智能交通系統(tǒng)(ITS)的概念是美國智能交通學會于1990年提出的，它將先進的信息技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)、電子技術(shù)及計算機處理技術(shù)綜合運用于整個運輸管理系統(tǒng)中，通過對交通信息的采集、傳輸和處理，對交通運輸進行協(xié)調(diào)和管理，建立起實時、準確、高效的綜合交通運輸管理體系，從而提高了交通效率和安全了，實現(xiàn)性交通運輸服務和管理的智能化。
智能車輛的導航與定位、自動駕駛與控制和車輛的預警防碰等智能交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究，近年來受到國內(nèi)外越來越廣泛的關(guān)注，也取得了豐碩的成果。但真正的實驗研究還是很少，基本上只進行了仿真試驗。鑒于理論上的模擬和實際應用情況可能相差甚遠，選擇了具有智能性、易擴展性和移動性等優(yōu)點的車型移動機器人作為ITS關(guān)鍵技術(shù)的研究平臺中的主要部分——車輛模擬器。
本文所闡述的移動機器人SJTNC-1，就是面向ITS提出的。考慮到關(guān)鍵技術(shù)研究中需進行大量的計算，如模糊控制、卡爾曼濾波和路徑導引等，并且系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的實時性要求很高，所以采用數(shù)字信號處理器(DSP)作為移動機器人主控CPU。
1 TMS320LF2407A簡介
TMS320LF2407A(以下簡稱F2407)是TI公司在TMS320系列DSP的基礎(chǔ)上，專為數(shù)字電機控制而設(shè)計的。除了具有一般DSP的改進的哈佛結(jié)構(gòu)、多總線結(jié)構(gòu)和流水線結(jié)構(gòu)等優(yōu)點外，它還采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，電壓從5V降為3.3V，減少了功耗。并且指令執(zhí)行速度提高到40MIPS，幾乎所有指令都可以在25ns的單周期內(nèi)完成。如此高的運算速度使其可以通過采用高級控制算法如模糊控制、卡爾曼濾波以及狀態(tài)控制等來提高系統(tǒng)的性能。而且，它具有電機控制應用所必需的外設(shè)，如：32K片內(nèi)FLASH、2K單訪問RAM、串行外設(shè)接口(SPl)、串行通信接口(SCl)、兩個事件管理模塊、16通道雙10位A/D轉(zhuǎn)換器和CAN控制器模塊。
2 移動機器人的運動機構(gòu)
考慮到該移動機器人是面向ITS的，所以采用的是車型結(jié)構(gòu)(四輪結(jié)構(gòu))。前兩輪通過減速比為8：1的齒輪減速機構(gòu)與轉(zhuǎn)向電機進行連接，實現(xiàn)移動機器人的轉(zhuǎn)向功能;后兩輪通過減速比為6：1的齒輪減速機構(gòu)與驅(qū)動電機進行連接，實現(xiàn)移動機器人的驅(qū)動。電機的選型可根據(jù)實際情況選擇小型步進電機或小型直流電機。這里選用的是瑞土Minimotor公司生產(chǎn)的直流電機，這種電機具有體積小、轉(zhuǎn)矩大等特點。
3 移動機器人控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)以控制器F2407為核心，由無線通信、電機驅(qū)動、速度傳感器、數(shù)字羅盤、差分GPS(DGPS)接收機和4轉(zhuǎn)1串口通信模塊等組成，如圖1所示。無線通信模塊根據(jù)自行約定的通信協(xié)議接收上位機的規(guī)劃好的路徑信息，整個控制系統(tǒng)通過控制驅(qū)動電機和轉(zhuǎn)向電機使移動機器人跟蹤該路徑行駛。電機采用PWM調(diào)速方式，其中驅(qū)動電機采用雙閉環(huán)(速度和電流)PID控制策略，而轉(zhuǎn)向電機則通過把數(shù)字羅盤的航向信息作為轉(zhuǎn)向的反饋量進行PID控制。整個控制系統(tǒng)把DGPS接收機的位置信息作為系統(tǒng)的位置反饋信息，用以完成整個系統(tǒng)的位置閉環(huán)控制。
