近年來(lái)研究移動(dòng)機(jī)器人倍受重視，仿照生物功能發(fā)明的各種移動(dòng)機(jī)器人越來(lái)越多，小到娛樂(lè)機(jī)器人玩具、家用服務(wù)機(jī)器人，大到礦產(chǎn)勘測(cè)、工程探險(xiǎn)、軍事偵察機(jī)器人等。避障小車(chē)是一種移動(dòng)機(jī)器人，它通過(guò)傳感器系統(tǒng)感知外界環(huán)境，在復(fù)雜環(huán)境中自主移動(dòng)并完成避障，一般采用超聲波、紅外、激光、CCD等傳感器設(shè)計(jì)。由于紅外傳感器探測(cè)視角小。方向性強(qiáng)，測(cè)量精度高，價(jià)格便宜，而且可在夜間工作，因此紅外傳感器作為視覺(jué)應(yīng)用于移動(dòng)機(jī)器人避障。本設(shè)計(jì)是以TI公司生產(chǎn)的TMS320LF2407型DSP為核心，采集環(huán)境信息并控制智能小車(chē)，3個(gè)紅外發(fā)收傳感器檢測(cè)智能小車(chē)前方的障礙物，并且根據(jù)障礙物位置進(jìn)行自動(dòng)避障。

　　1 自動(dòng)避障小車(chē)總體設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)主要由DSP控制、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電源、測(cè)速以及視覺(jué)等模塊組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　小車(chē)為3輪結(jié)構(gòu)，前面2個(gè)輪分別由2個(gè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)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(guī)格為：車(chē)身板距地7．5 cm，車(chē)長(zhǎng)25 cm，車(chē)寬12 cm，車(chē)輪半徑5．5 cm。速度控制采用定頻調(diào)寬的PWM調(diào)速，并應(yīng)用速度反饋和閉環(huán)PID控制，從而實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)以DSP TMS320LF2407A為核心，該DSP片內(nèi)資源豐富，具有電機(jī)控制的獨(dú)特資源，12路脈寬調(diào)制(PWM)輸出。視覺(jué)模塊采用E3FDS3-0P1型紅外傳感器，有效探測(cè)距離為30 cm，探測(cè)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(hào)高電平為5 V，而DSP標(biāo)準(zhǔn)高電平為3．3 V，所以應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn)換成+3．3 V。該系統(tǒng)采用LM7805與MAX604作為電源轉(zhuǎn)換器。12 V電源首先經(jīng)LM7805調(diào)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(qū)動(dòng)電機(jī)，0UTl，0UT2分別與小車(chē)的一個(gè)電機(jī)的正負(fù)極相連；OUT3，OUT4分別與小車(chē)的另一個(gè)電機(jī)的正負(fù)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(zhuǎn)向電機(jī)的動(dòng)作指令，并通過(guò)0UTl和OUT2控制左電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，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(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)作指令，并通過(guò)0U113，OUT4控制前方右電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，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(jī)的速度，

　　其電路原理圖如圖3所示。

　　L298分別控制并調(diào)整前面2個(gè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)，前面2個(gè)輪既是動(dòng)力輪又是方向輪，當(dāng)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(dāng)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(zhuǎn)；當(dāng)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(zhuǎn)。

　　采用測(cè)速電機(jī)測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，以此判斷速度。電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，其輸出經(jīng)過(guò)HD74HCl4P(HD74HCl4P內(nèi)部有若干反相器電路，可完成寄存器復(fù)位)，送至DSP的PA3(CAPl)和PA4(CAP2)引腳，根據(jù)軟件設(shè)置使計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖信號(hào)上升沿進(jìn)行遞增計(jì)數(shù)。如圖4所示。