基于DSP的半自主远程控制移动机器人系统
<STRONG>引 言<BR><BR></STRONG> 机器人技术融合丁机械、电于、传感器、计算机、人工智能等许多学科的理论与技术，是当今许多前沿领域技术的综合体。移动型机器人主要用于对一些危险和未知的地域进行探索，例如是探索外星地表、进行引爆地雷等都需要使用到移动型机器人。半自主远程控制移动机器人由于具有较强的活动能力、良好的可控性等特点，在工农业、国防等各个领域具有广泛的应用前景。在半自主远程控制移动机器人的控制操作中，需要人的参与。因此需要有一个人机交互通道，把人的指令传递给机器人执行，同时机器人也可以把采集到的现场信息反馈绐人。本文基于移动机器人原理，设计了两轮驱动半自主移动机器人的硬件系统，详细阐述了基于GPRS技术的远程控制器的设计与实现。
<P> <STRONG> 1 远程控制移动机器人系统组成<BR></STRONG><BR> 系统整体由远程控制平台、无线传输网络以及本地机器人小车三个大部分组成。DSP是本地机器人小车的控制核心。TI公司的TMS320LF2407A芯片具有改进的哈佛结构体系，采用了流水线技术等优点，而且采用了高性能静态CMOS／技术，把芯片运行电压降低到3.3V，大大减少了芯片的功耗。其CPU具有很高酌处理速度，频率可以达到40 MHz，很多复杂的算法在系统控制中得以实施。此外，它还集成了32 KB闪存、16个脉宽调制(PWM)通道、1个CAN模块，以及1个超高速的500 ns的10位模数转换器(ADC)等功能强大的外设。<BR> <BR> 整个系统以F2407A为控制器的核心，扩展了机器人本体的人机接口(LCD显示及按键)模块、环境攝像模块、驱动电机模块、光电编码器反馈模块以及GPRS人机交互模块等。控制系统结构框图如图1所示。 </P>
<P><IMG title=点击看大图 style="CURSOR: pointer" onclick="return show_orginral(this)" alt=控制系统结构框图 hspace=0 src="http://www.dzdqw.com/jishu/UploadFiles_9637/200610/20061010223223542.jpg" width=580 border=0 cursor:pointer;? px; height: 488px?>
<P align=center>点击看原图</P>
<P></P>
<P align=left></P>
<P> <STRONG> 1.1 机器人小车的定位模块<BR><BR></STRONG> 机器人定位模块主要由电机及其驱动电路、机械传动系统及光电编码器等组成。驱动轮和光电编码器之间采用齿轮传动，传动比为i，光电编码器的分辨率为N(即编码器每旋转一周输出的脉冲数)，驱动轮的半径为r，则编码器每输出一个脉冲，对应的轮子在地面走过的距离为 <IMG height=67 src="http://www.dzdqw.com/jishu/UploadFiles_9637/200610/20061010223223751.jpg" width=135 border=0></P>
<P> 电机控制采用脉宽调制(PWM)的调速方式，并以DSP自带的正交编码脉冲(QEP)电路采集光电编码器的反馈信息，对电机进行闭环PID控制。利用QEP电路捕捉光电编码器的反馈信号可以简化程序的编制，同时采用PID控制原理，可以提高系统的控制精度和稳定性。<BR> <BR> 电机驱动原理图如图2所示。驱动主芯片为L293B，L293B直流电机驱动芯片允许电压范围在4.5~36V，内有四重推挽(双重H桥集成功放电路)驱动电路，两个通道可以向各自的电机提供l A的驱动电流，并且如果芯片过热，芯片能够自动关断，保障系统不受损坏。当A向、B向为高电平时，则电机A、B电流分别由3脚流向6脚和11脚流向14脚，电机正转；反之，当A向、B向为低电平时，电机电流分别由6脚流向3脚和14脚流向11脚，电机反转。此时，可以用PWM控制芯片上电机使能脚的通断时间比来对电机进行调速，F2407A型DSP芯片支持PWM输出，因此可以很方便地对驱动电机进行调速。 </P>
<P><IMG title=点击看大图 style="CURSOR: pointer" onclick="return show_orginral(this)" alt=电机驱动原理图 hspace=0 src="http://www.dzdqw.com/jishu/UploadFiles_9637/200610/20061010223223500.jpg" width=580 border=0 cursor:pointer;? px; height: 589px?>
<P align=center>点击看原图</P>
<P></P>
<P align=left></P>
<P> 由于DSP芯片自带有正交编码器捕捉模块，因此该部分的电路设计比较简单。光电编码器输出的正交脉冲信号经过非门加以稳定，进入DSP芯片的QEP电路被CPU捕获并识别，再将识别后的信息作为PID控制算法的反馈输入。</P>
<P> <STRONG> 1.2 LCD显示及摄像模块<BR><BR></STRONG> LCD显示模块和摄像模块的数据格式都是8位，与单片机等微控制器的接口灵活简单。攝像模块可以输出经压缩后的JPEG格式图像，因此数据量较小，减轻了控制器数据处理的负担，同时缩短了GPRS传输一帧图像的时间，实时性更好。F2407A提供了丰富的I／O接口，用I/O口可以很方便地对LCD模块和摄像模块进行数据的写入和读取。由于LCD模块的数据是写入的，而摄像模块的数据是读出的，因此可以分时复用同一组I/O口，而不会发生冲突。经设计，用不同的控制线分别控制这两个模块的使能端以实现分时复用，均用DSP的I／OPB0~I／OPB7作为它们的数据接口。 </P>
相关资讯
