基于DSP的自动避障小车的设计方案

近年来研究移动机器人倍受重视，仿照生物功能发明的各种移动机器人越来越多，小到娱乐机器人玩具、家用服务机器人，大到矿产勘测、工程探险、军事侦察机器人等。避障小车是一种移动机器人，它通过传感器系统感知外界环境，在复杂环境中自主移动并完成避障，一般采用超声波、红外、激光、CCD等传感器设计。由于红外传感器探测视角小。方向性强，测量精度高，价格便宜，而且可在夜间工作，因此红外传感器作为视觉应用于移动机器人避障。本设计是以TI公司生产的TMS320LF2407型DSP为核心，采集环境信息并控制智能小车，3个红外发收传感器检测智能小车前方的障碍物，并且根据障碍物位置进行自动避障。
　　1 自动避障小车总体设计
　　该系统主要由DSP控制、电机驱动、电源、测速以及视觉等模块组成，其结构如图1所示。
　　
　　小车为3轮结构，前面2个轮分别由2个电机独立驱动控制，后面1个万向轮作为支撑轮。小车安装有3个红外传感器，分别位于车头的左、中、右部位，用于采集环境信息。车体规格为：车身板距地7．5 cm，车长25 cm，车宽12 cm，车轮半径5．5 cm。速度控制采用定频调宽的PWM调速，并应用速度反馈和闭环PID控制，从而实现小车精确的速度和位置控制。
　　2 自动避障小车的硬件设计
　　该系统以DSP TMS320LF2407A为核心，该DSP片内资源丰富，具有电机控制的独特资源，12路脉宽调制（PWM）输出。视觉模块采用E3FDS3-0P1型红外传感器，有效探测距离为30 cm，探测角度30°。将3个红外传感器分别接至I／OPE接口的I／OPE4、I／OPE5和I／OPE6。由于光电开关正常状态时信号高电平为5 V，而DSP标准高电平为3．3 V，所以应在光电开关与DSP之间串联分压电阻。电源采用12 V蓄电池供电。DSP是以+3．3 V电压供电，因此必须将+12 V标准电压转换成+3．3 V。该系统采用LM7805与MAX604作为电源转换器。12 V电源首先经LM7805调压到5 V，先将5 V电压送入红外传感器，再送入MAX604降压为3．3 V，如图2所示。
　　
　　采用L298驱动电机，0UTl，0UT2分别与小车的一个电机的正负极相连；OUT3，OUT4分别与小车的另一个电机的正负极相连；L298的INl和IN2引脚分别与DSP的IOPE0（方向4）、IOPE1（方向3）引脚连接，用于接收主控器件输出的转向电机的动作指令，并通过0UTl和OUT2控制左电机的正转与反转，L298的IN3，IN4引脚分别与DSP的IOPE2（方向2）、IOPE3（方向1）引脚连接，用于接收主控器件输出的驱动电机的动作指令，并通过0U113，OUT4控制前方右电机的正转与反转，而ENA和ENB引脚分别连接到DSP的IOPE0（PWM3）、IOPEl（PWM4）引脚，用于控制电机的速度，