近年來研究移動機(jī)器人倍受重視，仿照生物功能發(fā)明的各種移動機(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、工程探險、軍事偵察機(jī)器人等。避障小車是一種移動機(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)境中自主移動并完成避障，一般采用超聲波、紅外、激光、CCD等傳感器設(shè)計。由于紅外傳感器探測視角小。方向性強(qiáng)，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(yīng)用于移動機(jī)器人避障。本設(shè)計是以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個紅外發(fā)收傳感器檢測智能小車前方的障礙物，并且根據(jù)障礙物位置進(jìn)行自動避障。
1 自動避障小車總體設(shè)計
該系統(tǒng)主要由DSP控制、電機(jī)驅(qū)動、電源、測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個輪分別由2個電機(jī)獨立驅(qū)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(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，從而實現(xiàn)小車精確的速度和位置控制。
2 自動避障小車的硬件設(shè)計
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(guān)正常狀態(tài)時信號高電平為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)動電機(jī)，0UTl，0UT2分別與小車的一個電機(jī)的正負(fù)極相連；OUT3，OUT4分別與小車的另一個電機(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)動電機(jī)的動作指令，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，
其電路原理圖如圖3所示。
L298分別控制并調(diào)整前面2個電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，控制小車的前進(jìn)、后退、向左、向右、停止。由于小車采用三輪結(jié)構(gòu)，前面2個輪既是動力輪又是方向輪，當(dāng)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(jìn)；當(dāng)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(zhuǎn)；當(dāng)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(zhuǎn)。
采用測速電機(jī)測量電機(jī)轉(zhuǎn)速，以此判斷速度。電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，其輸出經(jīng)過HD74HCl4P(HD74HCl4P內(nèi)部有若干反相器電路，可完成寄存器復(fù)位)，送至DSP的PA3(CAPl)和PA4(CAP2)引腳，根據(jù)軟件設(shè)置使計數(shù)器對脈沖信號上升沿進(jìn)行遞增計數(shù)。如圖4所示。
