基于DSP的移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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時(shí)間：2008-10-22
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智能車(chē)輛的導(dǎo)航與定位、自動(dòng)駕駛與控制和車(chē)輛的預(yù)警防碰等智能交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究，近年來(lái)受到國(guó)內(nèi)外越來(lái)越廣泛的關(guān)注，也取得了豐碩的成果。但真正的實(shí)驗(yàn)研究還是很少，基本上只進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。鑒于理論上的模擬和實(shí)際應(yīng)用情況可能相差甚遠(yuǎn)，選擇了具有智能性、易擴(kuò)展性和移動(dòng)性等優(yōu)點(diǎn)的車(chē)型移動(dòng)機(jī)器人作為ITS關(guān)鍵技術(shù)的研究平臺(tái)中的主要部分——車(chē)輛模擬器。
本文所闡述的移動(dòng)機(jī)器人SJTNC-1，就是面向ITS提出的?？紤]到關(guān)鍵技術(shù)研究中需進(jìn)行大量的計(jì)算，如模糊控制、卡爾曼濾波和路徑導(dǎo)引等，并且系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求很高，所以采用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)作為移動(dòng)機(jī)器人主控CPU。
1 TMS320LF2407A簡(jiǎn)介
TMS320LF2407A(以下簡(jiǎn)稱(chēng)F2407)是TI公司在TMS320系列DSP的基礎(chǔ)上，專(zhuān)為數(shù)字電機(jī)控制而設(shè)計(jì)的。除了具有一般DSP的改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)、多總線(xiàn)結(jié)構(gòu)和流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)外，它還采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，電壓從5V降為3．3V，減少了功耗。并且指令執(zhí)行速度提高到40MIPS，幾乎所有指令都可以在25ns的單周期內(nèi)完成。如此高的運(yùn)算速度使其可以通過(guò)采用高級(jí)控制算法如模糊控制、卡爾曼濾波以及狀態(tài)控制等來(lái)提高系統(tǒng)的性能。而且，它具有電機(jī)控制應(yīng)用所必需的外設(shè)，如：32K片內(nèi)FLASH、2K單訪問(wèn)RAM、串行外設(shè)接口(SPl)、串行通信接口(SCl)、兩個(gè)事件管理模塊、16通道雙10位A／D轉(zhuǎn)換器和CAN控制器模塊。
2 移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)
考慮到該移動(dòng)機(jī)器人是面向ITS的，所以采用的是車(chē)型結(jié)構(gòu)(四輪結(jié)構(gòu))。前兩輪通過(guò)減速比為8：1的齒輪減速機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向電機(jī)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向功能；后兩輪通過(guò)減速比為6：1的齒輪減速機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)。電機(jī)的選型可根據(jù)實(shí)際情況選擇小型步進(jìn)電機(jī)或小型直流電機(jī)。這里選用的是瑞土Minimotor公司生產(chǎn)的直流電機(jī)，這種電機(jī)具有體積小、轉(zhuǎn)矩大等特點(diǎn)。
3 移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)以控制器F2407為核心，由無(wú)線(xiàn)通信、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、速度傳感器、數(shù)字羅盤(pán)、差分GPS(DGPS)接收機(jī)和4轉(zhuǎn)1串口通信模塊等組成，如圖1所示。無(wú)線(xiàn)通信模塊根據(jù)自行約定的通信協(xié)議接收上位機(jī)的規(guī)劃好的路徑信息，整個(gè)控制系統(tǒng)通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)使移動(dòng)機(jī)器人跟蹤該路徑行駛。電機(jī)采用PWM調(diào)速方式，其中驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用雙閉環(huán)(速度和電流)PID控制策略，而轉(zhuǎn)向電機(jī)則通過(guò)把數(shù)字羅盤(pán)的航向信息作為轉(zhuǎn)向的反饋量進(jìn)行PID控制。整個(gè)控制系統(tǒng)把DGPS接收機(jī)的位置信息作為系統(tǒng)的位置反饋信息，用以完成整個(gè)系統(tǒng)的位置閉環(huán)控制。
MC35是德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的可二次開(kāi)發(fā)的支持GPRS的雙頻GSM模塊，可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串口與PC機(jī)相連。本系統(tǒng)用MC35作為移動(dòng)機(jī)器人與上位機(jī)的通信模塊。它具有GPRS技術(shù)帶來(lái)的一切優(yōu)點(diǎn)，如一直在線(xiàn)和提供高速價(jià)廉的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)等。該產(chǎn)品的特性如下：
·支持雙頻：EGSM900／GSM1800
·支持GPRS Class8協(xié)議
·支持?jǐn)?shù)據(jù)、語(yǔ)音、短消息和傳真服務(wù)
·采用電路交換方式，最大傳送速率為14．4kbps
·支持的電壓范圍：8V～30V
·采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)接口
·體積：65mmx74mmx33mm
·重量：130g
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