基于Atmega48v单片机的一种机器人光感应控制器的设计
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【摘要】一种机器人光感应控制器是中国专利产品，是以Atmega48v单片机为核心部件，采用单片机控制，能够分辨光线强弱并控制执行部件进行工作。是一种智能化、自动化产品，可用于智能机器人的光感应控制系统，如作为机器人的视觉器官等。这种光感应控制器，性能稳定、灵敏度高、成本低、操作简单、移植性好。
【关键词】单片机;光感应;智能机器人
人类感知客观世界有90%以上的信息是通过眼睛，对机器人来说“眼睛”也是一种重要的感知设备。目前现代机器人常用的一种导航方式是“跟随路径导引”，这种方法的优点是可靠性较高，但功能单一，如不能在行进的同时对目标进行识别、避障，对环境的适应能力较弱、灵活性较差、维护成本较高。
1.总体设计思想
本设计包括硬件设计和软件设计两个部分。硬件电路是由电源电路、光检测电路、控制电路、驱动电路等组成。软件是由相关的控制管理软件组成。
2.硬件电路设计
本系统采用Atmega48v单片机作为控制核心，以LG9110作为驱动，控制机器人的各项动作。开机后，首先通过光检测电路检测输入光线的强（白）和弱（黑），单片机根据接收到的光线的强和弱，通过驱动电路来控制马达，实现对机器人小车的前进、后退、转弯、避障等动作控制的功能。其接口电路如图1所示，图1中1是光检测电路，2是控制电路，3是驱动电路。
图1 机器人光感应控制器电路原理图
2.1 光检测电路的设计
光检测电路如图1中1所示，主要由光敏电阻，晶体三极管等构成的若干个机器人控制器的检测输入系统。可视作机器人的感光器官眼睛来传递信号。如图光敏电阻GR随着光线的增强而阻值减小，当光线足够强时，光敏电阻GR电阻变的非常小，则A点电位VA较低，以至三极管VT2截止，则B点电位VB变为高电位，则三极管VT1导通，则C点电位VC变为低电位，故单片机PC0接收到的电位为低电位，反之单片机PC0接收到的电位为高电位。根据PC口各位接收到的电位的高低来控制机器人的前进、后退、转弯、避障等动作。
2.2 控制电路的设计
控制电路，如图1中2所示，主要是以AVR系列中的高性能Atmega48v单片机为核心的控制系统，由Atmega48v单片机、时钟电路、复位电路组成，采用基于单片机小系统加设备构成的系统。
2.3 驱动电路
如图1中3所示，为机器人光感应控制器的驱动电路。是由若干个L297或L298构成的驱动系统，主要接收经单片机转换后输入的信号并传输给马达，以控制机器人的前进、后退、转弯、避障等动作。
以轨迹机器人为例，在机器人的机电配置中，左右轮子的马达运动不会绝对精确和对称。这些会使机器人在运动中出现侧偏，利用光敏电阻感光元件实现小车所处环境光线强度的检测。机器人光检测驱动电路引导小车的基本原理为：
（1）左边光检测输出电压大于右边光检测输出电压，说明小车偏离黑色轨迹左侧，小车应右转;（2）右边光检测输出电压大于左边光检测输出电压，说明小车偏离黑色轨迹右侧，小车应左转;（3）左边光检测输出电压等于右边光检测输出电压，且均为高电压，说明小车没有偏离黑色轨迹，前方也没有障碍，小车应维持航向直线前进。（4）左边光检测输出电压等于右边光检测输出电压，且均为低电压，说明小车没有偏离黑色轨迹，但前方有障碍，小车应停止前进或进行后退。
2.4 电源电路的设计
图2 电源电路
电源电路的设计如图2所示，家用交流电220V经过整流滤波后，再采用集成稳压芯片7805，产生稳定的5V直流电源，为整个设计系统供电。
3.软件的程序实现
根据上述工作原理和硬件结构分析可知系统程序工作流程图如图3所示。
图3 系统程序工作流程图
4.结语
本设计研究了一种基于单片机技术的机器人光感应控制系统，通过单片机程序控制，使机器人能够根据检测到的光信号强弱来灵活执行前进、后退、左转、右转、避障等动作。而且这种控制器操作简单，成本低，动作性能比较稳定，抗干扰能力强，灵敏度高，安全可靠，还可以根据实际需要扩展任意多个这种控制器，以期达到更加灵活稳定的执行动作的目的。视觉导航方式具有信号探测范围宽、获取信息完整等优点，随着现代机器人技术的发展，将成为未来机器人导航的一个主要发展方向。
参考文献
[1]马潮.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践[M].北京：北京航空航天大学出版社.
[2]李晓峰.AVR单片机原理与应用[M].北京：北京理工大学出版社.2005
[3]宋文绪.传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，2004.
海南省高等学校科学研究项目（项目编号：Hjkj2012-63）;海南科技职业学院校中青年科研基金（项目编号：HKYZQJ2011-09）。