用AVR单片机创造机器生命

1 什么是机器生命

机器生命就是一个能自主生存的机器，一个自动为生存下去而奋斗的机器。对于机器生命来说，生存的含义就是不断电，继续运行。机器生命具有完全自主决策、自主行动、活动于未知世界、不需人类参与就能持续运行并且自我维护等特征。影片《终结者》中的天网就是超级机器生命。《霹雳5号》描述了一个机器人从无生命到有生命的过程。

N.维纳（Norbert Wiener，1894～1964）写《控制论》时创造出第一个机器生命Wiener龟，这个机器龟仅有2个电子管组成的模拟计算机，但它却能实现真正的乌龟觅食、睡觉、探索、逃避等行为，其表现如同一个有生命的生物一样。机器龟上面有太阳能电池，当自身电池快用完前，机器龟乐于寻找一个光线充足的地方充电，充满电后可能找个地方睡懒觉，或者探索未知世界，它有避免碰撞和避免到倾斜地方的趋向，我们无法预知它的行踪，因为它不是按照程序运行的，就如同我们自己一样。后来维纳在他的机器龟上又加了一个电子管，三个电子管连接成简单的神经网络，通过对机器龟训练，维纳通过摇铃可控制机器龟的行为。正如有生物学家训练狗使得狗听到摇铃声后就流口水。

2 我们可以自己动手做一个机器宠物

我们今天有先进的单片机，制作一个更好的机器生命其实不难。机器生命远比按固定程序运行的机器人好玩，就如同宠物狗比玩具狗好玩一样。我们设想的机器生命可以是一个小型履带式机器人，带有太阳能板，能感受光线强弱，障碍物距离和碰撞，为了实现人机互动，该机器生命具有语音识别功能。试想你学习一天，回到寝室，叫一声TONY，你的机器宠物转身飞快跑向你，那种感觉只有宠物的创造者才能体会……

3 如何实现？如何设计电路？如何设计结构？

这个机器生命方案采用ATmega16单片机做控制器，单片机的8路AD通道和其余24个IO接口都被使用。AVR单片机AD转换频率高于音频，可以用来进行简单的语音采集。机器生命的程序较复杂，而AVR单片机适合进行快速复杂运算。本设计的电路板上除了ATmega16单片机外，还有2个LG9110电机驱动芯片、2个LM386音频功放芯片，和LM393电压比较器芯片，再加上少量电阻电容和三极管，电路简洁，适合初学者和中级爱好者动手制作。

LCD采用通用1602模块，支持3位控制线4位数据线，如果你采用IO口复用技术，可用6条线控制LCD模块。

此方案涉及光电检测、自动充电、语音识别、超声波测距、键盘（4个碰撞开关）、LCD液晶显示、电机驱动等技术，这些都是动手做简单机器人的基本技术，如果爱好者能把这个机器生命做好，那么你的电路设计、调试经验和编程能力都会有很大的提高。

这个机器生命的技术含量相当于20世纪70年代国际机器人领域的先进水平。当时已经有很多非常精密和复杂的工业机器人被应用，但这种简单的机器人怎么能称作先进呢？因为技术的复杂和技术的先进不是一个概念，复杂+精密不一定等于先进。先进的东西不一定复杂和精密。

A 寻光

我们可以用光电二极管来检测光线强弱。当然也可以用光敏电阻。将光敏电阻和一个固定电阻串联接在电源正负极之间，光敏电阻*近正极一侧。从光敏电阻和固定电阻连接点引出导线接到ATmega16的AD转换输入口。当强光照在光敏电阻时，光敏电阻阻值变小，因此其压降变小，而固定电阻分压增多，引出的AD检测电位升高，被单片机转化为数字量后判断光线增强。机器生命有5个光电传感器，其中4个面向机器人前后左右四个方向，另一个指向太阳能板所面对的方向。通过编程可以让机器人自主移动到光线最强的地方。

B 充电

本设计采用4.8V镍氢充电电池为系统供电。太阳能电池板正负极通过一个三极管与电池正负极相连。有一个电压比较器比较电池电压与太阳能板的压差，如果压差高于某值，比较器控制三极管导通，太阳能电池板对充电电池充电。充电电池电压上升，当高于某值时控制三极管关断，结束充电。为使太阳能板能对电池组充电，要求太阳能板在阳光直射下输出电压高于8V。

C 语音识别

用AVR单片机的高速AD检测功能能实现简单的语音识别。声音信号被驻极体电容话筒接收后送至LM386音频功放芯片放大和过滤后送至单片机AD转换口，单片机对音频信号幅值采样转化为一组数字，然后对这组进行取方差运算，得出一个特征值，该特征值可以用于简单的语音识别。比如你发一个“e”，方差应该比较小，如果你发“p”爆破音，方差应该较大。当然，如果你用更复杂的数据处理，会得到更好的识别效果。本设计使用了2路声音信号，目的是让单片机判断出声源的大体方位。

D 超声波测距

用AVR的1个IO口输出40