基于PIC的CAN总线超声波测距智能节点设计

1、基于PIC的CAN总线超声波测距智能节点设计    1  引言移动机器人要实现在不确定环境下运行，必须具备自动导航和避障功能。在移动机器人的导航系统中， 图1  系统总体结构框图机器人系统控制核心由ARM或DSP实现。其主要功能是处理需要复杂计算的信息，将经过处理的信息再送回CAN总线，并对整个网络进行管理。超声波智能节点控制系统的主要功能就是判断障碍物位置，将对移动机器人前进方向有阻碍的障碍物信息通过CAN总线传回主控系统，由主控系统作出相应处理并进行避障动作。本文将着重介绍超声波智能节点控制系统。2  超声测距原理超声测

2、距的原理较简单，一般采用渡越时间法，即：D=ct2                       （1）其中D为移动机器人与被测障碍物之间的距离，c为声波在介质中的传输速率。声波在空气中传输速率为：c= co（2）其中，T为绝对温度，co =331.4ms。在不要求测距精度很高的情况下，一般可以认为c为常数。渡越时间法主要是测量超声发射到超声返回的时间间隔t，即“渡越时间”，然后

3、根据式（1）计算距离。3  超声波智能节点控制系统的硬件设计超声波智能节点控制系统的硬件 3.1  控制电路超声波传感器的控制部分采用Microchip公司生产的PIC18F2580。它是一个单片8位高性能微控制器，采用了哈佛总线结构，运行速度高，功耗低，抗干扰能力强，具有片内CAN控制器。作为系统控制核心，PIC18F2580担负两个主要任务。其一是作为超声波传感器的控制核心，在其普通IO口上扩展了超声波传感器的接收和发射部分电路，利用 图2  测距节点控制 3.2  超声波传感器发射电路设计图3  超声波发射部分电路图图3中，LM386是一

4、种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、 3.3  超声波传感器接收电路设计电路采用 图4  超声波接收部分电路图当超声波接收头接收到40 kHz方波信号时，将会将此信号通过CX20106A驱动放大送入单片机的外部中断0口。单片机在得到外部中断0的中断请求后，会转入外部中断0的中断服务程序进行处理，在移动机器人的避障工作中，可以在中断服务程序设定需要单片机处理的最短距离，比如0.4m。对于距离大于0.4 m的障碍物，可以不做处理直接跳出中断服务程序；对于距离小于或等于0.4m的障碍物信息，则在中断服务程序中进行处理并通过CAN总线上报机器人系统控制核心，由机器人系统

5、控制核心发出命令指导机器人的避障动作。对于多超声波传感器系统，每一个超声波传感器在判断到对机器人行动有障碍物时可分别在其中断服务程序中对障碍物信息进行简单处理，上报给机器人系统控制核心的信息可以相对简单，只需机器人系统控制核心控制机器人的实际动作，比如右转20°，而不必机器人系统控制核心再次进行计算，这样会节省大量系统资源去作其它更为复杂的工作。3.4  CAN总线设计部分TJAl040是Philips 6N137是 TJAl040作为CAN总线收发器，与CAN总线的接口部分也采取了抗干扰措施。TJAl040的CANH1和CANL1引脚各自通过一个5 CANH和CANL与地

6、之间并联了两个30 pF的 4  超声波智能节点控制系统的软件编写软件的编写工作主要有两个部分：超声波测距部分和CAN总线的通信部分。4.1  超声波测距部分的软件设计当超声波接收器接收到回波时，硬件电路产生脉冲电平触发PIC18F2580的外部中断0口。软件编写的主要思想是，在中断服务程序中由寄存器预先设定一个数值，这个数值是机器人避障的最短距离。从超声波发射头发射方波开始，到超声波接收头接收到回波为止，把这段时间换算成为距离，与上述最短距离相比较。如大于最短距离，则不作处理，跳出中断服务程序；如等于或小于最短距离，则执行相应动作。图5是这部分程序的流程。 图5 

7、; 超声波测距软件流程图4.2  CAN总线通信部分的软件编写这部分软件编写主要由以下几部分组成：初始化、接收处理、发送处理、中断处理及错误处理函数。由于系统中任意节点在任意时刻均可主动与其它节点通信，故各个节点通信程序大致相同。具体程序的编写可参考PIC18F2580的用户手册。5  结束语本文论述了以CAN总线扩展多路超声波传感器的基本思想，介绍了一种以Microchip公司PIC18F2580作为超声波传感器控制核心及CAN总线控制器。以TJAl040作为CAN总线收发器的CAN总线智能超声波测距系统。将多路超声波传感器的扩展转移到智能节点部分上完成，简化了移动机器人系统控制核心的工作；采取了比较简单的硬件设计