用AVR單片機創(chuàng )造機器生命

1 什么是機器生命

機器生命就是一個(gè)能自主生存的機器，一個(gè)自動(dòng)為生存下去而奮斗的機器。對于機器生命來(lái)說(shuō)，生存的含義就是不斷電，繼續運行。機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)參與就能持續運行并且自我維護等特征。影片《終結者》中的天網(wǎng)就是超級機器生命?！杜Z5號》描述了一個(gè)機器人從無(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)機器生命Wiener龜，這個(gè)機器龜僅有2個(gè)電子管組成的模擬計算機，但它卻能實(shí)現真正的烏龜覓食、睡覺(jué)、探索、逃避等行為，其表現如同一個(gè)有生命的生物一樣。機器龜上面有太陽(yáng)能電池，當自身電池快用完前，機器龜樂(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)法預知它的行蹤，因為它不是按照程序運行的，就如同我們自己一樣。后來(lái)維納在他的機器龜上又加了一個(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)對機器龜訓練，維納通過(guò)搖鈴可控制機器龜的行為。正如有生物學(xué)家訓練狗使得狗聽(tīng)到搖鈴聲后就流口水。

2 我們可以自己動(dòng)手做一個(gè)機器寵物

我們今天有先進(jìn)的單片機，制作一個(gè)更好的機器生命其實(shí)不難。機器生命遠比按固定程序運行的機器人好玩，就如同寵物狗比玩具狗好玩一樣。我們設想的機器生命可以是一個(gè)小型履帶式機器人，帶有太陽(yáng)能板，能感受光線(xiàn)強弱，障礙物距離和碰撞，為了實(shí)現人機互動(dòng)，該機器生命具有語(yǔ)音識別功能。試想你學(xué)習一天，回到寢室，叫一聲TONY，你的機器寵物轉身飛快跑向你，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？如何設計電路？如何設計結構？

這個(gè)機器生命方案采用ATmega16單片機做控制器，單片機的8路AD通道和其余24個(gè)IO接口都被使用。AVR單片機AD轉換頻率高于音頻，可以用來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的語(yǔ)音采集。機器生命的程序較復雜，而AVR單片機適合進(jìn)行快速復雜運算。本設計的電路板上除了ATmega16單片機外，還有2個(gè)LG9110電機驅動(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位數據線(xiàn)，如果你采用IO口復用技術(shù)，可用6條線(xiàn)控制LCD模塊。

此方案涉及光電檢測、自動(dòng)充電、語(yǔ)音識別、超聲波測距、鍵盤(pán)（4個(gè)碰撞開(kāi)關(guān)）、LCD液晶顯示、電機驅動(dòng)等技術(shù)，這些都是動(dòng)手做簡(jiǎn)單機器人的基本技術(shù)，如果愛(ài)好者能把這個(gè)機器生命做好，那么你的電路設計、調試經(jīng)驗和編程能力都會(huì )有很大的提高。

這個(gè)機器生命的技術(shù)含量相當于20世紀70年代國際機器人領(lǐng)域的先進(jìn)水平。當時(shí)已經(jīng)有很多非常精密和復雜的工業(yè)機器人被應用，但這種簡(jiǎn)單的機器人怎么能稱(chēng)作先進(jìn)呢？因為技術(shù)的復雜和技術(shù)的先進(jìn)不是一個(gè)概念，復雜+精密不一定等于先進(jìn)。先進(jìn)的東西不一定復雜和精密。

A 尋光

我們可以用光電二極管來(lái)檢測光線(xiàn)強弱。當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)接在電源正負極之間，光敏電阻*近正極一側。從光敏電阻和固定電阻連接點(diǎn)引出導線(xiàn)接到ATmega16的AD轉換輸入口。當強光照在光敏電阻時(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檢測電位升高，被單片機轉化為數字量后判斷光線(xiàn)增強。機器生命有5個(gè)光電傳感器，其中4個(gè)面向機器人前后左右四個(gè)方向，另一個(gè)指向太陽(yáng)能板所面對的方向。通過(guò)編程可以讓機器人自主移動(dòng)到光線(xiàn)最強的地方。