基于TMS32OLF2407A的教育機(jī)器人硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2．2 尋跡模塊設(shè)計(jì)

　　此部分采用光電傳感器對(duì)路面信息進(jìn)行識(shí)別。采用RPR220型光電對(duì)管，RPR220是一種一體化反射型光電探測(cè)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(duì)管構(gòu)成“一”字形排列在小車車頭的底部，路徑軌跡由黑線指示，根據(jù)落在黑線區(qū)域的光電三極管接收到的反射光線強(qiáng)度與白色區(qū)域的不同，由檢測(cè)到的黑線光電管的位置來(lái)判斷小車的位置方向看其是否偏離黑線，當(dāng)紅外對(duì)管的發(fā)射二極管發(fā)出紅外線，經(jīng)反射物 (白線)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(dāng)紅外線照射到黑線上時(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(hào)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(cè)到黑線，從傳感器將發(fā)出“有線”信號(hào)，后輪兩電機(jī)繼續(xù)接通運(yùn)轉(zhuǎn)，結(jié)果驅(qū)動(dòng)車體前進(jìn)。如果除中傳感器之外，左、右傳感器中的任一個(gè)未檢測(cè)到黑線，則該傳感器輸出“無(wú)線”信號(hào)，這時(shí)脫離引導(dǎo)線的傳感器對(duì)側(cè)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止運(yùn)行，同側(cè)電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，以此達(dá)到校正行進(jìn)方向的目的。

　　2．3 紅外避障模塊設(shè)計(jì)

　　在小車行進(jìn)過(guò)程中遇到障礙物，無(wú)法正常通過(guò)時(shí)，采用紅外線檢測(cè)器檢測(cè)障礙物，并設(shè)計(jì)算法控制小車?yán)@開障礙物繼續(xù)尋跡前進(jìn)。在小車前端兩側(cè)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(hào)的發(fā)射，紅外線光源發(fā)出的信號(hào)調(diào)制到38kHz，使用2407A的PWM輸出產(chǎn)生精確的信號(hào)。紅外接收器由安裝在車頭中央的專用紅外接收模塊(如CRVPl738)對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行接收。小車前進(jìn)路線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(hào)，檢測(cè)中央接收端，判斷是否接收到信號(hào)；b．右邊紅外發(fā)射二極管發(fā)射信號(hào)，檢測(cè)中央接收端，判斷是否接收到信號(hào)；c．若左邊發(fā)射時(shí)，有信號(hào)接收則小車左邊有障礙物；若右邊發(fā)射時(shí)，有信號(hào)接收則小車右邊有障礙物；若左邊和右邊發(fā)射時(shí)，都有信號(hào)接收則小車正前方有障礙物。

　　在小車前進(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(jié)合行走。本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)在多種環(huán)境下都能避障，所以選擇左右結(jié)合行走的算法。在小車左、右側(cè)兩側(cè)等比例安裝若干紅外測(cè)距傳感器(GP2D12)，用于防止小車在避障過(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(hào)，對(duì)應(yīng)80～10cm距離，輸出與距離成反比關(guān)系，且為非線性，可直接利用2407A集成的A／D轉(zhuǎn)換功能，進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換得到相應(yīng)參數(shù)，根據(jù)參數(shù)由 DSP進(jìn)行相應(yīng)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(shù)，當(dāng)兩者距離偏小時(shí)，機(jī)器人向遠(yuǎn)離障礙物的方向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)兩者距離偏大時(shí)，向靠近障礙物的方向旋轉(zhuǎn)。小車沿障礙物行進(jìn)過(guò)程中，在車頭底部光電傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，小車開始調(diào)整行進(jìn)姿勢(shì)，遠(yuǎn)離障礙物，繼續(xù)尋跡。另外在小車無(wú)法成功繞過(guò)障礙物繼續(xù)尋跡時(shí)，可以通過(guò)無(wú)線通信模塊控制小車?yán)@過(guò)障礙物使其繼續(xù)尋跡。

　　2．4 無(wú)線通信模塊設(shè)計(jì)

　　在機(jī)器人無(wú)法成功避障的情況下，可通過(guò)DSP與上位機(jī)(PC機(jī))之間的通信協(xié)作來(lái)完成避障任務(wù)。DSP與PC機(jī)之間的通信方式分為有線和無(wú)線兩種，多數(shù)采用串行通信。在本設(shè)計(jì)中采用無(wú)線通信方式，可以克服有線通信造成的操作不便。PTR2000是基于nRF401器件的無(wú)線數(shù)據(jù)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)線產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。要實(shí)現(xiàn)DSP與PC機(jī)之間的無(wú)線通信，需在DSP與小車車體分別安裝一個(gè) PTR2000器件，其系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)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(jì)算機(jī)串口進(jìn)行RS-232和 TTL電平之間的轉(zhuǎn)換后，完成PTR2000和PC機(jī)串口的連接。在DSP和PC機(jī)端軟件配合設(shè)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(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的功能。