??????? 電子發(fā)燒友網(wǎng)按：電子工程師在平時(shí)的電子設(shè)計(jì)中，往往從事的研發(fā)設(shè)計(jì)案只涉及到電子知識(shí)中的一小部分環(huán)節(jié)，要是能從自身職業(yè)中的桎梏脫離出來，在業(yè)余完成一件屬于自己的電子杰作，自然樂在其中。在動(dòng)手制作的過程中更是極大的考驗(yàn)著種種知識(shí)的扎實(shí)程度和實(shí)際動(dòng)手能力，對(duì)各種知識(shí)死角進(jìn)行梳理，從而將各種知識(shí)有條理地串起來為以后工作所用。無疑，這次的主題《十大最受歡迎機(jī)器人DIY設(shè)計(jì)精華集錦》——機(jī)器人的DIY設(shè)計(jì)將會(huì)是一個(gè)起點(diǎn)，請(qǐng)記住，這里只有動(dòng)手創(chuàng)新，這里沒有模仿山寨！

一、外國(guó)牛人教你一步步快速打造首臺(tái)機(jī)器人（超詳細(xì)）

　　電子發(fā)燒友網(wǎng)訊：這是一個(gè)方法最簡(jiǎn)單，入門最快速的機(jī)器人制造教程。

　　這里面說到的東西都非常簡(jiǎn)單，看過這些教程以后，你可以在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)制造出一個(gè)機(jī)器人。何樂而不為呢？

　　由于有很多細(xì)小的東西需要你們?nèi)チ私?，以下就給你介紹這些東西，而沒有其他。如果你對(duì)所要求的掌握的東西有兩年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的話，你可以快速跳過這些介紹，然后個(gè)小時(shí)完成一個(gè)機(jī)器人的制作。盡管都很容易，但學(xué)習(xí)還是要花費(fèi)時(shí)間的，為了有一個(gè)美好的周末，讓我們花一些時(shí)間，去了解這全部的資料。

　　此處還有一起關(guān)于怎樣建造機(jī)器人的另外一些資料。這主要是集中在如何使你更快速的建造機(jī)器人。你不需要了解任何的知識(shí)？你將會(huì)將所有基礎(chǔ)性的東西做的很好。

　　材料需求

　　以前購(gòu)買這些材料是非常困難的，因?yàn)闆]有一個(gè)專門的網(wǎng)店能提供所有的東西，你需要從不同的店里購(gòu)買。

　　但幸運(yùn)的是有一些網(wǎng)店已經(jīng)根據(jù)說明提供了他們的整套裝備，如：

　　Jaxx’s shop（美國(guó)網(wǎng)店）

　　Solarbotics shop（加拿大網(wǎng)店）

　　Hobby2go （印度網(wǎng)店）

　　如果你從哪些網(wǎng)店購(gòu)買東西，你還可以成為letsmakerobots.com的會(huì)員，因?yàn)橐蔀樯厦婷麊蔚囊粏T，他們要和我們聯(lián)系，我們之間就會(huì)達(dá)成了一種交易。

　　如果你不想買LMR套裝，你可以通過google從網(wǎng)店購(gòu)到你所需要的任何配件。只要在網(wǎng)店上有得賣，無論你在任何國(guó)家，你都想得到你想要的產(chǎn)品。

　　無論你通過什么途徑得到配件，以下這些是必須的：

　　一個(gè)PICAXE-28開發(fā)板

　　這個(gè)28針的開發(fā)板就像馬里奧兄弟一樣有趣，充滿著各種附帶的和隱蔽的功能，這會(huì)使你有興趣在上面多次玩弄。這是一個(gè)非常好的板子，會(huì)令你迫不及待的去做機(jī)器人，

　　排針

　　很多時(shí)候你買的板子上面會(huì)有很多洞，這使你很能將那些東西插到上面。你可以通過把錫絲焊到這些洞上去克服它，另一種方法是加上這些針腳，借此你可以插入那些線。就好像下面展示的那些伺服電機(jī)和插槽一樣?；蛟S有人會(huì)問為什么在出廠前把插針插在洞里。其實(shí)我也不知道，可能是為了給我們一個(gè)建議。它可以安裝插槽到這個(gè)板上面，或者這就是原因。

　　你可以得到一長(zhǎng)條，可以用手指輕易把它們掰成幾段。

　　3個(gè)跳線帽

　　將這些插在相連的兩個(gè)陣腳間，可以連接這兩根針。

　　五個(gè)以上杜邦線

　　沒錯(cuò)，這些東西非常棒，我?guī)啄昵伴_始這項(xiàng)業(yè)務(wù)愛好的時(shí)候，這些配件是很難得到的?，F(xiàn)在這些東西遍地都是，而且質(zhì)量都非常好。在這些新機(jī)器人業(yè)余配件上都有針腳，你可以利用這些跳線輕易的連接所有東西，而不需要焊接，這一切都非常棒。

　　一個(gè)USB PICAXE可編程下載線

　　你在電腦上編寫程序，把這個(gè)插進(jìn)你的機(jī)器人里面，轉(zhuǎn)移程序，拔下，機(jī)器人就會(huì)自動(dòng)運(yùn)行程序。

　　一個(gè)PICAXE-28X1 芯片

　　這個(gè)芯片是一個(gè)微控制器，通常會(huì)被解析為“在芯片上的計(jì)算機(jī)”。這可以被放置在上面介紹的開發(fā)板上面，之后它可以透過可編程線從你的電腦燒錄程序。

　　程序會(huì)提醒操作者“聆聽輸入”、“考慮”，有時(shí)還會(huì)做一些計(jì)算或者查詢數(shù)據(jù)，之后就做出如下面所說的的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)等輸出。

　　我們選擇它，因?yàn)樗芙Y(jié)實(shí)，同時(shí)易編程，從下面的圖片你可以看出來

　　一個(gè)L293D 馬達(dá)驅(qū)動(dòng)芯片

　　我會(huì)在下面安裝的時(shí)候介紹它

　　一個(gè)330×8雙列直插式排阻

　　這個(gè)黃色的芯片，不怎么好看，只是一個(gè)排阻，你將會(huì)用它來配置你的板以適合你的伺服。

　　一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的伺服電機(jī)

　　伺服電機(jī)是大部分自動(dòng)應(yīng)用的基礎(chǔ)，為了使它更節(jié)省空間，其被封裝在一個(gè)小箱子里面，然后用一根線去連接，同時(shí)有一個(gè)可以左右搖擺兩百度的傳動(dòng)軸。【詳情請(qǐng)參閱：外國(guó)牛人教你一步步快速打造首臺(tái)機(jī)器人 】
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二、工程師電子制作故事：無線網(wǎng)絡(luò)控制激光坦克機(jī)器人

　　電子發(fā)燒友網(wǎng)訊：你還記得一個(gè)叫“坦克大戰(zhàn)的”的游戲么？本文的內(nèi)容就是嘗試將這個(gè)經(jīng)典游戲做成真人版本。作為游戲玩家的你，駕著Arduino 動(dòng)力坦克用激光射中你的目標(biāo)。

　　這個(gè)項(xiàng)目是透過網(wǎng)頁(yè)利用Arduino 去控制坦克，這借助Wifly來通信的，具體是通過網(wǎng)頁(yè)上的控制面板去操縱實(shí)現(xiàn)。坦克運(yùn)用Parallax Ping去躲避障礙物，這是一種瞄準(zhǔn)炮臺(tái)和坦克模型平臺(tái)定位的伺服系統(tǒng)。

　　你問我為什么干這個(gè)？因?yàn)槲液痛蠹乙粯佣枷肴プ鲆粋€(gè)能發(fā)射激光的坦克。
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　　Step1：制造這個(gè)坦克你需要準(zhǔn)備以下東西：

　　-雙轉(zhuǎn)子變速電動(dòng)機(jī)

　　-坦克履帶板

　　-坦克底板（在此放雙轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)）

　　-電動(dòng)機(jī)保護(hù)罩

　　-工具集合板（包括PCB，LED，排插，電阻，螺絲釘?shù)龋?/p>

　　-激光筆

　　-超聲波距離探測(cè)傳感攝像頭模塊

　　-迷你伺服器

　　-螺母，螺釘，樹脂玻璃等

　　-直流充電器

　　-7.2v電池

　　-無線天線模塊

　　-過孔PCB印制電路板

　　做那個(gè)被攻擊的目標(biāo)，你要一下配件：

　　-單板控制器（估計(jì)單片機(jī)亦可代替）

　　-可編程光頻率IC

　　-三色LED燈

　　Step2：組裝坦克

　　你需要裝配以下產(chǎn)品：

　　-齒輪箱

　　-坦克履帶板

　　-工具集合板

　　我用螺母和螺栓去為ARDUINO、伺服和PING造了一個(gè)平臺(tái)

　　我照著一般金屬板的裝置尺寸弄了另一個(gè)有機(jī)玻璃的平臺(tái)。

　　這激光筆可以裝在伺服器的角上

　　我最得意之處就是弄Arduino Motor Shield時(shí)雖然用了很多的插針，但你不能看到它，驟眼望過去就像是在內(nèi)部用鐵線連接的。我覺得這非常有用，因此我趕快把它記錄了下來。

　　Step3：電源

　　這坦克馬達(dá)需要很耗電，我不想AA電池或9V電池?fù)p耗得那么快，RC汽車團(tuán)體已經(jīng)花時(shí)間搞出了一個(gè)功耗稍微小點(diǎn)的產(chǎn)品，因此我選用了非常好的7.2V 1750ma電池和一個(gè)相當(dāng)不錯(cuò)的Sport II充電器。

　　然后用一個(gè)接插頭把電池接到馬達(dá)外殼的接線柱上面?！驹斍檎?qǐng)參閱：工程師電子制作故事：無線網(wǎng)絡(luò)控制激光坦克機(jī)器人 】

三、工程師電子制作故事：WIFI機(jī)器人DIY設(shè)計(jì)

　　在經(jīng)歷了十多天的瘋狂淘寶、組裝、調(diào)試、拆卸、再組裝、再調(diào)試的過程后，我的Wifi Robot終于面世！！淚流滿面！下面簡(jiǎn)單寫寫制作過程，也好給自己留個(gè)存檔。

　　俺用的方案是igee論壇的wifi小車方案，驅(qū)動(dòng)板與控制程序都是現(xiàn)成滴……不過現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)吃現(xiàn)成的雖然方便，但是擴(kuò)展功能卻少得可憐。下一步打算買塊arduino板自己研究一下重新組裝小車，自己寫寫程序什么的。

　　Wifi Robot，顧名思義就是通過wifi無線網(wǎng)控制的機(jī)器人，比起普通的遙控車遙控機(jī)器人來，它的好處就是遙控信號(hào)覆蓋范圍可以做到很廣，也可以通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程遙控，這樣的話就可以派生出很多新的應(yīng)用，比如視頻監(jiān)控等等。因?yàn)槭切率殖鯇W(xué)，機(jī)器人的外形和功能上還比較粗糙，高手看到了不要笑話~

　　1.準(zhǔn)備工作

　　羅列一下零件清單：

　　亞克力車架×1：65元

　　igee小車驅(qū)動(dòng)板帶5110屏×1：150元

　　超聲波傳感器×1：40元

　　大亞DB120-B1無線路由×1：45元

　　301芯片攝像頭×5：第一次買的一個(gè)10塊，讓我把線扯斷了焊不上了，廢棄。第二次買的一個(gè)10塊，又壞了……第三次買了仨，每個(gè)5塊。至今正常。合計(jì)35。

　　廣角鏡頭×1：5.3元

　　輝盛M995舵機(jī)×2:70元

　　舵機(jī)云臺(tái)支架×1：32元

　　步進(jìn)馬達(dá)套件×4:144元

　　12V4800mAh鋰電池：87元

　　杜邦線螺絲螺帽等等配件若干……

　　合計(jì)：673.3元

　　由于是第一次進(jìn)行機(jī)器人制作，工具基本沒有，光買電烙鐵熱熔膠槍電鉆萬用表就花了不少錢。加上亂七八糟的花銷，總共1200+。一個(gè)多月的生活費(fèi)沒了……

　　大家欣賞一下我的工作環(huán)境

　　寢室條件比較簡(jiǎn)陋……電腦畫面為機(jī)器人控制界面

　　在買到亞克力車架和電鉆之前我的小車一直使用個(gè)紙盒做車架的。紙盒雖然加工方便，但是太軟，小車經(jīng)常跑偏。而且由于輪距不合適，加裝舵機(jī)云臺(tái)之后由于載重增加導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎阻力太大，小車基本轉(zhuǎn)不動(dòng)了。

　　拆之前忘了照相，只好拆完拼湊一下。依稀還可以看出原來小車的影子。

　　亞克力板很便宜，易于加工，完全可以不買成品板自己加工出來。但是缺點(diǎn)是不如鋁板結(jié)實(shí)和拉風(fēng)，上螺絲時(shí)容易出現(xiàn)裂紋。如果選用鋁做車架的話，可以考慮用鋁盒或角鋁，經(jīng)過簡(jiǎn)單加工也是非常好的車架。

　　3.正式開工！

　　首先在底盤上安裝馬達(dá)支架。在合適的地方打孔并安裝馬達(dá)支架。注意孔徑不要太小，不然強(qiáng)行上螺絲會(huì)導(dǎo)致亞克力開裂。另外打孔時(shí)先用錐子之類的定位就不會(huì)打偏了。

　　如果是自制車架的話，要考慮好輪距。我做的是四驅(qū)小車，左右轉(zhuǎn)彎要靠?jī)蓚?cè)的車輪反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，輪距太寬容易造成轉(zhuǎn)彎阻力太大。

　　正面固定好驅(qū)動(dòng)板?？梢钥紤]用銅柱把板子架高，方便線通過。

　　安裝步進(jìn)馬達(dá)并焊好控制線。焊之前先給線頭沾點(diǎn)松香上錫，焊起來會(huì)比較方便。另外這片驅(qū)動(dòng)板的舵機(jī)供電部分采用的是一片L7805，工作時(shí)發(fā)熱較大，我用螺絲固定在了鋁制馬達(dá)支架上幫助散熱，用金屬車身的話效果當(dāng)然更好了?！驹斍檎?qǐng)參閱：工程師電子制作故事：WIFI機(jī)器人DIY設(shè)計(jì) 】
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四、工程師電子制作故事：WIFI/3G太陽(yáng)能機(jī)器人DIY設(shè)計(jì)

　　這個(gè)四輪驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的底盤完全由手工打造，無論是輪子還是底盤，大家可以看看圖哦

　　將最近做的一個(gè)基于WIFI，3G控制的四輪驅(qū)動(dòng)機(jī)器人拿出來與大家分享一下！

　　輪子是由一個(gè)鋁合金外罩，內(nèi)部嵌入鋼輪，再連接減速電機(jī)，輪子的外面很清晰的可以看是有橡膠用502粘起來，效果不錯(cuò)哦。

　　下面介紹一下機(jī)器人的功能：

　　這是一個(gè)無線遠(yuǎn)程端控制型四輪驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，帶有水平垂直控制云臺(tái)，云臺(tái)上搭載一個(gè)豆干攝像頭，3.6MM鏡頭，可以看到較廣的視野。3度機(jī)械手，可以實(shí)現(xiàn)較難度的控制，

　　搭載一個(gè)12864控制顯示液晶模塊。

　　外加一個(gè)無線網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)無線控制。實(shí)現(xiàn)尋跡、前后四方向自動(dòng)壁障，太陽(yáng)能充電，16.5V電池管理和編程自動(dòng)化等功能。

　　雖然自動(dòng)尋跡，自動(dòng)壁障，太陽(yáng)能充電，還沒做，不過都是簡(jiǎn)單的幾個(gè)功能。
　　下面詳細(xì)介紹各部分

　　我喜歡而且最費(fèi)時(shí)間的是底盤部分，畢竟基礎(chǔ)一定要打好，不然會(huì)翻車哦，底盤很重，完全有金屬打造，輪子外圈采用中空鋁合金，由于里面是中空的，所以得裝中心軸，而中心軸采用經(jīng)過打磨的純鋼圈，再里面是銅軸與減速電機(jī)連接，所以較復(fù)雜也費(fèi)時(shí)間。底盤面也采用鋼板構(gòu)架。與電機(jī)固定的是鐵支架，所以整套底盤完完全全由鋼鐵制作。減速電機(jī)的速度為30圈每分鐘。速度不是很快，但很精確?！驹斍檎?qǐng)參閱：工程師電子制作故事：WIFI/3G太陽(yáng)能機(jī)器人DIY設(shè)計(jì) 】

五、工程師電子制作故事：太陽(yáng)能衛(wèi)星陀螺機(jī)器人DIY設(shè)計(jì)

　　本項(xiàng)目介紹的是太陽(yáng)能衛(wèi)星機(jī)器人，同樣是采用太陽(yáng)能脈動(dòng)充放電控制電路，但是卻是另外一種全新的運(yùn)動(dòng)方式——以陀螺旋轉(zhuǎn)的方式移動(dòng)，所以又稱為太陽(yáng)能陀螺機(jī)器人。

　　如果了解BEAM機(jī)器人的朋友，可能對(duì)這樣造型的機(jī)器人已經(jīng)很熟悉了——三腳支架中的兩腳，加上連接電機(jī)的底部轉(zhuǎn)盤，總共三點(diǎn)支撐地面，曬會(huì)太陽(yáng)充會(huì)電，電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)再帶動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)。

　　一、基本原理

　　1.1、驅(qū)動(dòng)原理

　　1.2、機(jī)械結(jié)構(gòu)

　　1.3、電路原理

　　二、準(zhǔn)備工作

　　三、制作過程

　　3.1、電路焊接

　　3.2、三腳支架

　　3.3、電 路 板

　　3.4、電機(jī)支架

　　3.5、整機(jī)組裝

　　3.6、整機(jī)調(diào)試

　　四、效果展示

　　五、擴(kuò)展完善

　　5.1、功能擴(kuò)展

　　5.2、版本升級(jí)

　　六、常見問題

　　七、項(xiàng)目總結(jié)

　　從以上插圖我們可以看到兩種不同的造型，不過原理都是基本一樣的，只不過結(jié)構(gòu)上有一點(diǎn)區(qū)別（有一個(gè)帶了碰撞環(huán)，這個(gè)后面會(huì)具體說明）。

　　一、基本原理

　　本項(xiàng)目的機(jī)器人的外形像一個(gè)人造衛(wèi)星，是以太陽(yáng)能電池作為電源，電機(jī)驅(qū)動(dòng)底部的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)整個(gè)機(jī)器人移動(dòng)。由于以自身轉(zhuǎn)動(dòng)的方式進(jìn)行移動(dòng)的，就像一個(gè)旋轉(zhuǎn)的陀螺，所以本項(xiàng)目機(jī)器人又可稱為“陀螺機(jī)器人”。

　　1、驅(qū)動(dòng)原理

　　本項(xiàng)目的驅(qū)動(dòng)原理也是比較簡(jiǎn)單的，主要是電機(jī)帶動(dòng)底部的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)——機(jī)器人有一個(gè)三腳支架，同時(shí)只有相鄰的某兩腳支撐地面，再加上底部連接電機(jī)的轉(zhuǎn)盤，“兩腳＋轉(zhuǎn)盤”——三點(diǎn)支撐地面。電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，則其中一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，另外兩點(diǎn)支撐，機(jī)器人就可以整體移動(dòng)。

　　2、機(jī)械結(jié)構(gòu)

　　本項(xiàng)目機(jī)器人有一個(gè)三腳支腳，主要有三種情況的結(jié)構(gòu)，稍微通過調(diào)整就可以有不同的運(yùn)行效果。

　　1、如果是三腳支架離地比較高（相對(duì)于轉(zhuǎn)盤），且底部用直徑比較小的轉(zhuǎn)盤，則三點(diǎn)平衡比較穩(wěn)定，每完成一次充電周期后電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)只能帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)一點(diǎn)距離，一般只能是由一組相鄰的雙腳交換為下一組相鄰的雙腳支撐地面，每周期移動(dòng)的距離比較小。【詳情請(qǐng)參閱：工程師電子制作故事：太陽(yáng)能衛(wèi)星陀螺機(jī)器人DIY設(shè)計(jì) 】

六、德國(guó)首臺(tái)月球自動(dòng)駕駛探測(cè)機(jī)器人曝光（圖文）

　　電子發(fā)燒友網(wǎng)訊：為了獲得搜索引擎巨頭Google舉辦的“太空競(jìng)賽”中價(jià)值2000萬美元的頭獎(jiǎng)，德國(guó)的Google Lunar X-PRIZE團(tuán)隊(duì)Part-Time Scientists（PTS）計(jì)劃在2014年將其Asimov月球車發(fā)射到月球表面。

　　如果這個(gè)計(jì)劃成功，那么Asimov將會(huì)成為月球上第一部自動(dòng)駕駛的探測(cè)車。Asimov獲得了其應(yīng)用到的GPU的制造商英偉達(dá)（Nvidia）的全程贊助。

PTS制造的月球探測(cè)器Asimov

　　這個(gè)探測(cè)車就其本身來說是德國(guó)航空中心的機(jī)械人學(xué)與機(jī)械電子學(xué)研究所和PTS合作的產(chǎn)物。

　　來自16個(gè)國(guó)家的26支隊(duì)伍參加了以上這個(gè)挑戰(zhàn)，這個(gè)競(jìng)賽另外還提供1000萬給其他競(jìng)爭(zhēng)者去分配。為了獲得這2000萬獎(jiǎng)金，這些隊(duì)伍的探測(cè)器必須在地球上軟著陸，同時(shí)能在月球上面漫游至少五百米，也需要把高分辨率的視頻和圖像傳回地球。除此之外，Google Lunar X PRIZE還提供一個(gè)“Apollo Heritage Bonus ”獎(jiǎng)捕獲到“阿波羅”計(jì)劃中遺留的物品畫面的隊(duì)伍。【詳情請(qǐng)參閱：德國(guó)首臺(tái)月球自動(dòng)駕駛探測(cè)機(jī)器人曝光 】

七、一種智能小車機(jī)器人設(shè)計(jì)方案

　　實(shí)現(xiàn)汽車智能化的技術(shù)非常多， 本文利用目前比較熱門的技術(shù)語(yǔ)音控制技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)前進(jìn)、后退、左拐、右拐等， 當(dāng)然所設(shè)計(jì)的小車只是智能汽車的微模型， 還處于模擬演示階段， 要真正實(shí)現(xiàn)智能汽車為人服務(wù)還有很長(zhǎng)一段距離。

　　1 智能車的核心控制器

　　SPCE061A 是一款16位獨(dú)具語(yǔ)音特色的控制器， 片內(nèi)采用的nSPTM ( microcontro ller and signal processor) 核心處理器， 具有較高的處理速度， 能夠完成16位算術(shù)邏輯運(yùn)算、16 × 16位硬件乘法運(yùn)算和DSP內(nèi)積濾波運(yùn)算， 能夠快速處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)， 不需要額外的專用語(yǔ)音控制芯片， 就能實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的編解碼等， 既節(jié)省了設(shè)計(jì)成本， 又能滿足一定的控制要求?？刂破鞑捎媚K化架構(gòu)， 集成了ICE(在線仿真)、鎖相環(huán)振蕩器、時(shí)基控制器、7通道10位AD轉(zhuǎn)換器、單通道AD+ AGC(自動(dòng)增益)轉(zhuǎn)換器、雙通道10位DA轉(zhuǎn)換器、通用異步通信接口、串行輸入輸出接口、電壓監(jiān)控等模塊， 其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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　　圖1 SPCE061A 控制器的結(jié)構(gòu)圖

　　2 智能小車的總體設(shè)計(jì)

　　智能小車整體主要由語(yǔ)音輸入電路、語(yǔ)音輸出電路、SPCE061A 控制器、驅(qū)動(dòng)電路等組成。小車的SPCE061控制器通過內(nèi)置麥克放大器和自動(dòng)增益功能的A /D 通道、D /A通道實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制， 語(yǔ)音觸發(fā)小車動(dòng)作， 小車動(dòng)作后， 隨時(shí)可以通過語(yǔ)音指令改變小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)， 如果行進(jìn)過程中遇到前方有障礙， 小車會(huì)自動(dòng)停車。

　　3 智能小車的硬件設(shè)計(jì)

　　1) 語(yǔ)音輸入電路。

　　小車的語(yǔ)音輸入電路如圖2所示。其中， VM IC 提供傳聲器的電源， VSS是系統(tǒng)的模擬地， VCM 為參考電壓， 1腳和2腳分別是傳聲器X1 的正極、負(fù)極的輸入引腳。當(dāng)對(duì)著傳聲器講話時(shí)， 1腳和2 腳將隨著傳聲器輸入的聲音產(chǎn)生變化的波形， 并在SPCE061A 的兩個(gè)端口處形成兩路反相的波形， 送到SPCE061A 控制器內(nèi)部的運(yùn)算放大器進(jìn)行音頻放大， 經(jīng)過放大的音頻信號(hào)， 通過ADC轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化為數(shù)字量， 保存到相應(yīng)的寄存器中, 然后對(duì)這些數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行壓縮、辨識(shí)、播放等處理。

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　　圖2 語(yǔ)音輸入電路

　　2) 語(yǔ)音輸出電路。

　　小車的語(yǔ)音輸入電路如圖3所示。其中， VDDH 為參考電壓， VSS是系統(tǒng)的模擬地。音頻信號(hào)由SPCE061A 的DAC引腳輸出送到電路的9端， 通過音量電位器R9的調(diào)節(jié)端送到集成音頻功率放大器SPY0030, 經(jīng)音頻放大后， 音頻信號(hào)從SPY0030輸出經(jīng)J2端口外接揚(yáng)聲器播放聲音?！驹斍檎?qǐng)參閱：智能小車機(jī)器人設(shè)計(jì)方案 】


八、74HC240制作尋光機(jī)器人

　　本文將給讀者介紹我制作的另一部由74HC240作為主控核心的尋光機(jī)器人，依然貫徹低技術(shù)、低成本的制作理念，與大家共賞。

　　控制核心的深入分析

　　施密特觸發(fā)器

　　施密特觸發(fā)器的閥值電壓決定了系統(tǒng)的給定值，施密特觸發(fā)器的特性也就決定了這個(gè)系統(tǒng)的特性。因此有必要深入了解一下這個(gè)器件的特點(diǎn)。

　　施密特觸發(fā)器是由美國(guó)科學(xué)家Otto Herbert Schmitt于1934年發(fā)明的，當(dāng)時(shí)他只是一個(gè)研究生。事后三年，他在其博士論文中將這一發(fā)明描述為“Thermionic Trigger”。這一發(fā)明是他對(duì)魷魚神經(jīng)中的神經(jīng)脈沖傳播進(jìn)行研究的直接成果。在電子學(xué)中，施密特觸發(fā)器是包含了正反饋的比較器電路。施密特觸發(fā)器也有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，但與一般觸發(fā)器不同的是，施密特觸發(fā)器采用電位觸發(fā)方式，其狀態(tài)由輸入信號(hào)電位維持;對(duì)于負(fù)向遞減和正向遞增兩種不同變化方向的輸入信號(hào)，施密特觸發(fā)器有不同的閥值電壓。施密特觸發(fā)器是一種特殊的門電路，與普通的門電路不同，施密特觸發(fā)器有兩個(gè)閾值電壓，分別稱為正向閥值電壓和負(fù)向閥值電壓。在輸入信號(hào)從低電平上升到高電平的過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為正向閥值電壓，在輸入信號(hào)從高電平下降到低電平的過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為負(fù)向閥值電壓。正向閥值電壓與負(fù)向閥值電壓之差稱為回差電壓。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)施密特觸發(fā)器，當(dāng)輸入電壓高于正向閥值電壓，輸出為高;當(dāng)輸入電壓低于負(fù)向閥值電壓，輸出為低;當(dāng)輸入在正負(fù)向閥值電壓之間，輸出不改變，也就是說輸出由高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，或是由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平對(duì)應(yīng)的閥值電壓是不同的。只有當(dāng)輸入電壓發(fā)生足夠的變化時(shí)，輸出才會(huì)變化。這種雙閥值動(dòng)作被稱為遲滯現(xiàn)象，表明施密特觸發(fā)器有記憶性，可用于在開環(huán)配置中的抗干擾。

　　改進(jìn)版的控制核心

　　圖2為改進(jìn)版的尋光機(jī)器人，核心部分由一對(duì)光敏二極管和74HC240集成電路構(gòu)成。74HC240是一片功能強(qiáng)大的三態(tài)緩沖器，芯片內(nèi)部集成了8路帶有施密特觸發(fā)器輸入特性的反向緩沖器。在數(shù)字計(jì)算機(jī)中，這類緩沖器的作用是用來暫時(shí)存放處理器送往外設(shè)的數(shù)據(jù)，有了數(shù)控緩沖器，就可以使高速工作的CPU部分與慢速工作的外設(shè)起協(xié)調(diào)和緩沖作用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的同步。這個(gè)改進(jìn)版的尋光機(jī)器人，因?yàn)橛辛?4HC240的加盟，使得機(jī)器人的控制系統(tǒng)即可以繼承到上文所介紹的施密特觸發(fā)器的全部好處，又可以借助緩沖器的作用，來協(xié)調(diào)機(jī)器人電子部分與機(jī)械結(jié)構(gòu)之間的配合。實(shí)際制作完成以后的機(jī)器人運(yùn)行方式，介于模擬控制與數(shù)字控制之間，因此它的設(shè)計(jì)者也給它起了一個(gè)形象的名字“Bare Bones Photovore”，我把它翻譯為“準(zhǔn)系統(tǒng)尋光機(jī)器人”。線路圖中的U1和U2分別各代表了74HC240芯片內(nèi)一組并聯(lián)工作的驅(qū)動(dòng)器。

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　　圖2 74HC240尋光機(jī)器人線路圖

　　圖3是74HC240的框圖，可以看到芯片內(nèi)部由兩組帶有使能輸入端的反向緩沖器組成，輸入端和輸出端分別為A1, A2, A3,A4, B1, B2, B3, B4(對(duì)應(yīng)管腳2, 4, 6, 8, 11, 13, 15, 17);YA1,YA2, YA3, YA4, YB1, YB2, YB3, YB4(對(duì)應(yīng)管腳 18, 16, 14, 12, 9, 7,5, 3)。使能輸入端為Enable A, Enable B (對(duì)應(yīng)管腳1, 19)，電源正(對(duì)應(yīng)管腳20)，電源地(對(duì)應(yīng)管腳10)。

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　　圖3 74HC240內(nèi)部圖

　　緩沖器分為兩種，常規(guī)緩沖器和三態(tài)緩沖器。常規(guī)緩沖器總是將值直接輸出，用在推進(jìn)電流到高一級(jí)的電路系統(tǒng)。三態(tài)緩沖器除了常規(guī)緩沖器的功能外，還設(shè)置有使能輸入端，這里對(duì)應(yīng)的是74HC240的第1腳和第19腳。從圖4的真值表中可以看出當(dāng)使能端電平不同時(shí)緩沖器有不同的輸出值。當(dāng)Enable A,Enable B=0時(shí)，芯片選通，緩沖器工作;當(dāng)Enable A, EnableB=1，緩沖器被阻止，無論輸入什么值，輸出的總是高阻抗?fàn)顟B(tài)，用Z表示。高阻抗?fàn)顟B(tài)能使電流降到足夠低，以致于類似緩沖器的輸出沒有與任何電路相連?！驹斍檎?qǐng)參閱：74HC240制作尋光機(jī)器人 】

九、單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)易智能機(jī)器人

　引言

　　隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，很容易將計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合，組成智能化測(cè)量控制系統(tǒng)。目前人們已經(jīng)完全可以設(shè)計(jì)并制造出具有某些特殊功能的簡(jiǎn)易智能機(jī)器人。

　　1 設(shè)計(jì)思想與總體方案

　　1.1 簡(jiǎn)易智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)思想

　　本機(jī)器人能在任意區(qū)域內(nèi)沿引導(dǎo)線行走，自動(dòng)繞障，在有光源引導(dǎo)的條件下能沿光源行走。同時(shí)，能檢測(cè)埋在地下的金屬片，發(fā)出聲光指示信息，并能實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、顯示檢測(cè)到的斷點(diǎn)數(shù)目以及各斷點(diǎn)至起跑線間的距離，最后能停在指定地點(diǎn)，顯示出整個(gè)運(yùn)行過程的時(shí)間。

　　1.2 總體設(shè)計(jì)方案和框圖

　　本設(shè)計(jì)以AT89C5l單片機(jī)作為檢測(cè)和控制核心。采用紅外光電傳感器檢測(cè)路面黑線及障礙物，使用金屬傳感器檢測(cè)路面下金屬鐵片，應(yīng)用光電碼盤測(cè)距，用光敏電阻檢測(cè)、判斷車庫(kù)位置，利用PWM(脈寬調(diào)制)技術(shù)動(dòng)態(tài)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速。通過軟件編程實(shí)現(xiàn)機(jī)器人行進(jìn)、繞障、停止的精確控制以及檢測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、顯示。通過對(duì)電路的優(yōu)化組合，可以最大限度地利用51單片機(jī)的全部資源。

　　P0口用于數(shù)碼管顯示，P1口用于電動(dòng)機(jī)的PWM驅(qū)動(dòng)控制，P2，P3口用于傳感器的數(shù)據(jù)采集與中斷控制。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：充分利用了單片機(jī)的內(nèi)部資源，降低了總體設(shè)計(jì)的成本。該方案總體方案見圖1。

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　　2 系統(tǒng)的硬件組成及設(shè)計(jì)原理

　　此系統(tǒng)的硬件部分由單片機(jī)單元、傳感器單元、電源單元、聲光報(bào)警單元、鍵盤輸入單元、電機(jī)控制單元和顯示單元組成，如圖2所示。

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　　2.1 單片機(jī)單元

　　本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)作為中央處理器。其主要任務(wù)是掃描鍵盤輸入的信號(hào)啟動(dòng)機(jī)器人，在機(jī)器人行走過程中不斷讀取傳感器采集到的數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，根據(jù)不同的情況產(chǎn)生占空比不同的PWM脈沖來控制電機(jī)，同時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)送顯示單元?jiǎng)討B(tài)顯示，產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)。其中，P0用于數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，P1.0一P1.5控制2個(gè)電機(jī)，P1.6、P1.7為獨(dú)立式鍵盤接口，P2接傳感器，P3.2接計(jì)里程的光電碼盤，P3.7接聲光報(bào)警單元，P3.4、P3.5、P3.6接用于顯示斷點(diǎn)數(shù)目的發(fā)光二極管?！驹斍檎?qǐng)參閱：單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)易智能機(jī)器人 】
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十、基于DSP和FPGA的機(jī)器人聲控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1 引言

　　機(jī)器人聽覺系統(tǒng)主要是對(duì)人的聲音進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別并做出判斷，然后輸出相應(yīng)的動(dòng)作指令控制頭部和手臂的動(dòng)作，傳統(tǒng)的機(jī)器人聽覺系統(tǒng)一般是以PC機(jī)為平臺(tái)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制，其特點(diǎn)是用一臺(tái)計(jì)算機(jī)作為機(jī)器人的信息處理核心通過接口電路對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制，雖然處理能力比較強(qiáng)大，語(yǔ)音庫(kù)比較完備，系統(tǒng)更新以及功能拓展比較容易，但是比較笨重，不利于機(jī)器人的小型化和復(fù)雜條件下進(jìn)行工作，此外功耗大、成本高。本次設(shè)計(jì)采用了性價(jià)比較高的數(shù)字信號(hào)處理芯片TMS320VC5509作為語(yǔ)音識(shí)別處理器，具有較快的處理速度，使機(jī)器人在脫機(jī)狀態(tài)下，獨(dú)立完成復(fù)雜的語(yǔ)音信號(hào)處理和動(dòng)作指令控制，F(xiàn)PGA系統(tǒng)的開發(fā)降低了時(shí)序控制電路和邏輯電路在pcb板所占的面積，使機(jī)器人的“大腦”的語(yǔ)音處理部分微型化、低功耗。一個(gè)體積小、低功耗、高速度能完成特定范圍語(yǔ)音識(shí)別和動(dòng)作指令的機(jī)器人系統(tǒng)的研制具有很大的實(shí)際意義。

　　2 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的硬件功能是實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音指令的采集和步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制，為系統(tǒng)軟件提供開發(fā)和調(diào)試平臺(tái)。如圖1所示。

　　系統(tǒng)硬件分為語(yǔ)音信號(hào)的采集和播放，基于DSP的語(yǔ)音識(shí)別，F(xiàn)PGA動(dòng)作指令控制、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)、DSP外接閃存芯片，JTAG口仿真調(diào)試和鍵盤控制幾個(gè)部分。工作流程是麥克風(fēng)將人的語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，在經(jīng)過音頻芯片TLV320AIC23量化轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)輸入DSP．DSP完成識(shí)別后，輸出動(dòng)作指令。

　　FPGA根據(jù)DSP輸入的動(dòng)作指令產(chǎn)生正確的正反轉(zhuǎn)信號(hào)和準(zhǔn)確的脈沖給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)芯片提供步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。片外FLASH用于存儲(chǔ)系統(tǒng)程序和語(yǔ)音庫(kù)并完成系統(tǒng)的上電加載。JTAG口用于與PC機(jī)進(jìn)行聯(lián)機(jī)在線仿真，鍵盤則用于參數(shù)調(diào)整和功能的切換。

　　3 語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3．1 語(yǔ)音信號(hào)的特點(diǎn)

　　語(yǔ)音信號(hào)的頻率成分主要分布在300～3400Hz之間，根據(jù)采樣定理選擇信號(hào)的采樣率為8 kHz。語(yǔ)音信號(hào)的一個(gè)特點(diǎn)在于他的“短時(shí)性”，有時(shí)在一個(gè)短時(shí)段呈現(xiàn)隨機(jī)噪聲的特性，而另一段表現(xiàn)周期信號(hào)的特性，或二者兼而有之。語(yǔ)音信號(hào)的特征是隨時(shí)間變化的，只有一段時(shí)間內(nèi)，信號(hào)才表現(xiàn)穩(wěn)定一致的特征，一般來說短時(shí)段可取5～50 ms，因此語(yǔ)音信號(hào)的處理要建立在其“短時(shí)性”上，系統(tǒng)將語(yǔ)音信號(hào)幀長(zhǎng)設(shè)為20 ms，幀移設(shè)為10 ms，則每幀數(shù)據(jù)為160×16 b。

　　3．2 語(yǔ)音信號(hào)的采集和播放

　　語(yǔ)音采集和播放芯片采用的是TI公司生產(chǎn)的TLV320AIC23B，TLV320AIC23B的模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）和數(shù)模轉(zhuǎn)換（DAC）部件高度集成在芯片內(nèi)部，芯片采用8 k采樣率，單聲道模擬信號(hào)輸入，雙聲道輸出。TLV320AIC23具有可編程特性，DSP可通過控制接口來編輯該器件的控制寄存器，而且能夠編譯SPI，I2C兩種規(guī)格的接口，TLV320AIC23B與DSP5509的電路連接如圖2所示。

　　DSP采用I2C口對(duì)TLV320AIC23的寄存器進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)MODE=O時(shí)，為I2C規(guī)格的接口，DSP采用主發(fā)送模式，通過I2C口對(duì)地址為0000000～0001111的11個(gè)寄存器進(jìn)行初始化。I2C模式下，數(shù)據(jù)是分為3個(gè)8 b寫入的。而TLV320AIC23有7位地址和9位數(shù)據(jù)，也就是說，需要把數(shù)據(jù)項(xiàng)上面的最高位補(bǔ)充到第二個(gè)8 B中的最后一位。

　　MCBSP串口通過6個(gè)引腳CLKX，CLKR，F(xiàn)SX，F(xiàn)SR，DR和CX與TLV320AIC23相連。數(shù)據(jù)經(jīng)MCBSP串口與外設(shè)的通信通過DR和DX引腳傳輸，控制同步信號(hào)則由CLKX，CLKR，F(xiàn)SX，F(xiàn)SR四個(gè)引腳實(shí)現(xiàn)。將MCBSP串口設(shè)置為DSP Mode模式，然后使串口的接收器和發(fā)送器同步，并且由TLV320AIC23的幀同步信號(hào)LRCIN，LRCOUT啟動(dòng)串口傳輸，同時(shí)將發(fā)送接收的數(shù)據(jù)字長(zhǎng)設(shè)定為32 b（左聲道16 b，右聲道16 b）單幀模式。

　　3．3 語(yǔ)音識(shí)別程序模塊的設(shè)計(jì)

　　為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)非特定人語(yǔ)音指令的識(shí)別，系統(tǒng)采用非特定人的孤立詞識(shí)別系統(tǒng)。非特定人的語(yǔ)音識(shí)別是指語(yǔ)音模型由不同年齡、不同性別、不同口音的人進(jìn)行訓(xùn)練，在識(shí)別時(shí)不需要訓(xùn)練就可以識(shí)別說話人的語(yǔ)音［2］。系統(tǒng)分為預(yù)加重和加窗，短點(diǎn)檢測(cè)，特征提取，與語(yǔ)音庫(kù)的模式匹配和訓(xùn)練幾個(gè)部分。【詳情請(qǐng)參閱：基于DSP和FPGA的機(jī)器人聲控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 】

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