：低0V感應角度：不大于15度探測距離：2cm450cm高精度 由參數可以看出，超聲波感應器完全可以勝任探測機器人與障礙和人之間距離并調整的任務。在這次制作過程中采用加速度傳感器（帶陀螺儀）的作用在于測算機器人走過的路徑以判斷機器人所在位置并獲知機器人位姿朝向。下圖為加速度傳感器的實物圖：加速度傳感器的工作原理簡單來說就是由于加速度產生某個介質產生變形，通過測量其變形量并用相關電路轉化成電壓輸出。規格如下：使用芯片：MPU6050供電電源：35v（內部低壓差穩壓）通信方式：標準IIC通信協議芯片內置16bit AD轉換器,16位數據輸出陀螺儀范圍：177。250 500 1000 2000 176。/s加速度范圍：177。2177。4177。8177。16g采用沉金PCB,機器焊接工藝保證質量可以看出，該型號的加速度傳感器可以滿足機器人的需求。使用電子羅盤的目的在于時刻找到某一確定的正方向，使得機器人能夠在需要校準方向時不至于出錯，同時配合加速度傳感器可以時刻定位機器人的位置與朝向。下圖為電子羅盤的實物圖：三維電子羅盤由三維磁阻傳感器、雙軸傾角傳感器和MCU構成。三維磁阻傳感器用來測量地球磁場，傾角傳感器是在磁力儀非水平狀態時進行補償；MCU處理磁力儀和傾角傳感器的信號以及數據輸出和軟鐵、硬鐵補償。該磁力儀是采用三個互相垂直的磁阻傳感器，每個軸向上的傳感器檢測在該方向上的地磁場強度。向前的方向稱為x方向的傳感器檢測地磁場在x方向的矢量值；向左或Y方向的傳感器檢測地磁場在Y方向的矢量值；向下或Z方向的傳感器檢測地磁場在Z方向的矢量值。每個方向的傳感器的靈敏度都已根據在該方向上地磁場的分矢量調整到最佳點，并具有非常低的橫軸靈敏度。傳感器產生的模擬輸出信號進行放大后送入MCU進行處理。磁場測量范圍為177。2Gauss。通過采用12位A/D轉換器，磁力儀能夠分辨出小于1mGauss的磁場變化量，我們便可通過該高分辨力來準確測量出200300mGauss的X和Y方向的磁場強度，不論是在赤道上的向上變化還是在南北極的更低值位置。總體來講，電子羅盤的主要特點有：1． 三軸磁阻效應傳感器測量平面地磁場，雙軸傾角補償。2． 高速高精度A/D轉換。3． 內置溫度補償，最大限度減少傾斜角和指向角的溫度漂移。4． 內置微處理器計算傳感器與磁北夾角。5． 具有簡單有效的用戶標校指令。6． 具有指向零點修正功能。我們決定采用的是HMC5883L 數字羅盤 Honeywell數字輸出三軸磁阻傳感器規格為：數字量輸出：2C數字量輸出接口，設計使用非常方便。尺寸小: LCC封裝，適合大規模量產使用。精度高：1－2度，內置12位A/D,OFFSET, SET/RESET電路，不會出現磁飽和現象，不會有累加誤差。支持自動校準程序，簡化使用步驟，終端產品使用非常方便。內置自測試電路，方便量產測試，無需增加額外昂貴的測試設備。功耗低：, 可以滿足機器人的設計需求。56