基于DSP的自動(dòng)避障小車的設(shè)計(jì)方案

近年來研究移動(dòng)機(jī)器人倍受重視，仿照生物功能發(fā)明的各種移動(dòng)機(jī)器人越來越多，小到娛樂機(jī)器人玩具、家用服務(wù)機(jī)器人，大到礦產(chǎn)勘測(cè)、工程探險(xiǎn)、軍事偵察機(jī)器人等。避障小車是一種移動(dòng)機(jī)器人，它通過傳感器系統(tǒng)感知外界環(huán)境，在復(fù)雜環(huán)境中自主移動(dòng)并完成避障，一般采用超聲波、紅外、激光、CCD等傳感器設(shè)計(jì)。由于紅外傳感器探測(cè)視角小。方向性強(qiáng)，測(cè)量精度高，價(jià)格便宜，而且可在夜間工作，因此紅外傳感器作為視覺應(yīng)用于移動(dòng)機(jī)器人避障。本設(shè)計(jì)是以TI公司生產(chǎn)的TMS320LF2407型DSP為核心，采集環(huán)境信息并控制智能小車，3個(gè)紅外發(fā)收傳感器檢測(cè)智能小車前方的障礙物，并且根據(jù)障礙物位置進(jìn)行自動(dòng)避障。
　　1 自動(dòng)避障小車總體設(shè)計(jì)
　　該系統(tǒng)主要由DSP控制、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電源、測(cè)速以及視覺等模塊組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
　　
　　小車為3輪結(jié)構(gòu)，前面2個(gè)輪分別由2個(gè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)控制，后面1個(gè)萬向輪作為支撐輪。小車安裝有3個(gè)紅外傳感器，分別位于車頭的左、中、右部位，用于采集環(huán)境信息。車體規(guī)格為：車身板距地7．5 cm，車長25 cm，車寬12 cm，車輪半徑5．5 cm。速度控制采用定頻調(diào)寬的PWM調(diào)速，并應(yīng)用速度反饋和閉環(huán)PID控制，從而實(shí)現(xiàn)小車精確的速度和位置控制。
　　2 自動(dòng)避障小車的硬件設(shè)計(jì)
　　該系統(tǒng)以DSP TMS320LF2407A為核心，該DSP片內(nèi)資源豐富，具有電機(jī)控制的獨(dú)特資源，12路脈寬調(diào)制（PWM）輸出。視覺模塊采用E3FDS3-0P1型紅外傳感器，有效探測(cè)距離為30 cm，探測(cè)角度30°。將3個(gè)紅外傳感器分別接至I／OPE接口的I／OPE4、I／OPE5和I／OPE6。由于光電開關(guān)正常狀態(tài)時(shí)信號(hào)高電平為5 V，而DSP標(biāo)準(zhǔn)高電平為3．3 V，所以應(yīng)在光電開關(guān)與DSP之間串聯(lián)分壓電阻。電源采用12 V蓄電池供電。DSP是以+3．3 V電壓供電，因此必須將+12 V標(biāo)準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn)換成+3．3 V。該系統(tǒng)采用LM7805與MAX604作為電源轉(zhuǎn)換器。12 V電源首先經(jīng)LM7805調(diào)壓到5 V，先將5 V電壓送入紅外傳感器，再送入MAX604降壓為3．3 V，如圖2所示。
　　
　　采用L298驅(qū)動(dòng)電機(jī)，0UTl，0UT2分別與小車的一個(gè)電機(jī)的正負(fù)極相連；OUT3，OUT4分別與小車的另一個(gè)電機(jī)的正負(fù)極相連；L298的INl和IN2引腳分別與DSP的IOPE0（方向4）、IOPE1（方向3）引腳連接，用于接收主控器件輸出的轉(zhuǎn)向電機(jī)的動(dòng)作指令，并通過0UTl和OUT2控制左電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，L298的IN3，IN4引腳分別與DSP的IOPE2（方向2）、IOPE3（方向1）引腳連接，用于接收主控器件輸出的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)作指令，并通過0U113，OUT4控制前方右電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，而ENA和ENB引腳分別連接到DSP的IOPE0（PWM3）、IOPEl（PWM4）引腳，用于控制電機(jī)的速度，