基于DSP的室內(nèi)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　輪式遙控機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用在地震、火災(zāi)等一些危險(xiǎn)的室內(nèi)區(qū)域進(jìn)行救援和探測(cè)，或執(zhí)行反恐任務(wù)。由于在這些特殊的環(huán)境下存在諸多的未知因素，且室內(nèi)無(wú)GPS信號(hào)，人們不得不依靠先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和儀器來(lái)獲取遙控機(jī)器人小車的導(dǎo)航信息。但是目前輪式運(yùn)動(dòng)小車主要采用的導(dǎo)航傳感方式有視覺、光電、超聲、里程計(jì)等，比較容易被外界環(huán)境干擾，不能滿足廣大市場(chǎng)的需求。

　　但是慣性導(dǎo)航裝備安置在運(yùn)載體內(nèi)，工作時(shí)不依賴外界信息，也不向外界輻射能量，不容易遭到滋擾，是一種自立式導(dǎo)航系統(tǒng)，優(yōu)于上述的導(dǎo)航傳感例子。并且近年來(lái)MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))結(jié)構(gòu)的慣性傳感器隨半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步得到了迅速發(fā)展，使其低成本而高精度的期望得到了實(shí)現(xiàn)。MEMS慣性傳感器組成的慣性導(dǎo)航裝置結(jié)合輪式小車的里程計(jì)，能夠產(chǎn)生導(dǎo)航和定位信息，減少對(duì)外部環(huán)境的倚賴，實(shí)現(xiàn)在外部環(huán)境條件(例如光照、墻壁材質(zhì))未知情況下的導(dǎo)航。

　　由于是在室內(nèi)區(qū)域進(jìn)行勘測(cè)搜索，小車的運(yùn)行特點(diǎn)與一般的飛機(jī)、船、車不同，它的運(yùn)動(dòng)軌跡變化較快，且在運(yùn)動(dòng)時(shí)存在一定的振動(dòng)，因此常用的卡爾曼濾波算法需要進(jìn)一步改進(jìn)才能應(yīng)用。慣性傳感器采集數(shù)據(jù)量大，且進(jìn)行慣性導(dǎo)航時(shí)需要大量的浮點(diǎn)運(yùn)算，因此本項(xiàng)目采用了具有強(qiáng)大數(shù)字信號(hào)處理功能的DSP 28335芯片和PC控制終端，實(shí)現(xiàn)慣性傳感器的數(shù)據(jù)采集、時(shí)序邏輯控制、與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通信和地圖顯示功能，具有體積小、成本低、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。

　　綜上所述，本文將選用低成本的MEMS器件，結(jié)合DSP和卡爾曼濾波算法，能實(shí)現(xiàn)較高精度的輪式小車導(dǎo)航和定位。

　　1系統(tǒng)體系架構(gòu)

　　本文的目標(biāo)是研制一個(gè)輪式小車慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠通過wifi實(shí)現(xiàn)PC終端和手持終端控制輪式小車行動(dòng)以及小車所采集數(shù)據(jù)的傳輸。

　　搭建如下圖1所示的系統(tǒng)，TI公司的浮點(diǎn)DSP TMS320F28335芯片作為主數(shù)字信號(hào)處理器，采集各MEMS慣性傳感器的信號(hào)并處理，處理結(jié)果通過WIFI將數(shù)據(jù)輸送到PC終端;PC終端負(fù)責(zé)顯示定位結(jié)果和地圖顯示，并向小車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)送控制命令，同時(shí)接收驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)反饋的里程計(jì)信息。

　　圖1總體架構(gòu)

　　2.硬件計(jì)劃及詳細(xì)實(shí)現(xiàn)

　　硬件設(shè)計(jì)上，主要分為核心板和驅(qū)動(dòng)板。核心板包括DSP最小系統(tǒng)，JTAG下載口設(shè)計(jì)，系統(tǒng)電源供給電路和MEMS傳感器，WIFI模塊等。而驅(qū)動(dòng)板主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容是直流大電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊。

　　2.1核心板設(shè)計(jì)

　　2.1.1電源電路設(shè)計(jì)

　　TMS320F28335工作時(shí)需要的電壓不同：內(nèi)核電壓(1.9 V)與I/O供電電壓(3.3 V)，對(duì)于電源比較敏感，所以電源部分利用兩路輸出電源器件TPS767D318來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。同時(shí)根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際焊接電路的測(cè)試，電源模塊輸出端最好使用一些容值不小于10uf的保護(hù)電容，且不能使用貼片電容，否則工作不穩(wěn)定。

　　圖2 DSP電源設(shè)計(jì)