智能機(jī)器人作為一個(gè)高新科技的綜合體，直接反應(yīng)了一個(gè)國(guó)家信息技術(shù)的發(fā)展水平，受到了社會(huì)各界的高度重視。最近這些年，在我國(guó)大學(xué)里已經(jīng)將機(jī)器人作為機(jī)械電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能等的載體廣泛適用于工科本科生的講授課程，在中學(xué)，教育機(jī)器人則逐漸成為素質(zhì)教育、技能實(shí)踐活動(dòng)的選題之一，各種機(jī)器人比賽正蓬勃發(fā)展。智能機(jī)器人涉及了信息技術(shù)的幾乎所用內(nèi)容，可以讓學(xué)生接觸并看到信息技術(shù)的全景，并且智能機(jī)器人是信息技術(shù)的開放平臺(tái)，學(xué)生可以充分發(fā)揮想象力去開發(fā)各種智能裝置，從而培養(yǎng)學(xué)生對(duì)信息技術(shù)的開發(fā)能力，在開發(fā)過程中，培養(yǎng)各種能力，激發(fā)學(xué)生的興趣。
　　1 設(shè)計(jì)思想與總體方案
　　1．1 教育機(jī)器人的設(shè)計(jì)思想
　　本教育機(jī)器人以TMS320LF2407A微控制器為核心，由紅外傳感器和光電傳感器等各種傳感器采集的外部環(huán)境信息作為輸入信號(hào)，通過DSP進(jìn)行運(yùn)算處理，利用PWM技術(shù)實(shí)時(shí)輸出調(diào)整小車的速度和方向，實(shí)現(xiàn)小車尋跡、避障、尋跡加避障等自動(dòng)控制的功能，另外在小車于尋跡過
　　程中遇到障礙物，當(dāng)尋跡加避障算法在尋跡的同時(shí)不能完成避障功能時(shí)，可由PC機(jī)與其相連的無線通信收發(fā)模塊和DSP相連的另一無線收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)無線短距離通信，控制小車脫離障礙區(qū)并進(jìn)行正常尋跡。
　　1．2 總體設(shè)計(jì)方案和框圖
　　機(jī)器人小車系統(tǒng)整體框圖如圖1所示，主要有TMS320LF2407A最小系統(tǒng)部分、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器模塊、無線通信模塊構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)由車載的各種傳感器將信息不斷地傳遞給車載微控制器，并將編程設(shè)計(jì)算法下載至微控制器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)整小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，完成一定的功能要求。
　　
　　2 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)
　　2．1 TMS320LF2407A最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　TMS320LF2407A是2000系列中目前應(yīng)用最為廣泛的產(chǎn)品，它在片上不僅具有一個(gè)適于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理的高效處理器，而且還集成了存儲(chǔ)器和適應(yīng)控制領(lǐng)域應(yīng)用的豐富片上外設(shè)，從而構(gòu)成了一個(gè)基本的片上計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。除了具有改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)、多總線結(jié)構(gòu)和流水線結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)外，它還采用高性能靜態(tài) CMOS技術(shù)，電壓降為3．3V，減少了功耗，指令執(zhí)行速度提高到40MIPS，幾乎所有指令都可以在2 5ns的單周期內(nèi)完成。TMS320LF2407A的基本結(jié)構(gòu)包括中央處理器單元（CPU）、存儲(chǔ)器、片內(nèi)外設(shè)與專用硬件電路三個(gè)組成部分。本系統(tǒng)硬件平臺(tái)充分利用TMS320LF2407A控制器的特點(diǎn)采用模塊化設(shè)計(jì)，分為基本電路和擴(kuò)展控制電路部分。基本電路包括電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、A／D 輸入通道和JTAG仿真電路等。擴(kuò)展電路包括存儲(chǔ)器及譯碼電路、串行通信SCI與RS-232接口電路、CAN接口電路、SPI功能模塊等。系統(tǒng)硬件原理框圖如圖2所示。
　　
　　2．2 尋跡模塊設(shè)計(jì)
　　此部分采用光電傳感器對(duì)路面信息進(jìn)行識(shí)別。采用RPR220型光電對(duì)管，RPR220是一種一體化反射型光電探測(cè)器，其發(fā)射器是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，接收管是一個(gè)高靈敏度的硅平面光電三極管，用3個(gè)該紅外對(duì)管構(gòu)成“一”字形排列在小車車頭的底部，路徑軌跡由黑線指示，根據(jù)落在黑線區(qū)域的光電三極管接收到的反射光線強(qiáng)度與白色區(qū)域的不同，由檢測(cè)到的黑線光電管的位置來判斷小車的位置方向看其是否偏離黑線，當(dāng)紅外對(duì)管的發(fā)射二極管發(fā)出紅外線，經(jīng)反射物 （白線）反射到接收管，是接收管集電極與發(fā)射極之間的電阻變小，輸入端電位變低，經(jīng)比較器比較后輸出低電平，當(dāng)紅外線照射到黑線上時(shí)，反射到接收管上的光亮減小，接收管的集電極與發(fā)射極間電阻增大使得輸出高電平，將輸出端信號(hào)送至2407A進(jìn)行分析處理，反射式光電傳感器原理如圖3所示。3個(gè)傳感器中如果位于中間的傳感器（中傳感器）檢測(cè)到黑線，從傳感器將發(fā)出“有線”信號(hào)，后輪兩電機(jī)繼續(xù)接通運(yùn)轉(zhuǎn)，結(jié)果驅(qū)動(dòng)車體前進(jìn)。如果除中傳感器之外，左、右傳感器中的任一個(gè)未檢測(cè)到黑線，則該傳感器輸出“無線”信號(hào)，這時(shí)脫離引導(dǎo)線的傳感器對(duì)側(cè)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止運(yùn)行，同側(cè)電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，以此達(dá)到校正行進(jìn)方向的目的。