基于DSP的移動機器人設計與實現(xiàn)
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3．2 驅動模塊
驅動電機和轉向電機的驅動原理相同，都采用脈寬調(diào)制(PWM)方式進行調(diào)速，PWM信號由F2407產(chǎn)生。驅動電路采用H全橋方式，由4個達林頓管(2個TIPl32和2個TIPl37)、4個IN4001二極管及與非門組成。電路原理圖如圖2所示。 當PWM2、PWM4為低電平而PWMl、PWM3為高電平時，T1、T4飽和導通，T2、T3截止，電流從T1→電機→T4，電機正轉；反之，當PWMl、PWM3為低電平而PWM2、PWM4為高電平時，T2、T3飽和導通，T1、T4截止，電流從T2→電機→T3，電機反轉。
為防止T1、T3或T2、T4同時導通，形成短路而擊穿器件，要用一對無重疊的PWM輸出去正確地開啟和關斷這兩對管子。在一個管子關斷和另一個管子開啟之間加入死區(qū)時間，這樣就使得一個管子開啟前，另一個管子已完全關斷。F2407具有死區(qū)控制單元是其一大特色，從而可用軟件確保功率電路上下橋臂開關元件的開通區(qū)間沒有重疊，簡化了硬件電路設計，提高了可靠性。
由于DGPS接收機、磁羅盤、里程計和MC35通信模塊都采用RS-232異步串行通信，而F2407只有一個串行口，所以必須將4個串口數(shù)據(jù)通過轉換處理來完成與F2407的串口通信。為此研制了基于分時復用方法的4轉1串口通信模塊。當F2407需要某個傳感器(或無線通信模塊)的數(shù)據(jù)時，就通過電路選通該傳感器占用F2407串口進行通信；當需要另外傳感器或無線通信模塊數(shù)據(jù)時，則關斷上次傳感器的選通，同時選通該次傳感器或無線通信模塊。4轉1串口通信模塊由3-8譯碼器74LSl38、三態(tài)輸出的四總線緩沖門74LSl25和電平轉換器MAX232等組成，其電路原理圖如圖3所示。
3．4．1 DGPS接收機
CPS(全球定位系統(tǒng))是基于衛(wèi)星的無線電導航系統(tǒng)，它提供一種廉價實用的可在全球范圍內(nèi)確定位置、速度和時間的工具。CPS由24顆衛(wèi)星(21顆工作星、3顆備份星)組成星座，星座分布在與地球赤道面傾角為55°的6個軌道面上，其運行周期為11小時58分，軌道半徑為20200km，各軌道面夾角，為60°。每顆衛(wèi)星向地球發(fā)射L頻段的特高連續(xù)波，調(diào)制兩種偽隨機碼(軍用高精度保密P碼和民用C／A碼)。這樣的分布特點保證了用戶在地球上任何地點、任何時間至少可以連續(xù)地收到4顆以上衛(wèi)星的導航信號，從而聯(lián)立解算出接收機的三維坐標以及接收機和GPS間的時間偏移。三維坐標采用ECEF笛卡兒坐標系或大地坐標系如WGS84。
雖然美國政府于2001年5月取消了民用C／A碼的可選擇性保護，但民用導航型GPS接收機的單點實時定位精度只能達到25m左右，不能滿足系統(tǒng)的定位導航要求。而采用實時差分GPS(DGPS)，其定位精度可以達到2～5m，該精度已能滿足系統(tǒng)定位和導航的要求。
為此研發(fā)了單基站DGPS(SRDGPS)系統(tǒng)，其結構框圖如圖4所示。基準站由ALLSTAR BASE GPS接收機、天線和MDS無線電發(fā)射臺、天線組成，流動站由SUPERSTAR GPS接收機、天線和MDX無線電接收臺、天線組成。其中基準站安裝在上海交大徐家匯校區(qū)教學一樓樓頂，該基準站能覆蓋方圓30公里的范圍，流動站安裝在車載單元上。
采用HoneyWell公司的HMR 3300數(shù)字羅盤作為移動機器人的方向檢測傳感器。其主要技術指標為：(1)1度航向精度，0．1度分辨率；(2)0．5度重復性；(3)±60度傾斜俯仰范圍；(4)15Hz響應時間；(5)-40+85度工作溫度；(6)6～15V直流電壓。
同時采用用于大眾汽車公司桑塔納2000型轎車的霍爾車速傳感器作為移動機器人的車速傳感器。其工作原理是以霍爾傳感器為變換元件，將機械旋轉量轉化為電脈沖信號輸出。主要技術指標為：(1)輸出波形為矩形脈沖，占空比為50％；(2)每旋轉一周產(chǎn)生6個脈沖；(3)額定電壓為12V。
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