基于PIC的CAN總線超聲波測距智能節(jié)點設(shè)計

1、基于PIC的CAN總線超聲波測距智能節(jié)點設(shè)計    1  引言移動機器人要實現(xiàn)在不確定環(huán)境下運行，必須具備自動導(dǎo)航和避障功能。在移動機器人的導(dǎo)航系統(tǒng)中， 圖1  系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖機器人系統(tǒng)控制核心由ARM或DSP實現(xiàn)。其主要功能是處理需要復(fù)雜計算的信息，將經(jīng)過處理的信息再送回CAN總線，并對整個網(wǎng)絡(luò)進行管理。超聲波智能節(jié)點控制系統(tǒng)的主要功能就是判斷障礙物位置，將對移動機器人前進方向有阻礙的障礙物信息通過CAN總線傳回主控系統(tǒng)，由主控系統(tǒng)作出相應(yīng)處理并進行避障動作。本文將著重介紹超聲波智能節(jié)點控制系統(tǒng)。2  超聲測距原理超聲測

2、距的原理較簡單，一般采用渡越時間法，即：D=ct2                       （1）其中D為移動機器人與被測障礙物之間的距離，c為聲波在介質(zhì)中的傳輸速率。聲波在空氣中傳輸速率為：c= co（2）其中，T為絕對溫度，co =331.4ms。在不要求測距精度很高的情況下，一般可以認為c為常數(shù)。渡越時間法主要是測量超聲發(fā)射到超聲返回的時間間隔t，即“渡越時間”，然后

3、根據(jù)式（1）計算距離。3  超聲波智能節(jié)點控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計超聲波智能節(jié)點控制系統(tǒng)的硬件 3.1  控制電路超聲波傳感器的控制部分采用Microchip公司生產(chǎn)的PIC18F2580。它是一個單片8位高性能微控制器，采用了哈佛總線結(jié)構(gòu)，運行速度高，功耗低，抗干擾能力強，具有片內(nèi)CAN控制器。作為系統(tǒng)控制核心，PIC18F2580擔(dān)負兩個主要任務(wù)。其一是作為超聲波傳感器的控制核心，在其普通IO口上擴展了超聲波傳感器的接收和發(fā)射部分電路，利用 圖2  測距節(jié)點控制 3.2  超聲波傳感器發(fā)射電路設(shè)計圖3  超聲波發(fā)射部分電路圖圖3中，LM386是一

4、種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、 3.3  超聲波傳感器接收電路設(shè)計電路采用 圖4  超聲波接收部分電路圖當(dāng)超聲波接收頭接收到40 kHz方波信號時，將會將此信號通過CX20106A驅(qū)動放大送入單片機的外部中斷0口。單片機在得到外部中斷0的中斷請求后，會轉(zhuǎn)入外部中斷0的中斷服務(wù)程序進行處理，在移動機器人的避障工作中，可以在中斷服務(wù)程序設(shè)定需要單片機處理的最短距離，比如0.4m。對于距離大于0.4 m的障礙物，可以不做處理直接跳出中斷服務(wù)程序；對于距離小于或等于0.4m的障礙物信息，則在中斷服務(wù)程序中進行處理并通過CAN總線上報機器人系統(tǒng)控制核心，由機器人系統(tǒng)

5、控制核心發(fā)出命令指導(dǎo)機器人的避障動作。對于多超聲波傳感器系統(tǒng)，每一個超聲波傳感器在判斷到對機器人行動有障礙物時可分別在其中斷服務(wù)程序中對障礙物信息進行簡單處理，上報給機器人系統(tǒng)控制核心的信息可以相對簡單，只需機器人系統(tǒng)控制核心控制機器人的實際動作，比如右轉(zhuǎn)20°，而不必機器人系統(tǒng)控制核心再次進行計算，這樣會節(jié)省大量系統(tǒng)資源去作其它更為復(fù)雜的工作。3.4  CAN總線設(shè)計部分TJAl040是Philips 6N137是 TJAl040作為CAN總線收發(fā)器，與CAN總線的接口部分也采取了抗干擾措施。TJAl040的CANH1和CANL1引腳各自通過一個5 CANH和CANL與地

6、之間并聯(lián)了兩個30 pF的 4  超聲波智能節(jié)點控制系統(tǒng)的軟件編寫軟件的編寫工作主要有兩個部分：超聲波測距部分和CAN總線的通信部分。4.1  超聲波測距部分的軟件設(shè)計當(dāng)超聲波接收器接收到回波時，硬件電路產(chǎn)生脈沖電平觸發(fā)PIC18F2580的外部中斷0口。軟件編寫的主要思想是，在中斷服務(wù)程序中由寄存器預(yù)先設(shè)定一個數(shù)值，這個數(shù)值是機器人避障的最短距離。從超聲波發(fā)射頭發(fā)射方波開始，到超聲波接收頭接收到回波為止，把這段時間換算成為距離，與上述最短距離相比較。如大于最短距離，則不作處理，跳出中斷服務(wù)程序；如等于或小于最短距離，則執(zhí)行相應(yīng)動作。圖5是這部分程序的流程。 圖5 

7、; 超聲波測距軟件流程圖4.2  CAN總線通信部分的軟件編寫這部分軟件編寫主要由以下幾部分組成：初始化、接收處理、發(fā)送處理、中斷處理及錯誤處理函數(shù)。由于系統(tǒng)中任意節(jié)點在任意時刻均可主動與其它節(jié)點通信，故各個節(jié)點通信程序大致相同。具體程序的編寫可參考PIC18F2580的用戶手冊。5  結(jié)束語本文論述了以CAN總線擴展多路超聲波傳感器的基本思想，介紹了一種以Microchip公司PIC18F2580作為超聲波傳感器控制核心及CAN總線控制器。以TJAl040作為CAN總線收發(fā)器的CAN總線智能超聲波測距系統(tǒng)。將多路超聲波傳感器的擴展轉(zhuǎn)移到智能節(jié)點部分上完成，簡化了移動機器人系統(tǒng)控制核心的工作；采取了比較簡單的硬件設(shè)計