當(dāng)今社會(huì)，智能機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣泛?？梢灶A(yù)見，未來智能機(jī)器人的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛，從普通玩具機(jī)器人到工業(yè)控制機(jī)器人，從炒菜機(jī)器人到空間探測機(jī)器人。
該設(shè)計(jì)從全新的思路出發(fā)，制造出一款日?？赏娴闹悄苄≤?。
一是系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。
智能化小車系統(tǒng)原理是將三維坐標(biāo)光學(xué)傳感器安裝在小車上，小車即具有智能感知功能，將隨目標(biāo)物的左右移動(dòng)而隨車移動(dòng)。
該系統(tǒng)包括3個(gè)主要組件：一為三維坐標(biāo)光感傳感器(ETOMS-ET21X111)，用于采集目標(biāo)物體的移動(dòng)坐標(biāo)，使用非常簡單；
二為MCU(EMC-EM78P156)，用于讀取傳感器數(shù)據(jù)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，市面上常用的是EM78P156，使用簡單，價(jià)格低廉；
三為電機(jī)，電機(jī)只需用普通直流電機(jī)即可，由PWM控制。
整個(gè)設(shè)計(jì)的功能簡單概括為：使小車可以跟隨人(或目標(biāo)物)前進(jìn)。單獨(dú)來說需要實(shí)現(xiàn)以下三個(gè)小功能：傳感器能夠正確讀取X,Y,Z的坐標(biāo)值，這是最基本的條件。關(guān)鍵在于MCU能正確判斷X、Z坐標(biāo)值的大小變化。也許有些人會(huì)懷疑，為什么不判斷Y坐標(biāo)的變化？這是因?yàn)樾≤嚐o法上下跳躍(上部和下部為Y軸)。其結(jié)果是，MCU根據(jù)坐標(biāo)值的大小控制電機(jī)轉(zhuǎn)向和電機(jī)PWM的時(shí)間。
硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
光學(xué)傳感器的周邊電路設(shè)計(jì)。
ET21X111是一種性能優(yōu)良的光傳感器，具有X,Y,Z坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸出功能。
有以下特征：
速度數(shù)據(jù)輸出，每秒輸出坐標(biāo)數(shù)據(jù)高達(dá)75幀；
在2.7~3.5V電壓范圍內(nèi)工作的低壓；
以RS232標(biāo)準(zhǔn)的串行數(shù)據(jù)輸出格式輸出坐標(biāo)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)界面都是用來控制曝光的，它們都可以通過軟件來控制，也可以通過硬件來控制?？梢愿鶕?jù)自己的需要選擇合適的。該設(shè)計(jì)采用硬件方式，將四個(gè)接口均設(shè)置為高電平。
二是周圍有光學(xué)感應(yīng)器詳細(xì)的接口電路，由此可知EO4~EO7為高，這是曝光設(shè)置為硬件拉高，也可以在軟件上設(shè)置。當(dāng)IC運(yùn)行時(shí)，RS232端口輸出坐標(biāo)數(shù)據(jù)。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(tǒng)的電源為5V。晶振外接用3.58MHz的IC，上電自動(dòng)復(fù)位后就能正常工作。
MCU接口電路的設(shè)計(jì)。
單片機(jī)周邊控制電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)。L-L+控制左邊路電機(jī)PWM,R+控制右路電機(jī)PWM。RS232接收輸入的傳感器坐標(biāo)。集成電路在3.3V電壓下工作，上機(jī)后自動(dòng)復(fù)位。該系統(tǒng)時(shí)鐘采用4MHz的外部晶振。
三、左轉(zhuǎn)電機(jī)控制電路。
右邊的電機(jī)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LOW，以免造成短路。
軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
在系統(tǒng)上電之后，首先進(jìn)行初始化，設(shè)置EMC78P156的寄存器，以便能夠中斷標(biāo)志寄存器，等待中斷。
當(dāng)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(biāo)志并保護(hù)現(xiàn)場，然后讀取并解析XYZ坐標(biāo)值，將其分為以下幾種情況。
判斷X軸變化，當(dāng)X值大于14小于17時(shí)，電機(jī)不左右轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)Z值大于14小于17時(shí)，電機(jī)不左右轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)Z值大于14小于17時(shí)，電機(jī)不左右轉(zhuǎn)動(dòng)。
如果X軸坐標(biāo)值大于17，則判定Z軸坐標(biāo)，若Z值大于17，則將右電機(jī)換向，然后將左電機(jī)轉(zhuǎn)向；若Z值小于14，則將左電機(jī)轉(zhuǎn)向，然后將左電機(jī)轉(zhuǎn)向，否則，電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。
傳感器設(shè)計(jì)技巧。
ET21X111對紅外光譜響應(yīng)最好，但是自然光中含有大量的紅外光，因此強(qiáng)烈的自然光會(huì)影響傳感器的數(shù)據(jù)，造成輸出坐標(biāo)與實(shí)際坐標(biāo)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(yīng)用要視情況而定。
電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)技巧。
在設(shè)計(jì)控制電機(jī)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，所以程序在開始時(shí)要將Q3、Q4的兩個(gè)I/O設(shè)為HI(Q3、Q4為PNP管，如果為NPN管則I/O設(shè)為LOW)，以防止上電時(shí)兩個(gè)I/O均為LOW，從而使Q3、Q4導(dǎo)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(dǎo)。
MCU的設(shè)計(jì)技巧。
當(dāng)電刷直流電機(jī)啟動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的電源毛刺。這樣會(huì)嚴(yán)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(shè)計(jì)技巧。
在運(yùn)行過程中，需要一邊讀取傳感器傳遞的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，一邊控制電機(jī)的PWM輸出信號；每隔12ms傳感器就會(huì)輸出一次坐標(biāo)數(shù)據(jù)，因此最好的方法是使用中斷來讀取傳感器數(shù)據(jù)，同時(shí)執(zhí)行PWM輸出的動(dòng)作，而不需要輸出數(shù)據(jù)。
深圳市力準(zhǔn)傳感技術(shù)有限公司是專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)高品質(zhì)、高精度力值測量傳感器的廠家。主要產(chǎn)品有微型傳感器、拉壓傳感器、S型傳感器、稱重傳感器、測力傳感器、扭矩傳感器、位移傳感器、等力控產(chǎn)品達(dá)千余種。
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