當今社會，智能機器人的應用越來越廣泛。可以預見，未來智能機器人的應用將會越來越廣泛，從普通玩具機器人到工業控制機器人，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，制造出一款日常可玩的智能小車。

一是系統的總體設計。

智能化小車系統原理是將三維坐標光學傳感器安裝在小車上，小車即具有智能感知功能，將隨目標物的左右移動而隨車移動。

該系統包括3個主要組件：一為三維坐標光感傳感器(ETOMS-ET21X111)，用于采集目標物體的移動坐標，使用非常簡單；

二為MCU(EMC-EM78P156)，用于讀取傳感器數據，控制電機轉動，市面上常用的是EM78P156，使用簡單，價格低廉；

三為電機，電機只需用普通直流電機即可，由PWM控制。

整個設計的功能簡單概括為：使小車可以跟隨人(或目標物)前進。單獨來說需要實現以下三個小功能：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。也許有些人會懷疑，為什么不判斷Y坐標的變化？這是因為小車無法上下跳躍(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的時間。

硬件系統的設計與實現。

光學傳感器的周邊電路設計。

ET21X111是一種性能優良的光傳感器，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。可以根據自己的需要選擇合適的。該設計采用硬件方式，將四個接口均設置為高電平。

二是周圍有光學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，RS232端口輸出坐標數據。請注意圖2中4個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，上機后自動復位。該系統時鐘采用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+不可同時為LOW，以免造成短路。

軟件體系結構設計。

在系統上電之后，首先進行初始化，設置EMC78P156的寄存器，以便能夠中斷標志寄存器，等待中斷。

當發生中斷時進入中斷處理子程序，首先要關閉中斷標志并保護現場，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，電機不左右轉動；當Z值大于14小于17時，電機不左右轉動；當Z值大于14小于17時，電機不左右轉動。

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。

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影響傳感器的數據，造成輸出坐標與實際坐標的偏差較大，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要注意：由于MCU上電時I/O的狀態不確定，所以程序在開始時要將Q3、Q4的兩個I/O設為HI(Q3、Q4為PNP管，如果為NPN管則I/O設為LOW)，以防止上電時兩個I/O均為LOW，從而使Q3、Q4導通形成短路。另需注意的是Q3、Q4在同一時間只能有一個引導。

MCU的設計技巧。

當電刷直流電機啟動或轉動時，會產生大量的電源毛刺。這樣會嚴重影響MCU的工作，所以請加入這個LCπ型濾波器電路。

程序設計技巧。

在運行過程中，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傳感器就會輸出一次坐標數據，因此最好的方法是使用中斷來讀取傳感器數據，同時執行PWM輸出的動作，而不需要輸出數據。

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