基于TMS32OLF24O7A的教育機(jī)器人硬件系統(tǒng)設(shè)計
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2．3 紅外避障模塊設(shè)計
在小車行進(jìn)過程中遇到障礙物，無法正常通過時，采用紅外線檢測器檢測障礙物，并設(shè)計算法控制小車?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，紅外線光源發(fā)出的信號調(diào)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頭中央的專用紅外接收模塊(如CRVPl738)對紅外信號進(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，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，有信號接收則小車左邊有障礙物；若右邊發(fā)射時，有信號接收則小車右邊有障礙物；若左邊和右邊發(fā)射時，都有信號接收則小車正前方有障礙物。
在小車前進(jìn)過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)計要實現(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距傳感器(GP2D12)，用于防止小車在避障過程中與障礙物發(fā)生碰撞，由于GP2-D12輸出為0．4～2．4V的模擬信號，對應(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，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，向靠近障礙物的方向旋轉(zhuǎn)。小車沿障礙物行進(jìn)過程中，在車頭底部光電傳感器檢測到黑線時，小車開始調(diào)整行進(jìn)姿勢，遠(yuǎn)離障礙物，繼續(xù)尋跡。另外在小車無法成功繞過障礙物繼續(xù)尋跡時，可以通過無線通信模塊控制小車?yán)@過障礙物使其繼續(xù)尋跡。
2．4 無線通信模塊設(shè)計
在機(jī)器人無法成功避障的情況下，可通過DSP與上位機(jī)(PC機(jī))之間的通信協(xié)作來完成避障任務(wù)。DSP與PC機(jī)之間的通信方式分為有線和無線兩種，多數(shù)采用串行通信。在本設(shè)計中采用無線通信方式，可以克服有線通信造成的操作不便。PTR2000是基于nRF401器件的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，具有低頻發(fā)射、靈敏度高的特點，使其在嵌入式短程無線產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。要實現(xiàn)DSP與PC機(jī)之間的無線通信，需在DSP與小車車體分別安裝一個 PTR2000器件，其系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。通過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，通過采用MAX232器件在PTR2000和計算機(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)，再通過設(shè)計軟件系統(tǒng)實現(xiàn)無線通信的功能。
2．5 電源模塊設(shè)計
電源模塊可由16V交流電壓充電器通過電源充電電路為6節(jié)車載鎳鎘電池(約7．2V)充電，為各模塊提供工作電壓。電源電路模塊如圖5所示。由于各模塊所需工作電壓不同，可先通過使用78(L)05穩(wěn)壓器得到5V直流電壓，2407A所需3．3V電源由帶集成延時復(fù)位功能的低壓差穩(wěn)壓器TPS733Q實現(xiàn)，同時具有復(fù)位功能。如圖5所示。
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