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基于DSP的自動避障小車
摘要: 本設計是以TI公司生產的TMS320LF2407型DSP為核心,采集環境信息并控制智能小車,3個紅外發收傳感器檢測智能小車前方的障礙物,并且根據障礙物位置進行自動避障。
Abstract:
Key words :

       近年來研究移動機器人倍受重視,仿照生物功能發明的各種移動機器人越來越多,小到娛樂機器人玩具、家用服務機器人,大到礦產勘測、工程探險、軍事偵察機器人等。避障小車是一種移動機器人,它通過傳感器系統感知外界環境,在復雜環境中自主移動并完成避障,一般采用超聲波、紅外、激光、CCD等傳感器設計。由于紅外傳感器探測視角小。方向性強,測量精度高,價格便宜,而且可在夜間工作,因此紅外傳感器作為視覺應用于移動機器人避障。本設計是以TI公司生產的TMS320LF2407DSP為核心,采集環境信息并控制智能小車,3個紅外發收傳感器檢測智能小車前方的障礙物,并且根據障礙物位置進行自動避障。

  1 自動避障小車總體設計

  該系統主要由DSP控制、電機驅動、電源、測速以及視覺等模塊組成,其結構如圖1所示。

 

  小車為3輪結構,前面2個輪分別由2個電機獨立驅動控制,后面1個萬向輪作為支撐輪。小車安裝有3個紅外傳感器,分別位于車頭的左、中、右部位,用于采集環境信息。車體規格為: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寬的PWM調速,并應用速度反饋和閉環PID控制,從而實現小車精確的速度和位置控制。

  2 自動避障小車的硬件設計

  該系統以DSP TMS320LF2407A為核心,該DSP片內資源豐富,具有電機控制的獨特資源,12路脈寬調制(PWM)輸出。視覺模塊采用E3FDS3-0P1型紅外傳感器,有效探測距離為30 cm,探測角度30°。將3個紅外傳感器分別接至I/OPE接口的I/OPE4、I/OPE5和I/OPE6。由于光電開關正常狀態時信號高電平為5 V,而DSP標準高電平為3.3 V,所以應在光電開關與DSP之間串聯分壓電阻。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標準電壓轉換成+3.3 V。該系統采用LM7805與MAX604作為電源轉換器。12 V電源首先經LM7805調壓到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驅動電機,0UTl,0UT2分別與小車的一個電機的正負極相連;OUT3,OUT4分別與小車的另一個電機的正負極相連;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向電機的動作指令,并通過0UTl和OUT2控制左電機的正轉與反轉,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動電機的動作指令,并通過0U113,OUT4控制前方右電機的正轉與反轉,而ENA和ENB引腳分別連接到DSP的IOPE0(PWM3)、IOPEl(PWM4)引腳,用于控制電機的速度,

  其電路原理圖如圖3所示。

 

  L298分別控制并調整前面2個電機的旋轉方向,控制小車的前進、后退、向左、向右、停止。由于小車采用三輪結構,前面2個輪既是動力輪又是方向輪,當INl、IN2、ENA分別為l、0、1,同時IN3、IN4、ENB分別為0、l、l時,小車前進;當INl、IN2、ENA分別為1、O、l,同時IN3、IN4、ENB分別為l、0、l時,小車右轉;當INl、IN2、ENA分別為0、1,1,同時IN3、IN4、ENB分別為1、0、1時,小車左轉。

  采用測速電機測量電機轉速,以此判斷速度。電機轉速轉換為電脈沖信號,其輸出經過HD74HCl4P(HD74HCl4P內部有若干反相器電路,可完成寄存器復位),送至DSP的PA3(CAPl)和PA4(CAP2)引腳,根據軟件設置使計數器對脈沖信號上升沿進行遞增計數。如圖4所示。

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