基于TMS32OLF2407A的教育机器人硬件系统设计

射时，有信号接收则小车左边有障碍物；若右边发射时，有信号接收则小车右边有障碍物；若左边和右边发射时，都有信号接收则小车正前方有障碍物。

　　在小车前进过程中有三种避障算法：沿左边行走，沿右边行走，左右相结合行走。本设计要实现在多种环境下都能避障，所以选择左右结合行走的算法。在小车左、右侧两侧等比例安装若干红外测距传感器(GP2D12)，用于防止小车在避障过程中与障碍物发生碰撞，由于GP2-D12输出为0．4～2．4V的模拟信号，对应80～10cm距离，输出与距离成反比关系，且为非线性，可直接利用2407A集成的A／D转换功能，进行A／D转换得到相应参数，根据参数由 DSP进行相应处理，进行避障前进。在避障过程中，采用接近式控制策略，维持障碍物和传感器之间的距离为一固定常数，当两者距离偏小时，机器人向远离障碍物的方向旋转；当两者距离偏大时，向靠近障碍物的方向旋转。小车沿障碍物行进过程中，在车头底部光电传感器检测到黑线时，小车开始调整行进姿势，远离障碍物，继续寻迹。另外在小车无法成功绕过障碍物继续寻迹时，可以通过无线通信模块控制小车绕过障碍物使其继续寻迹。

　　2．4 无线通信模块设计

　　在机器人无法成功避障的情况下，可通过DSP与上位机(PC机)之间的通信协作来完成避障任务。DSP与PC机之间的通信方式分为有线和无线两种，多数采用串行通信。在本设计中采用无线通信方式，可以克服有线通信造成的操作不便。PTR2000是基于nRF401器件的无线数据传输模块，具有低频发射、灵敏度高的特点，使其在嵌入式短程无线产品中得到广泛的应用。要实现DSP与PC机之间的无线通信，需在DSP与小车车体分别安装一个 PTR2000器件，其系统硬件结构框图如图4所示。通过2407A的RXD和TXD引脚与PTR2000的DO和DI引脚直接相连，2407A的控制引脚与PTR2000模式控制引脚相连完成PTR2000于DSP之间的连接，通过采用MAX232器件在PTR2000和计算机串口进行RS-232和 TTL电平之间的转换后，完成PTR2000和PC机串口的连接。在DSP和PC机端软件配合设置PTR2000的状态(发射或接收)，选择固定的通信频道，并让PTR2000一直处于正常工作状态，再通过设计软件系统实现无线通信的功能。

　　2．5 电源模块设计

　　电源模块可由16V交流电压充电器通过电源充电电路为6节车载镍镉电池(约7．2V)充电，为各模块提供工作电压。电源电路模块如图5所示。由于各模块所需工作电压不同，可先通过使用78(L)05稳压器得到5V直流电压，2407A所需3．3V电源由带集成延时复位功能的低压差稳压器TPS733Q实现，同时具有复位功能。如图5所示。

　　2．6 电机驱动模块设计

　　本轮式机器人平台采用左、右直流电机驱动的方式，中间有一起支撑作用的万向轮。电机驱动模块可以实现两电机在任何方向旋转从而达到小车前进、倒退和转向的目的。电机发生转向与否是由提供给电机驱动电路的高、低电压信号次序决定的，它们来自前端的数字逻辑门定序电路。数字逻辑定序电路的输入信号由2407A 产生的方向信号和PWM信号实现机器人的方向和速度的控制分为方向端和使能端，该电路同时可以避免产生电源短路对电子器件造成的损害。此小车电机驱动电路是H桥驱动电路，该电路通过控制电机电流流向达到控制转向的目的。当Q1和04导通时，电机电流从左流向右，电机正转；当Q2和Q3导通时，电机电流从右流向左，电机反转。如图7所示。

　　3 系统整体实现

　　以TMS320LF2407A为核心的教育机器人硬件系统整体功能可在软件开发工具CCS和硬件开发工具XDS的支持下采用C语言和汇编语言混合编程进行程序仿真调试，再通过JTAG接口下载到DSP内实现，给DSP学习者带来了极大的方便。同时，得益于2407A外部资源的丰富性，系统中未使用部分有利于学习者做进一步的功能开发和应用。

　　4 结语

　　本文设计的以智能小车为载体的基于TMS320LF2407A教育机器人硬件平台，包括电源模块和电机驱动模块电路设计，并集成了红外和光敏传感器和无线数据传输模块，通过软件设计可实现寻迹、避障及寻迹避障相结合的功能，达到了理论课程学习与动手实践相结合的目的，巩固了知识并进一步提高了学习者的兴趣。该整体硬件系统结构简单，具有很好的扩展性，而且通过软件编程控制机器人完成一定的功能，很好地锻炼了学生的逻辑思维能力和编程能力，有助于培养学生的实践能力和创新精神。