避障與導航是移動機器人研究的核心問題之一。使移動機器人無碰撞到達終點，需解決兩方面的基本問題。一是在運動過程中利用傳感器感知周圍未知環境;二是采用適當的算法進行路徑規劃來實現機器人的實時避障。本設計是以TI公司生產的TMS320LF2407型DSP為核心，采集環境信息并控制智能小車，3個紅外發收傳感器檢測智能小車前方的障礙物，并且根據障礙物位置進行自動避障。

 　　1 自動避障小車總體設計

　　該系統主要由DSP控制、電機驅動、電源、測速以及視覺等模塊組成，其結構如圖1所示。

　　小車為3輪結構，前面2個輪分別由2個電機獨立驅動控制，后面1個萬向輪作為支撐輪。小車安裝有3個紅外傳感器，分別位于車頭的左、中、右部位，用于采集環境信息。車體規格為：車身板距地7.5 cm，車長25 cm，車寬12 cm，車輪半徑5.5 cm。速度控制采用定頻調寬的PWM調速，并應用速度反饋和閉環PID控制，從而實現小車精確的速度和位置控制。
　　2 自動避障小車的硬件設計
　　該系統以DSP TMS320LF2407A為核心，該DSP片內資源豐富，12路脈寬調制(PWM)輸出。視覺模塊采用E3FDS3-0P1型紅外傳感器，有效探測距離為30 cm，探測角度30°。將3個紅外傳感器分別接至I/OPE接口的I/OPE4、I/OPE5和I/OPE6。12 V電源首先經LM7805調壓到5 V，先將5 V電壓送入紅外傳感器，再送入MAX604降壓為3.3 V，如圖2所示。

　　采用L298驅動電機，0UTl，0UT2分別與小車的一個電機的正負極相連;OUT3，OUT4分別與小車的另一個電機的正負極相連;L298的INl和IN2引腳分別與DSP的IOPE0(方向4)、IOPE1(方向3)引腳連接，用于接收主控器件輸出的轉向電機的動作指令，用于接收主控器件輸出的驅動電機的動作指令，而ENA和ENB引腳分別連接到DSP的IOPE0(PWM3)、IOPEl(PWM4)引腳，用于控制電機的速度。
　　其電路原理圖如圖3所示。

采用測速電機測量電機轉速，以此來判斷速度。電機轉速轉換為電脈沖信號，其輸出經過HD74HCl4P，送至DSP的PA3(CAPl)和PA4(CAP2)引腳，根據軟件設置使計數器對脈沖信號上升沿進行遞增計數。如圖4所示。

自動避障小車的軟件設計#e#3 自動避障小車的軟件設計

　　DSP每隔一段時間對I/OPE4，I/OPE5，I/OPE6這3個端口進行查詢，沒有障礙物時這3個端口為高電平。即111，左邊有障礙物時為011，右邊有障礙物時為110。前方有障礙物時則為010。小車根據紅外傳感器接收的信號判斷前方障礙物的分布并做出相應的動作，如表1所示。

　　小車在普通情況下處于前進狀態，當T3定時器發生周期中斷時，進入程序開始檢測光電開關的信號線端口，如果有障礙物則從避障程序中選擇一個執行，如果沒有障礙物則小車繼續前進并且等待定時器的下一次中斷，其程序流程如圖5所示。

　　調節PID參數不僅可實現系統穩定。先給小車右輪電機一個初始速度，讓小車以給定的初始速度運轉起來。然后利用PID算法調速：在給定速度不變的情況下，每掃描一次程序。小車的實際反饋速度便與理想速度相比較，利用PID算法便可更新給定值。不斷更新給定值，直到實際速度與理想速度保持一致或者到下一次賦值則停止更新(ek=O)。程序流程如圖6所示，設右輪給定速度v對應的理想速度為V，僅限右輪電機，b’為給定速度b對應的實際速度。