基于DSP的自動(dòng)避障小車(chē)
1 自動(dòng)避障小車(chē)總體設計
該系統主要由DSP控制、電機驅動(dòng)、電源、測速以及視覺(jué)等模塊組成,其結構如圖1所示。
小車(chē)為3輪結構,前面2個(gè)輪分別由2個(gè)電機獨立驅動(dòng)控制,后面1個(gè)萬(wàn)向輪作為支撐輪。小車(chē)安裝有3個(gè)紅外傳感器,分別位于車(chē)頭的左、中、右部位,用于采集環(huán)境信息。車(chē)體規格為:車(chē)身板距地7.5 cm,車(chē)長(cháng)25 cm,車(chē)寬12 cm,車(chē)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(huán)PID控制,從而實(shí)現小車(chē)精確的速度和位置控制。
2 自動(dòng)避障小車(chē)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(jué)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(gè)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(kāi)關(guān)正常狀態(tài)時(shí)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(kāi)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(jīng)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(dòng)電機,0UTl,0UT2分別與小車(chē)的一個(gè)電機的正負極相連;OUT3,OUT4分別與小車(chē)的另一個(gè)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(dòng)作指令,并通過(guò)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(dòng)電機的動(dòng)作指令,并通過(guò)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(gè)電機的旋轉方向,控制小車(chē)的前進(jìn)、后退、向左、向右、停止。由于小車(chē)采用三輪結構,前面2個(gè)輪既是動(dòng)力輪又是方向輪,當INl、IN2、ENA分別為l、0、1,同時(shí)IN3、IN4、ENB分別為0、l、l時(shí),小車(chē)前進(jìn);當INl、IN2、ENA分別為1、O、l,同時(shí)IN3、IN4、ENB分別為l、0、l時(shí),小車(chē)右轉;當INl、IN2、ENA分別為0、1,1,同時(shí)IN3、IN4、ENB分別為1、0、1時(shí),小車(chē)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(jīng)過(guò)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(jìn)行遞增計數。如圖4所示。
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