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基于光學(xué)傳感器的智能玩具小車(chē)設(shè)計(jì)
2010-12-23 15:02:17
智能機(jī)器人在當(dāng)今社會(huì)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。從普通的玩具機(jī)器人到工業(yè)控制機(jī)器人,，從能夠炒菜的機(jī)器人到可以進(jìn)行太空探測(cè)的機(jī)器人,，可以預(yù)見(jiàn)今后智能機(jī)器人的應(yīng)用將更加廣泛,。普通的無(wú)線遙控車(chē)大家都很熟悉,，任天堂的電玩WII大家也都覺(jué)得很神奇,。熟悉的不好玩,，神奇的又玩不起,，可能是很多人遇到的共同問(wèn)題。本設(shè)計(jì)從全新的思維角度出發(fā),，制作一個(gè)日常生活可以玩的智能小車(chē),，以饗有共同愛(ài)好的讀者。
系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
智能小車(chē)系統(tǒng)原理是,，將三維坐標(biāo)傳感器安裝在小車(chē)上,，小車(chē)即具有智能感知功能，就會(huì)隨著目標(biāo)物的前后左右移動(dòng)而跟著移動(dòng),。系統(tǒng)主要有3個(gè)組件：一為三維坐標(biāo)光感傳感器（ETOMS-ET21X111）,用于采集目標(biāo)物的移動(dòng)坐標(biāo),，該傳感器使用非常簡(jiǎn)單；二為MCU（EMC-EM78P156）,，讀取傳感器數(shù)據(jù)控制馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng),，EM78P156是市面上常見(jiàn)的MCU，使用簡(jiǎn)單,，價(jià)格便宜,；三是馬達(dá)，馬達(dá)選用普通直流馬達(dá)即可，采用PWM控制,。系統(tǒng)整體框架如圖1所示,。
該設(shè)計(jì)的整體功能簡(jiǎn)單概括起來(lái)就是：讓小車(chē)能夠跟著人（或是目標(biāo)物）走。分開(kāi)來(lái)講需要實(shí)現(xiàn)以下3個(gè)小功能：傳感器能夠正確讀取X,、Y,、Z的坐標(biāo)值，這是首要條件,。MCU能夠正確判斷X,、Z坐標(biāo)值的大小變化，這是關(guān)鍵,?？赡苡腥藭?huì)有疑問(wèn)，為什么不判斷Y坐標(biāo)變化呢,？那是因?yàn)樾≤?chē)不能上下跳躍（上下方為Y軸）,。MCU根據(jù)坐標(biāo)值的大小變化控制馬達(dá)轉(zhuǎn)向及馬達(dá)PWM的時(shí)間，這是結(jié)果,。
硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1 傳感器周邊電路設(shè)計(jì)
ETOMS-ET21X111是一款高性能具有X、Y,、Z坐標(biāo)資料輸出功能的光感傳感器,。具有如下特點(diǎn)：高速資料輸出，每秒鐘輸出坐標(biāo)資料高達(dá)75frame,；低電壓工作,，電壓范圍2.7～3.5V；采用標(biāo)準(zhǔn)RS232串行資料輸出格式輸出坐標(biāo)值,；使用外部晶振,，范圍0.5～12MHz，通常采用3.58MHz,；具有可控制曝光接口EO4～EO7,。
EO4～EO7這四個(gè)接口是用于曝光控制的，既可以用軟件進(jìn)行控制,，也可以用硬件的方式進(jìn)行控制,。根據(jù)自己的需要選擇合適的即可。本設(shè)計(jì)采用硬件的方式將這四個(gè)接口全部置為高電平,。
傳感器周邊詳細(xì)的接口電路如圖2所示,，從圖2中可知EO4～EO7為高，這是曝光設(shè)置為硬件拉高,，也可以在軟件中設(shè)置,。IC正常工作時(shí)，坐標(biāo)數(shù)據(jù)由RS232端口輸出。注意圖2中的4個(gè)LED為紅外LED,。IC工作電壓是3.3V,，系統(tǒng)采用5V供電。IC采用3.58MHz外接晶振,，上電自動(dòng)復(fù)位后即可正常工作,。
2 MCU接口電路設(shè)計(jì)
MCU周邊控制電路詳細(xì)設(shè)計(jì)如圖3所示。圖3中L,、L+控制左邊路馬達(dá)PWM,，R、R+控制右路馬達(dá)PWM,。RS232接收傳感器坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸入,。IC工作于3.3V電壓，上電后自動(dòng)復(fù)位,。系統(tǒng)時(shí)鐘采用4MHz外接晶振,。
3 左路馬達(dá)控制電路
左路馬達(dá)控制電路如圖4所示。右路馬達(dá)控制電路同左路的一樣,，圖中Q3,、Q4采用PNP管，L和L+不可同時(shí)為L(zhǎng)OW,，以免造成短路,。
