當今社會(huì )，智能機器人的應用越來(lái)越廣泛?？梢灶A見(jiàn)，未來(lái)智能機器人的應用將會(huì )越來(lái)越廣泛，從普通玩具機器人到工業(yè)控制機器人，從炒菜機器人到空間探測機器人。
該設計從全新的思路出發(fā)，制造出一款日?？赏娴闹悄苄≤?chē)。
一是系統的總體設計。
智能化小車(chē)系統原理是將三維坐標光學(xué)傳感器安裝在小車(chē)上，小車(chē)即具有智能感知功能，將隨目標物的左右移動(dòng)而隨車(chē)移動(dòng)。
該系統包括3個(gè)主要組件：一為三維坐標光感傳感器(ETOMS-ET21X111)，用于采集目標物體的移動(dòng)坐標，使用非常簡(jiǎn)單；
二為MCU(EMC-EM78P156)，用于讀取傳感器數據，控制電機轉動(dòng)，市面上常用的是EM78P156，使用簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉；
三為電機，電機只需用普通直流電機即可，由PWM控制。
整個(gè)設計的功能簡(jiǎn)單概括為：使小車(chē)可以跟隨人(或目標物)前進(jìn)。單獨來(lái)說(shuō)需要實(shí)現以下三個(gè)小功能：傳感器能夠正確讀取X,Y,Z的坐標值，這是最基本的條件。關(guān)鍵在于MCU能正確判斷X、Z坐標值的大小變化。也許有些人會(huì )懷疑，為什么不判斷Y坐標的變化？這是因為小車(chē)無(wú)法上下跳躍(上部和下部為Y軸)。其結果是，MCU根據坐標值的大小控制電機轉向和電機PWM的時(shí)間。
硬件系統的設計與實(shí)現。
光學(xué)傳感器的周邊電路設計。
ET21X111是一種性能優(yōu)良的光傳感器，具有X,Y,Z坐標數據輸出功能。
有以下特征：
速度數據輸出，每秒輸出坐標數據高達75幀；
在2.7~3.5V電壓范圍內工作的低壓；
以RS232標準的串行數據輸出格式輸出坐標值；
采用外置晶振，范圍在0.5~12MHz，一般為3.58MHz；
有可控制的曝光界面EO4~EO7。
一是這四個(gè)界面都是用來(lái)控制曝光的，它們都可以通過(guò)軟件來(lái)控制，也可以通過(guò)硬件來(lái)控制?？梢愿鶕约旱男枰x擇合適的。該設計采用硬件方式，將四個(gè)接口均設置為高電平。
二是周?chē)泄鈱W(xué)感應器詳細的接口電路，由此可知EO4~EO7為高，這是曝光設置為硬件拉高，也可以在軟件上設置。當IC運行時(shí)，RS232端口輸出坐標數據。請注意圖2中4個(gè)LED是IRLED。集成電路的工作電壓為3.3V，系統的電源為5V。晶振外接用3.58MHz的IC，上電自動(dòng)復位后就能正常工作。
MCU接口電路的設計。
單片機周邊控制電路的詳細設計。L-L+控制左邊路電機PWM,R+控制右路電機PWM。RS232接收輸入的傳感器坐標。集成電路在3.3V電壓下工作，上機后自動(dòng)復位。該系統時(shí)鐘采用4MHz的外部晶振。
三、左轉電機控制電路。
右邊的電機控制電路與左邊的相同，Q3、Q4采用PNP管，L+和L+不可同時(shí)為L(cháng)OW，以免造成短路。
軟件體系結構設計。
在系統上電之后，首先進(jìn)行初始化，設置EMC78P156的寄存器，以便能夠中斷標志寄存器，等待中斷。
當發(fā)生中斷時(shí)進(jìn)入中斷處理子程序，首先要關(guān)閉中斷標志并保護現場(chǎng)，然后讀取并解析XYZ坐標值，將其分為以下幾種情況。
判斷X軸變化，當X值大于14小于17時(shí)，電機不左右轉動(dòng)；當Z值大于14小于17時(shí)，電機不左右轉動(dòng)；當Z值大于14小于17時(shí)，電機不左右轉動(dòng)。
如果X軸坐標值大于17，則判定Z軸坐標，若Z值大于17，則將右電機換向，然后將左電機轉向；若Z值小于14，則將左電機轉向，然后將左電機轉向，否則，電機不轉動(dòng)。
傳感器設計技巧。
ET21X111對紅外光譜響應最好，但是自然光中含有大量的紅外光，因此強烈的自然光會(huì )影響傳感器的數據，造成輸出坐標與實(shí)際坐標的偏差較大，解決方法是加濾光片，但這也只能起到衰減作用，具體應用要視情況而定。
電機控制電路設計技巧。
在設計控制電機正反向電路時(shí)要注意：由于MCU上電時(shí)I/O的狀態(tài)不確定，所以程序在開(kāi)始時(shí)要將Q3、Q4的兩個(gè)I/O設為HI(Q3、Q4為PNP管，如果為NPN管則I/O設為L(cháng)OW)，以防止上電時(shí)兩個(gè)I/O均為L(cháng)OW，從而使Q3、Q4導通形成短路。另需注意的是Q3、Q4在同一時(shí)間只能有一個(gè)引導。
MCU的設計技巧。
當電刷直流電機啟動(dòng)或轉動(dòng)時(shí)，會(huì )產(chǎn)生大量的電源毛刺。這樣會(huì )嚴重影響MCU的工作，所以請加入這個(gè)LCπ型濾波器電路。
程序設計技巧。
在運行過(guò)程中，需要一邊讀取傳感器傳遞的坐標數據，一邊控制電機的PWM輸出信號；每隔12ms傳感器就會(huì )輸出一次坐標數據，因此最好的方法是使用中斷來(lái)讀取傳感器數據，同時(shí)執行PWM輸出的動(dòng)作，而不需要輸出數據。
深圳市力準傳感技術(shù)有限公司是專(zhuān)業(yè)研發(fā)生產(chǎn)高品質(zhì)、高精度力值測量傳感器的廠(chǎng)家。主要產(chǎn)品有微型傳感器、拉壓傳感器、S型傳感器、稱(chēng)重傳感器、測力傳感器、扭矩傳感器、位移傳感器、等力控產(chǎn)品達千余種。
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