基于DSPTMS320LF2407的自动避障小车设计

　　移动机器人是集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统?。近年来，对移动机器人的研究受到广泛的重视，仿照生物的功能而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，大到工程探险、反恐防爆、军事侦察机器人等，人们已经清楚地体会到地面移动机器人作为移动机器平台的优越性。移动机器人能够移动到固定式机器人无法到达的预定目标，完成设定的操作任务。相应地，这些领域对所应用的移动机器人系统也提出了更高的要求，特别是在机器人的运动速度、灵活性、自主性、作业能力等方面的要求越来越高。避障与导航是移动机器人研究的核心问题之一。使移动机器人无碰撞到达终点，需解决两方面的基本问题。一是在运动过程中利用传感器感知周围未知环境;二是采用适当的算法进行路径规划来实现机器人的实时避障。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，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。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，用于接收主控器件输出的驱动电机的动作指令，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。

　　其电路原理图如图3所示。

　　L298分别控制并调整前面2个电机的旋转方向，控制小车的前进、后退、向左、向右、停止。小车采用三轮结构，前面2个轮既是动力轮又是方向轮，当INl、IN2、ENA分别为l、0、1，同时IN3、IN4、ENB分别为0、l、l时，小车前进;当INl、IN2、ENA分别为1、O、l，同时IN3、IN4、ENB分别为l、0、l时，小车右转;当INl、IN2、ENA分别为0、1，1，与此同时IN3、IN4、ENB分别为1、0、1时，小车左转。