基于TMS320LF2407A的机器人运动控制系统软件设计

随着计算机、网络、机械电子、信息、智能移动机器人是一类能够通过移动机器人技术研究综合了多学科领域的知识，关键技术可分为：路径规划、导航定位、路径跟踪与运动控制技术。路径规划又可分为全局和局部路径规划。全局路径规划是根据移动机器人总体任务进行路径规划，将总体路径任务分解，并建立全局地形数据库;局部路径规划是根据全局规划分解的子任务，结合移动机器人当前状态信息，实时规划可行路径;导航定位技术确定移动机器人在全局地图中的位置，并实时得到机器人与路径跟踪的相对位置关系，其关键技术是多传感器信息处理与数据融合技术。路径跟踪与运动控制技术的任务是控制移动机器人跟踪局部规划给出的路径，结合导航定位系统得到机器人本身状态信息与道路信息，完成航向和速度控制。移动机器人的路径规划、导航控制以及路径跟踪与运动控制技术是相互关联的，任何一个系统的不完善都会导致整体性能的下降。
本文通过对移动机器人的研究，实现了基于渡越时间法的超声波测距模块设计，为机器人提供简单方便的障碍物距离检测。本文主要完成对主控板控制器软件设计、电机驱动控制器软件设计和超声波测距软件的设计，使开发系统能够服务于移动机器人研究的通用开发平台。
　移动机器人技术研究综合了多学科领域的知识，关键技术可分为：路径规划、导航定位、路径跟踪与运动控制技术。路径规划又可分为全局和局部路径规划。全局路径规划是根据移动机器人总体任务进行路径规划，将总体路径任务分解，并建立全局地形数据库；局部路径规划是根据全局规划分解的子任务，结合移动机器人当前状态信息，实时规划可行路径；导航定位技术确定移动机器人在全局地图中的位置，并实时得到机器人与路径跟踪的相对位置关系，其关键技术是多传感器信息处理与数据融合技术。路径跟踪与运动控制技术的任务是控制移动机器人跟踪局部规划给出的路径，结合导航定位系统得到机器人本身状态信息与道路信息，完成航向和速度控制。

1主控板软件设计

主控板硬件完成模块管理、设备通讯及机器人定位脉冲检测等内容。在实际应用中，主控板硬件还负责超声波测距的软件管理。

主控板硬件中只有主控板控制器需要进行软件设计。主控板控制器TMS320LF2407A的主要任务是超声波测距的软件设计管理和其他一些基本设置内容，包括电机码盘的正交编码脉冲检测。初始选定TMS320LF2407A作为主控板控制器是考虑到此控制系统可以作为以后机器人应用的平台，可以在TMS320LF2407A里嵌入实时系统，提升系统性能，方便接口开发。

主控板控制器的软件设计内容包括模块初始化、串口通讯、正交编码脉冲检测和超声波测距软件。这里介绍模块初始化串口通讯和正交编码脉冲检测等内容。图1主控板控制器程序流程图。

复位向量地址为程序入口，然后程序进行初始化。初始化内容包括扩展方式、溢出方式、DARAM、倍频、JTAG等基本配置。另外还有使用的相关I/O的设置、程序使用相关定时器的设置、程序使用相关中断的设置和串口通讯的相关设置。这些配置都是控制器使用的基本配置流程。初始化之后会开启相关的中断程序，随后进入超声波测距程序，并一直循环。中断服务程序处于就绪状态，一旦有中断发生，中断服务程序立即执行。

在TMS320LF2407A的所有程序中，需要对其串口的数据发送和接收程序做说明。异步通信使用三条线(地线、发送线、接收线)连接采用RS232格式的终端。发送各位依次为一个起始位、l～8个数据位、可选的一个奇偶校验位、1~2个停止位。因此串口通讯能够传输的最大的数据单位为8位，即一个字节。在设计中控制器和各终端会有各种类型的数据交流，如整形数据和浮点数据，因此需要对串口发送和接收的数据进行数据转换。

四个字节的单精度浮点数的数据传输，因为串口每次最多只能传输一个字节，所以只需要把每个四字节浮点数的存储数据转换成字节形式发送即可，设计中采用强制转换的方式完成。数据接收的时候也可以采取同样的处理方式，反向转换即可。另外在数据转换上也可选择共用体来实现，共用体的实质和上面讲述的类型转换是一样的，只是共用体的各个数据类型占用的存储空间是共同的，对于这个存储空间，共用体定义的任何结构类型变量都可以调用。上位机里的串口数据处理采用的是这种方法，十分方便。

对于正交编码脉冲的检测，TMS320LF2407A具有独立的正交编码脉冲单元，只要对单元寄存器进行简单设置即可得到机器人驱动轮的运行方向和距离参数。TMS320LF2407A将这些数据通过串