基于DSP的移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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3．2 驅(qū)動(dòng)模塊
驅(qū)動(dòng)電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理相同，都采用脈寬調(diào)制(PWM)方式進(jìn)行調(diào)速，PWM信號(hào)由F2407產(chǎn)生。驅(qū)動(dòng)電路采用H全橋方式，由4個(gè)達(dá)林頓管(2個(gè)TIPl32和2個(gè)TIPl37)、4個(gè)IN4001二極管及與非門組成。電路原理圖如圖2所示。 當(dāng)PWM2、PWM4為低電平而PWMl、PWM3為高電平時(shí)，T1、T4飽和導(dǎo)通，T2、T3截止，電流從T1→電機(jī)→T4，電機(jī)正轉(zhuǎn)；反之，當(dāng)PWMl、PWM3為低電平而PWM2、PWM4為高電平時(shí)，T2、T3飽和導(dǎo)通，T1、T4截止，電流從T2→電機(jī)→T3，電機(jī)反轉(zhuǎn)。
為防止T1、T3或T2、T4同時(shí)導(dǎo)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(guān)斷這兩對管子。在一個(gè)管子關(guān)斷和另一個(gè)管子開啟之間加入死區(qū)時(shí)間，這樣就使得一個(gè)管子開啟前，另一個(gè)管子已完全關(guān)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(guān)元件的開通區(qū)間沒有重疊，簡化了硬件電路設(shè)計(jì)，提高了可靠性。
由于DGPS接收機(jī)、磁羅盤、里程計(jì)和MC35通信模塊都采用RS-232異步串行通信，而F2407只有一個(gè)串行口，所以必須將4個(gè)串口數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換處理來完成與F2407的串口通信。為此研制了基于分時(shí)復(fù)用方法的4轉(zhuǎn)1串口通信模塊。當(dāng)F2407需要某個(gè)傳感器(或無線通信模塊)的數(shù)據(jù)時(shí)，就通過電路選通該傳感器占用F2407串口進(jìn)行通信；當(dāng)需要另外傳感器或無線通信模塊數(shù)據(jù)時(shí)，則關(guān)斷上次傳感器的選通，同時(shí)選通該次傳感器或無線通信模塊。4轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器MAX232等組成，其電路原理圖如圖3所示。
3．4．1 DGPS接收機(jī)
CPS(全球定位系統(tǒng))是基于衛(wèi)星的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，它提供一種廉價(jià)實(shí)用的可在全球范圍內(nèi)確定位置、速度和時(shí)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(gè)軌道面上，其運(yùn)行周期為11小時(shí)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(jī)碼(軍用高精度保密P碼和民用C／A碼)。這樣的分布特點(diǎn)保證了用戶在地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)間至少可以連續(xù)地收到4顆以上衛(wèi)星的導(dǎo)航信號(hào)，從而聯(lián)立解算出接收機(jī)的三維坐標(biāo)以及接收機(jī)和GPS間的時(shí)間偏移。三維坐標(biāo)采用ECEF笛卡兒坐標(biāo)系或大地坐標(biāo)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(hù)，但民用導(dǎo)航型GPS接收機(jī)的單點(diǎn)實(shí)時(shí)定位精度只能達(dá)到25m左右，不能滿足系統(tǒng)的定位導(dǎo)航要求。而采用實(shí)時(shí)差分GPS(DGPS)，其定位精度可以達(dá)到2～5m，該精度已能滿足系統(tǒng)定位和導(dǎo)航的要求。
為此研發(fā)了單基站DGPS(SRDGPS)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示?；鶞?zhǔn)站由ALLSTAR BASE GPS接收機(jī)、天線和MDS無線電發(fā)射臺(tái)、天線組成，流動(dòng)站由SUPERSTAR GPS接收機(jī)、天線和MDX無線電接收臺(tái)、天線組成。其中基準(zhǔn)站安裝在上海交大徐家匯校區(qū)教學(xué)一樓樓頂，該基準(zhǔn)站能覆蓋方圓30公里的范圍，流動(dòng)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(dòng)機(jī)器人的方向檢測傳感器。其主要技術(shù)指標(biāo)為：(1)1度航向精度，0．1度分辨率；(2)0．5度重復(fù)性；(3)±60度傾斜俯仰范圍；(4)15Hz響應(yīng)時(shí)間；(5)-40+85度工作溫度；(6)6～15V直流電壓。
同時(shí)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(dòng)機(jī)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(jī)械旋轉(zhuǎn)量轉(zhuǎn)化為電脈沖信號(hào)輸出。主要技術(shù)指標(biāo)為：(1)輸出波形為矩形脈沖，占空比為50％；(2)每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生6個(gè)脈沖；(3)額定電壓為12V。
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