基于DSP的室內慣性導航系統設計

　　輪式遙控機器人已經(jīng)應用在地震、火災等一些危險的室內區域進(jìn)行救援和探測，或執行反恐任務(wù)。由于在這些特殊的環(huán)境下存在諸多的未知因素，且室內無(wú)GPS信號，人們不得不依靠先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和儀器來(lái)獲取遙控機器人小車(chē)的導航信息。但是目前輪式運動(dòng)小車(chē)主要采用的導航傳感方式有視覺(jué)、光電、超聲、里程計等，比較容易被外界環(huán)境干擾，不能滿(mǎn)足廣大市場(chǎng)的需求。

　　但是慣性導航裝備安置在運載體內，工作時(shí)不依賴(lài)外界信息，也不向外界輻射能量，不容易遭到滋擾，是一種自立式導航系統，優(yōu)于上述的導航傳感例子。并且近年來(lái)MEMS(微機電系統)結構的慣性傳感器隨半導體技術(shù)的進(jìn)步得到了迅速發(fā)展，使其低成本而高精度的期望得到了實(shí)現。MEMS慣性傳感器組成的慣性導航裝置結合輪式小車(chē)的里程計，能夠產(chǎn)生導航和定位信息，減少對外部環(huán)境的倚賴(lài)，實(shí)現在外部環(huán)境條件(例如光照、墻壁材質(zhì))未知情況下的導航。

　　由于是在室內區域進(jìn)行勘測搜索，小車(chē)的運行特點(diǎn)與一般的飛機、船、車(chē)不同，它的運動(dòng)軌跡變化較快，且在運動(dòng)時(shí)存在一定的振動(dòng)，因此常用的卡爾曼濾波算法需要進(jìn)一步改進(jìn)才能應用。慣性傳感器采集數據量大，且進(jìn)行慣性導航時(shí)需要大量的浮點(diǎn)運算，因此本項目采用了具有強大數字信號處理功能的DSP 28335芯片和PC控制終端，實(shí)現慣性傳感器的數據采集、時(shí)序邏輯控制、與驅動(dòng)系統通信和地圖顯示功能，具有體積小、成本低、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。

　　綜上所述，本文將選用低成本的MEMS器件，結合DSP和卡爾曼濾波算法，能實(shí)現較高精度的輪式小車(chē)導航和定位。

　　1系統體系架構

　　本文的目標是研制一個(gè)輪式小車(chē)慣性導航系統，能夠通過(guò)wifi實(shí)現PC終端和手持終端控制輪式小車(chē)行動(dòng)以及小車(chē)所采集數據的傳輸。

　　搭建如下圖1所示的系統，TI公司的浮點(diǎn)DSP TMS320F28335芯片作為主數字信號處理器，采集各MEMS慣性傳感器的信號并處理，處理結果通過(guò)WIFI將數據輸送到PC終端;PC終端負責顯示定位結果和地圖顯示，并向小車(chē)驅動(dòng)系統發(fā)送控制命令，同時(shí)接收驅動(dòng)系統反饋的里程計信息。

　　圖1總體架構

　　2.硬件計劃及詳細實(shí)現

　　硬件設計上，主要分為核心板和驅動(dòng)板。核心板包括DSP最小系統，JTAG下載口設計，系統電源供給電路和MEMS傳感器，WIFI模塊等。而驅動(dòng)板主要設計的內容是直流大電機的驅動(dòng)模塊。

　　2.1核心板設計

　　2.1.1電源電路設計

　　TMS320F28335工作時(shí)需要的電壓不同：內核電壓(1.9 V)與I/O供電電壓(3.3 V)，對于電源比較敏感，所以電源部分利用兩路輸出電源器件TPS767D318來(lái)實(shí)現，如圖2所示。同時(shí)根據仿真實(shí)驗和實(shí)際焊接電路的測試，電源模塊輸出端最好使用一些容值不小于10uf的保護電容，且不能使用貼片電容，否則工作不穩定。

　　圖2 DSP電源設計