TMS320LF2407A實(shí)現教育機器人硬件平臺

2.2 尋跡模塊設計

　　此部分采用光電傳感器對路面信息進(jìn)行識別。采用RPR220型光電對管，RPR220是一種一體化反射型光電探測器，其發(fā)射器是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，接收管是一個(gè)高靈敏度的硅平面光電三極管，用3個(gè)該紅外對管構成“一”字形排列在小車(chē)車(chē)頭的底部，路徑軌跡由黑線(xiàn)指示，根據落在黑線(xiàn)區域的光電三極管接收到的反射光線(xiàn)強度與白色區域的不同，由檢測到的黑線(xiàn)光電管的位置來(lái)判斷小車(chē)的位置方向看其是否偏離黑線(xiàn)，當紅外對管的發(fā)射二極管發(fā)出紅外線(xiàn)，經(jīng)反射物 (白線(xiàn))反射到接收管，是接收管集電極與發(fā)射極之間的電阻變小，輸入端電位變低，經(jīng)比較器比較后輸出低電平，當紅外線(xiàn)照射到黑線(xiàn)上時(shí)，反射到接收管上的光亮減小，接收管的集電極與發(fā)射極間電阻增大使得輸出高電平，將輸出端信號送至2407A進(jìn)行分析處理，反射式光電傳感器原理如圖3所示。3個(gè)傳感器中如果位于中間的傳感器(中傳感器)檢測到黑線(xiàn)，從傳感器將發(fā)出“有線(xiàn)”信號，后輪兩電機繼續接通運轉，結果驅動(dòng)車(chē)體前進(jìn)。如果除中傳感器之外，左、右傳感器中的任一個(gè)未檢測到黑線(xiàn)，則該傳感器輸出“無(wú)線(xiàn)”信號，這時(shí)脫離引導線(xiàn)的傳感器對側的驅動(dòng)電機停止運行，同側電機繼續運行，以此達到校正行進(jìn)方向的目的。

　　2.3 紅外避障模塊設計

　　在小車(chē)行進(jìn)過(guò)程中遇到障礙物，無(wú)法正常通過(guò)時(shí)，采用紅外線(xiàn)檢測器檢測障礙物，并設計算法控制小車(chē)繞開(kāi)障礙物繼續尋跡前進(jìn)。在小車(chē)前端兩側分別安裝1個(gè)紅外發(fā)射二極管(如東芝TLN110)進(jìn)行紅外信號的發(fā)射，紅外線(xiàn)光源發(fā)出的信號調制到38kHz，使用2407A的PWM輸出產(chǎn)生精確的信號。紅外接收器由安裝在車(chē)頭中央的專(zhuān)用紅外接收模塊(如CRVPl738)對紅外信號進(jìn)行接收。小車(chē)前進(jìn)路線(xiàn)中障礙物的判斷原則：a.左邊紅外發(fā)射二極管發(fā)射信號，檢測中央接收端，判斷是否接收到信號;b.右邊紅外發(fā)射二極管發(fā)射信號，檢測中央接收端，判斷是否接收到信號;c.若左邊發(fā)射時(shí)，有信號接收則小車(chē)左邊有障礙物;若右邊發(fā)射時(shí)，有信號接收則小車(chē)右邊有障礙物;若左邊和右邊發(fā)射時(shí)，都有信號接收則小車(chē)正前方有障礙物。

　　在小車(chē)前進(jìn)過(guò)程中有三種避障算法：沿左邊行走，沿右邊行走，左右相結合行走。本設計要實(shí)現在多種環(huán)境下都能避障，所以選擇左右結合行走的算法。在小車(chē)左、右側兩側等比例安裝若干紅外測距傳感器(GP2D12)，用于防止小車(chē)在避障過(guò)程中與障礙物發(fā)生碰撞，由于GP2-D12輸出為0.4～2.4V的模擬信號，對應80～10cm距離，輸出與距離成反比關(guān)系，且為非線(xiàn)性，可直接利用2407A集成的A/D轉換功能，進(jìn)行A/D轉換得到相應參數，根據參數由 DSP進(jìn)行相應處理，進(jìn)行避障前進(jìn)。在避障過(guò)程中，采用接近式控制策略，維持障礙物和傳感器之間的距離為一固定常數，當兩者距離偏小時(shí)，機器人向遠離障礙物的方向旋轉;當兩者距離偏大時(shí)，向靠近障礙物的方向旋轉。小車(chē)沿障礙物行進(jìn)過(guò)程中，在車(chē)頭底部光電傳感器檢測到黑線(xiàn)時(shí)，小車(chē)開(kāi)始調整行進(jìn)姿勢，遠離障礙物，繼續尋跡。另外在小車(chē)無(wú)法成功繞過(guò)障礙物繼續尋跡時(shí)，可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信模塊控制小車(chē)繞過(guò)障礙物使其繼續尋跡。

　　2.4 無(wú)線(xiàn)通信模塊設計

　　在機器人無(wú)法成功避障的情況下，可通過(guò)DSP與上位機(PC機)之間的通信協(xié)作來(lái)完成避障任務(wù)。DSP與PC機之間的通信方式分為有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩種，多數采用串行通信。在本設計中采用無(wú)線(xiàn)通信方式，可以克服有線(xiàn)通信造成的操作不便。PTR2000是基于nRF401器件的無(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊，具有低頻發(fā)射、靈敏度高的特點(diǎn)，使其在嵌入式短程無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品中得到廣泛的應用。要實(shí)現DSP與PC機之間的無(wú)線(xiàn)通信，需在DSP與小車(chē)車(chē)體分別安裝一個(gè) PTR2000器件，其系統硬件結構框圖如圖4所示。通過(guò)2407A的RXD和TXD引腳與PTR2000的DO和DI引腳直接相連，2407A的控制引腳與PTR2000模式控制引腳相連完成PTR2000于DSP之間的連接，通過(guò)采用MAX232器件在PTR2000和計算機串口進(jìn)行RS-232和 TTL電平之間的轉換后，完成PTR2000和PC機串口的連接。在DSP和PC機端軟件配合設置PTR2000的狀態(tài)(發(fā)射或接收)，選擇固定的通信頻道，并讓PTR2000一直處于正常工作狀態(tài)，再通過(guò)設計軟件系統實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信的功能。

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