测距方案
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激光测距方案引言激光测距技术是一种利用激光器产生的激光束,通过测量激光束从发射到接收的时间,并结合光速的知识,精确地计算出距离目标物体的远近。
激光测距广泛应用于工业、建筑、军事等领域,并且在自动驾驶、智能家居等领域也有重要的应用。
本文将介绍一种基于激光测距的方案,包括硬件设备和软件算法的设计与实现。
设备在这个方案中,我们需要使用以下设备来实现激光测距:1.激光器:激光器是激光测距方案的核心设备,它能够产生一束高能的激光束。
2.接收器:接收器用于接收激光束,并将激光的信息转换成电信号。
3.控制电路:控制电路用于控制激光器的开关和接收器的工作状态。
4.距离计算器:距离计算器是激光测距方案的核心部分,它能够根据激光的时间信息和光速,精确地计算出目标物体的距离。
实现步骤下面是基于激光测距方案的实现步骤:1.准备硬件设备:连接激光器、接收器和控制电路,并进行相应的供电。
2.发射激光束:控制电路开启激光器,使其产生一束激光束并发射出去。
3.接收激光束:接收器接收激光束,并将其转化成电信号。
4.记录时间信息:通过记录激光束从发射到接收经过的时间,得到激光的时间信息。
5.计算距离:使用距离计算器根据激光的时间信息和光速,计算出距离目标物体的准确数值。
6.输出结果:将测得的距离结果通过显示屏、串口或者其他方式进行输出。
算法激光测距的算法是根据激光的时间信息和光速来计算出距离的。
下面是一种常见的激光测距算法:1.获得激光的时间信息。
2.根据激光时间信息计算激光的飞行时间。
3.使用光速与激光的飞行时间进行计算,得到目标物体的距离。
需要注意的是,为了获得更加精确的距离测量结果,还可以考虑以下因素:•温度校准:温度对声速和光速都有一定的影响,因此可以通过温度传感器对测量结果进行校准。
•多次测量:进行多次测量可以提高测量精度,可以取多次测量结果的平均值作为最终的距离结果。
总结激光测距方案是一种利用激光器产生激光束,并通过测量激光的飞行时间和光速来计算距离的技术。
激光测距方案开发思路概述激光测距是一种常用的测量技术,广泛应用于工业生产、医学、机器人以及航天等领域。
本文将介绍激光测距方案的开发思路,包括硬件选型、算法设计和实施流程。
硬件选型在选择激光测距方案的硬件时,需要考虑以下几个因素:1.激光器:选择合适的激光器是激光测距方案的基础。
常见的激光器包括半导体激光器、二极管激光器和固体激光器等。
根据应用需求,选择合适的激光器波长和功率。
2.接收器:接收器的选择需要考虑激光信号的输入、信号处理和输出等功能。
常见的接收器包括光电二极管、光敏电阻和光电探测器等。
3.光路设计:光路设计是激光测距方案中重要的一环。
需要设计合适的光路布局,并考虑光路的折射、反射和衍射等因素。
算法设计激光测距方案的算法设计是实现测距功能的核心部分。
以下是常用的激光测距算法:1.直接测量法:通过测量激光信号的来回传播时间来计算距离。
该方法简单、快速,但受到测量误差和信号衰减的影响。
2.相位测量法:通过测量激光信号的相位差来计算距离。
该方法精度较高,但对硬件和算法的要求也较高。
3.强度测量法:通过测量激光信号的能量衰减来计算距离。
该方法精度一般,但适用于较长距离的测量。
根据应用需求,选择合适的算法设计。
实施流程激光测距方案的实施流程如下:1.设计硬件原型:根据硬件选型和激光测距算法,设计硬件原型。
包括激光器、接收器、光路和信号处理等部分。
2.搭建测量平台:将硬件原型搭建在测量平台上,保证光路的稳定和准确性。
3.调试和优化:通过调试和优化硬件和算法,改进测量精度和速度。
4.数据处理和展示:使用合适的数据处理和展示工具,对测量结果进行分析和展示。
注意事项在开发激光测距方案时,需要注意以下几个事项:1.安全性:激光器是一种高能光源,需要避免对人眼造成伤害。
在使用激光器时,需要遵循相关的安全操作规范。
2.环境因素:激光测距方案的性能会受到环境因素的影响,如温度、湿度和气压等。
在设计和使用过程中,需要考虑这些因素对测量结果的影响。
uwb测距方案无线电超宽带(Ultra Wide Band, UWB)是一种短距离高速数据传输和测距的技术。
它可以在短距离范围内实现高精度的距离测量,有着广泛的应用领域,如地下定位、室内导航、智能交通等。
本文将介绍UWB测距方案的原理、应用以及未来发展方向。
一、UWB测距原理UWB测距利用了射频信号在空间中传播时的充分利用。
UWB设备会以特定的脉冲序列发送短时域信号,这些脉冲序列具有宽带特性,频率覆盖范围很广。
当这些信号经过目标物体后返回,根据信号的延迟时间以及相位差,可以计算出目标物体与发送器之间的距离。
由于UWB信号的波特性,可以实现亚厘米级别的距离测量精度。
二、UWB测距应用1. 室内定位与导航:UWB测距技术可以用于室内定位与导航系统中,解决了传统信号在室内环境下受阻碍、多径效应等问题。
它可以提供精确的位置信息,广泛应用于室内导航、商场定位、智能家居等领域。
2. 车辆安全与自动驾驶:UWB测距可用于实现车辆间的安全跟随与定位,减少事故风险。
在自动驾驶技术中,UWB可以与其他传感器协同工作,提供精确的定位与环境感知,用于实现车辆的自主导航与避障。
3. 物联网与智能家居:UWB技术在物联网和智能家居中有着广泛的应用,可用于智能门锁、宠物追踪、个人健康监测等场景。
通过UWB测距技术,可以实现设备之间的精确通信与定位。
4. 工业自动化:在工业自动化领域,UWB测距可以用于机器人定位与协同作业,提高生产效率与工作安全性。
三、UWB测距的未来发展方向随着对室内定位与精确定位需求的不断增加,UWB测距技术将在各个领域得到广泛应用。
未来的发展方向包括:1. 系统性能提升:UWB测距系统的抗干扰能力和定位精度将会进一步提升,以适应更复杂的环境。
2. 芯片集成与小型化:UWB芯片的集成度将会提高,尺寸将会缩小,以更好地适应各种应用场景。
3. 融合与协同:UWB测距技术将与其他传感器、通信技术进行融合与协同,形成更加完善的系统。
人体测距方案测距是人们日常生活中常用的一项技术。
无论是测量房屋距离还是运动员跑步的速度,准确的测距方案都是必不可少的。
与传统的测距工具相比,人体测距方案通过感知人体的运动和周围环境变化来实现测距,具有更广泛的应用前景。
本文将介绍几种目前常见的人体测距方案,并分析其原理和应用。
一、GPS定位测距GPS(全球定位系统)是一种基于卫星定位技术的全球导航定位系统,可以提供全球范围的三维位置、速度和时间信息。
通过携带GPS设备,人们可以利用卫星信号来确定自己的位置,从而实现测距。
在人体测距中,使用GPS定位测距方案可以有效地测量人体的运动距离。
人们可以通过运动手表、智能手机等设备来获取GPS信号,并结合地图应用计算出距离。
由于GPS信号的精度和稳定性较高,因此GPS定位测距方案被广泛应用于户外运动和导航领域。
二、惯性测距惯性测距是利用人体的惯性传感器来实现测距的一种方案。
目前常见的惯性传感器包括加速度计和陀螺仪。
加速度计可以感知人体的线性加速度,而陀螺仪可以感知人体的角加速度。
通过结合这两个传感器的数据,可以估计人体的运动轨迹和距离。
然而,惯性测距方案存在累积误差的问题,即随着时间的增加,误差会逐渐累积,导致测距结果不够准确。
因此,在实际应用中,需要结合其他传感器或算法来进行校正,提高测距的准确性。
三、视觉测距视觉测距方案是利用摄像头或红外传感器来感知人体与目标物之间的距离。
通过分析图像或传感器数据,可以测量目标物在图像中的尺寸,并结合相机参数和三角测量原理计算出距离。
视觉测距方案具有非接触、实时性强的优点,适用于各种场景下的人体测距需求。
例如,无人驾驶汽车可以利用视觉测距来判断与前方车辆的距离,从而做出相应的安全措施。
四、声波测距声波测距方案是利用人体发出声音并接收返回声波来计算距离的一种方案。
通过发射声波并测量其返回的时间,可以根据声速和时间计算出距离。
声波测距方案可以应用于室内环境中,例如测量房间的长度或者检测物体与人体的距离。
uwb测距方案UWB(Ultra-Wideband)是一种超宽带无线通信技术,具有高精度、高可靠性和大容量的传输特点,被广泛应用于测距领域。
本文将介绍UWB测距方案的原理、应用场景和发展趋势。
一、UWB测距原理UWB测距方案通过发送具有极短脉冲宽度和宽带频谱的信号,利用相对时间差(Time of Flight)或相对信号强度(Received Signal Strength Index,RSSI)来测量距离。
其原理如下:1. 相对时间差测距法:通过计算从发送器发出的脉冲到接收器接收到的脉冲的传播时间差来计算距离。
这种方法适合于室内环境,可以实现高精度测距。
2. 相对信号强度测距法:通过测量接收到的信号强度来推断距离。
这种方法相对简单,适用于室外环境或距离较远的测距场景。
二、UWB测距应用场景UWB测距方案具有广泛的应用场景,其中包括但不限于以下几个方面:1. 室内定位:UWB测距技术可以在室内环境中实现高精度的人员或物体定位,广泛应用于智能家居、商场导航、安防监控等领域。
2. 车联网:UWB测距可以应用于车辆之间的距离测量和通信,实现车辆自动驾驶、车队协同和交通管理等功能,提高交通安全和效率。
3. 工业自动化:UWB测距方案可以用于工业自动化中的定位和跟踪,如无人机航线规划、机器人导航等,提高生产效率和安全性。
4. 物流追踪:UWB测距技术可以实现货物在仓储和物流环节的准确定位和追踪,提高物流管理的效率和精确度。
三、UWB测距发展趋势随着无线通信技术的不断发展,UWB测距方案也在不断演进和创新,具有以下几个发展趋势:1. 高精度和远距离:UWB测距方案将追求更高的测距精度和更远的传输距离,以应对各种复杂环境和应用需求。
2. 低功耗和小型化:未来的UWB测距设备将越来越小型化,功耗更低,以满足移动设备和物联网终端的需求。
3. 多模式融合:与其他无线通信技术(如蓝牙、Wi-Fi)相结合,实现UWB与其他技术的协同工作,在不同应用场景下充分发挥各自的优势。
车辆测距方案随着汽车自动驾驶技术的不断提升,车辆测距方案也越来越受到关注。
车辆测距是自动驾驶技术中非常重要的一部分,可以实现车辆之间的安全跟随、碰撞避免等功能。
本文将介绍几种常见的车辆测距方案,希望对读者有所帮助。
1. 激光雷达激光雷达是一种常见的车辆测距方案,它可以通过发射激光束并接收反射回来的信号来测量距离。
激光雷达测距准确性高,可以测量较长距离,但价格较为昂贵,一般只用于高端自动驾驶系统。
2. 摄像头摄像头是另一种常见的测距方案,它可以通过计算目标物在图像中的像素大小来推算出目标物距离。
摄像头测距方案相对激光雷达价格较为低廉,但准确性和可靠性较差。
一般用于基础的车辆安全系统,如倒车雷达等。
3. 超声波传感器超声波传感器是一种使用声波来测量距离的传感器。
它可以在车身周围发射高频声波,通过测量声波从物体反射返回传感器的时间来计算距离。
超声波传感器价格较低,被广泛应用于车辆停车辅助系统中。
4. 毫米波雷达毫米波雷达是一种新兴的车辆测距方案,它可以在不同频段范围内进行测量,测距准确性高,且能够穿透一定的障碍物。
毫米波雷达已经被广泛应用于部分高端车辆的自动驾驶系统中。
5. GPSGPS可以用于车辆的定位和测距。
GPS测距精确度可达数米,但不能用于要求高精度、高速度的场合。
因此在车辆自动驾驶系统中,GPS常作为辅助定位手段使用,一般配合其他传感器使用。
6. 组合传感器为了提高车辆测距的准确性和可靠性,一些车辆自动驾驶系统采用了组合传感器的方式,综合使用多种传感器来进行测距。
组合传感器不仅可以提高测距准确性,还可以实现冗余备份,提高车辆自动驾驶系统的安全性。
结论总体来说,车辆测距方案有多种选择,不同的方案有不同的优点和局限性,需要根据实际需求进行选择。
在车辆自动驾驶系统中,常见的测距方案包括激光雷达、摄像头、超声波传感器、毫米波雷达和GPS等,而综合使用多种传感器的组合传感器则可以提高测距准确性和可靠性。
uwb测距方案Ultra-Wideband (UWB)技术是一种通过发送和接收短脉冲信号来测量距离的无线通信技术。
它具有高精度、高信号穿透能力和低功耗等特点,因此在多个领域都有广泛的应用。
本文将介绍UWB测距方案的原理、应用以及未来的发展趋势。
一、UWB测距原理UWB测距方案是基于时隙测距技术开发的。
通过发送极短的脉冲信号并测量它们在空中传播的时间延迟,可以计算出信号的传播距离。
UWB技术可以实现亚毫米级别的测距精度,并能够穿透墙壁、电磁干扰等障碍物,使其在室内和室外环境中都具备良好的应用性能。
二、UWB测距应用1. 定位和导航UWB测距方案在室内定位和导航领域有着广泛的应用。
通过在建筑物内部部署UWB节点,可以实时跟踪人员和物品的位置,提供精准的室内导航服务。
这对于医院、商场、机场等人员密集场所的管理和安全监控非常重要。
2. 车辆安全UWB测距方案可以提供车辆间的高精度测距和通信,从而实现车辆之间的自动跟随、避免碰撞等功能。
这对于提高车辆安全性、减少交通事故具有重要意义。
此外,UWB技术还可以用于车辆的停车辅助系统,提供更加精确的停车指引。
3. 工业自动化在工业生产过程中,UWB测距方案可以用于精确定位和跟踪工人和设备的位置。
通过实时监控和控制这些位置信息,可以提高工作效率、减少错误和事故的发生。
此外,UWB技术还可以帮助优化供应链和物流管理,提高仓库和货物的管理效率。
4. 建筑结构监测UWB测距方案可以用于监测建筑物的结构变形和振动情况。
通过在建筑物中布置UWB传感器,并将其与中心控制系统连接,可以实时监测建筑物的变形和振动情况,并在可能发生结构损坏的情况下提前发出警报,保障人员和财产的安全。
三、UWB测距的未来发展随着技术的不断进步和应用领域的扩大,UWB测距方案在未来将有更广阔的发展空间。
其中,以下几个方面值得关注:1. 精度提升目前的UWB测距方案已经可以实现亚毫米级别的测距精度,未来随着技术的发展,其测距精度将进一步提高,可以满足更加精细化的应用需求。
脉冲测距方案引言脉冲测距是一种常用的测量物体距离的方法,广泛应用于工业、军事和科学等领域。
本文将介绍脉冲测距的原理、应用以及实施的方案。
脉冲测距原理脉冲测距利用了光、声波或电磁波等的传播速度恒定的特性,测量物体与传感器之间的距离。
其原理可以简要概括为以下几个步骤:1.发射脉冲信号:传感器会发射一段脉冲信号,该信号可以是光脉冲、声波脉冲或电磁波脉冲。
2.接收反射信号:脉冲信号在遇到物体后会被反射回来,传感器会接收到反射信号。
3.计算时间差:通过测量脉冲信号发射和接收之间的时间差,可以计算出物体与传感器之间的距离。
4.转换为物理距离:根据光、声波或电磁波的传播速度,将时间差转换为物理距离。
脉冲测距的应用脉冲测距在许多领域中都有广泛的应用,下面列举了一些常见的应用场景:超声波测距仪超声波测距仪是一种利用声波脉冲进行测距的仪器。
它常用于工业控制、液位测量、机器人导航等领域。
激光测距仪激光测距仪利用激光脉冲进行测距,其精度高、测量速度快,常用于建筑测量、地图绘制、排雷等领域。
雷达测距雷达测距是一种利用电磁波脉冲进行测距的方法,常用于军事侦察、导航定位等领域。
脉冲测距方案实施脉冲测距的方案主要包括硬件和软件两个方面。
硬件方案在脉冲测距的硬件方案中,关键的组件通常包括:•发射器:用于发射脉冲信号,可以是激光器、声波发射器或电磁波发射器等。
•接收器:用于接收反射信号,常通过传感器或接收天线实现。
•控制电路:负责控制发射器和接收器的工作时序,以及接收到的信号处理等。
•计算单元:用于计算时间差并转换为物理距离。
通常是通过微处理器或FPGA等实现。
硬件方案的选型和设计需要根据具体的应用场景和测量要求来确定,其中包括测量范围、精度、测量速度等因素。
软件方案脉冲测距的软件方案主要包括信号处理和距离计算两个部分。
•信号处理:接收到的反射信号通常会经过放大、滤波、去噪等处理,以便提取有效的脉冲信号。
•距离计算:通过计算脉冲信号发射和接收之间的时间差,结合光、声波或电磁波的传播速度,将时间差转换为物理距离。
uwb测距方案UWB是Ultra-wideband的缩写,是一种无线通信技术。
它的优势在于它具有极高的数据速率和可靠性,可以在极短的时间内传输大量的数据,并且可以提供几乎完美的定位精度,因此,它被广泛应用于测距领域。
测距是一项非常重要的技术,对于各种生产制造、航空航天、地理信息、安全监测和智能家居等领域都是不可或缺的。
现在,基于UWB技术的测距方案已经得到了广泛的研究和应用,下面就来介绍一下UWB测距方案的基本原理和应用。
一、UWB测距方案的基本原理UWB技术的一大特点就是信号传输带宽极宽,通常情况下,UWB信号的带宽可以超过1 GHz,这意味着在很短时间内可以传输大量的数据。
由于这种宽带特性,UWB信号的频谱波形就没有传统无线电信号的正弦波形;相反,它更像一个短脉冲信号。
由于UWB信号的这种特点,它可以通过时间域信息实现距离测量。
在UWB测距方案中,通常需要使用两个或更多无线电发射器和接收器(传感器)来发送和接收UWB信号。
每个无线电设备都有其独特的ID号,这个ID号可以帮助无线电设备被识别和跟踪。
当一个UWB信号从一个无线电发射器发送时,它会以光速传播,同时会抵达多个接收器。
由于信号的传输距离和折射路径的不同,信号的到达时间也不同,这就使得接收方可以分析每个接收器所接收到的信号,从而测量出信号的传播延迟。
通过这些延迟的差异和在空气中的信号传播速度,UWB测距方案可以准确地计算出发射器和接收器之间的距离。
二、UWB测距方案的应用1.室内定位室内定位是一项非常重要的技术,能够帮助人们在室内环境中准确地定位和追踪物品或人员。
在室内定位中,UWB测距方案可以实现非常高精度的位置测量,因此它被广泛应用于室内导航、智能家居、机器人等领域。
2.汽车安全汽车安全是一个非常重要的问题,特别是在高速公路上行驶时。
传统的雷达和摄像机等设备在某些情况下可能存在视觉盲区或者无法探测到一些障碍物,而UWB测距方案可以克服这些局限性,提供更可靠和准确的测距结果,从而帮助汽车驾驶员避免事故。
引言移动机器人的安全避障问题一直是该项研究的基本问题,目前解决此问题的基本方法是采用多路超声波传感器通过适当的安装角度达到获取多路测量信息的目的。
对于多路超声波传感器的扩展,一般是在机器人系统控制核心之上进行。
这样做的缺点在于,超声波传感器的扩展占用了大量的系统硬件资源,另外大量的测量信息的处理也浪费了系统软件资源。
针对这一问题,笔者采用CAN总线扩展多路超声波传感器的作法。
这种作法有几个优点:首先,CAN总线具有良好的传输防错设计,保证了数据通信的可靠性;其次,多路超声波传感器的设计可由CAN总线智能节点实现,大大节省了系统硬件资源和软件资源;第三,由于CAN 总线对于网络内的节点数在理论上不受限制,所以随着对移动机器人研究的不断深入,对于整个机器人系统的总体设计可以灵活地在CAN总线上进一步开发。
本文介绍的CAN总线智能节点的设计以Philips公司的P87C591作为超声波传感器的控制核心。
由于P87C591具有片上自带的CAN控制器并且为CAN的应用提供了许多专用的硬件功能,因此又将它作为了系统的CAN总线控制器,大大节省了主控系统的资源。
CAN总线的收发器采用TJAl040。
系统总体结构框图如图1所示。
机器人系统控制核心由ARM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。
1 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电路如图2所示。
P87C591是51系列单片机,对于大部分熟悉51单片机的使用者来说它的使用方法十分简单。
下面分别介绍各个组成部分。
1.1 控制部分超声波传感器的控制部分采用Philips半导体公司生产的P87C591。
它是一个单片8位高性能微控制器,具有片内CAN控制器,是从80C51微控制器家族派生出来的。
它采用了强大的80C51指令集,并成功地包括了Philips半导体公司SJAl000 CAN控制器的PeliCAN功能;全静态内核提供了扩展的节电方式;振荡器可停止和恢复而不会丢失数据;改进的1:1内部时钟预分频器在12 MHz外部时钟速率时,实现500 ns指令周期;内部具有的16 KB内部程序存储器完全满足本系统要求。
作为系统控制核心,P87C591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I/O口上扩展了超声波传感器的接收和发射部分电路,利用单片机软件功能产生40 kHz信号并通过驱动放大发射出去,再利用接收部分电路进行接收。
另外可以对其余口线继续进行超声波传感器的扩展,实现多个超声波传感器系统的设计。
其二是利用P87C591的片内CAN控制器实现与CAN总线的连接。
这样的设计改变了过去在机器人控制核心上进行超声波测距系统的设计,不但将超声波检测与处理的工作转移到了单片机上,大大节省了机器人控制核心的系统资源,还将CAN总线智能节点的大部分控制工作也转移到了单片机上,节省了硬件资源,同时CAN总线的采用大大提升了系统的抗干扰能力,使机器人控制系统更加稳定地工作。
1.2 超声波传感器发射部分超声波传感器发射部分硬件电路如图3所示。
LM386是一种音频集成功放,具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点,广泛应用于录音机和收音机之中。
它是一个三级放大电路。
本部分硬件电路相对简单,主要就是利用LM386的驱动放大功能将单片机产生的40 kHz方波放大输出。
因为在智能超声波节点控制系统中单片机的工作相对较少,为节省硬件,不妨将40 kHz方波的产生这部分工作交由单片机的定时器来完成,这样只需十分简单的硬件电路即可完成。
US―T1为超声波发射头。
1.3 超声波传感器接收部分超声波传感器接收部分的硬件电路如图4所示。
电路采用集成电路CX20106A。
这是一款红外线检波接收的专用芯片,常用于电视机红外遥控接收器。
考虑到红外遥控常用的载波频率38 kHz与测距超声波频率40 kHz较为接近,可以利用它作为超声波检测电路。
实验证明,其具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。
适当改变C1的大小,可改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。
R1和C1控制CX20106A内部的放大增益,R2控制带通滤波器的中心频率。
一般取R2=4.7Ω,C1=1μF。
其余元件按图4取值。
US_R1为超声波接收头,当收到超声波时产生一个下降沿,接到单片机的外部中断INTO上。
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O的中断请求后,会转入外部中断O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O.5 m。
对于距离大于0.5 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0.5 m 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,比如左转30°,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他更为复杂的工作。
1.4 CAN总线设计部分CAN总线设计部分的硬件电路如图5所示。
TJAl040是Philips.半导体公司生产的完全可替代PCA82C250的高速CAN总线收发器。
该器件提供了CAN协议控制器和物理总线之间的接口,以及对CAN总线的差动发送和接收功能。
TJAl040具有优秀的EMC性能,而且在不上电状态下有理想的无源性能;它还提供低功耗管理,支持远程唤醒。
值得一提的是TJAl040的自动防故障功能,在引脚TXD上提供了一个向VCC的上拉,使引脚TXD在不使用时保持隐性电平。
引脚STB提供了一个向VCC的上拉,当不使用引脚STB时,收发器进入待机模式。
如果VCC掉电,引脚TXD、STB和RXD就会变成悬浮状态,防止通过这些引脚产生反向电流。
这部分电路硬件相对简单,但对于CAN总线的抗干扰能力需特别注意。
本设计主要突出以下几点:图中6N137是光电耦合器,P87C591的。
RXDC脚(即P1.O口)作为CAN接收器的输入脚,TXDC口(即P1.1口)作为CAN发送器的输出脚,都通过6N137连接至CAN发送器TJAl040。
采用光电耦合器6N137的目的是增强CAN总线节点的抗干扰能力,这样的设计可以很好地实现总线上各CAN节点间的电气隔离。
但要注意的是,光耦部分电路所采用的两个电源VCC和V必须完全隔离,否则光耦就失去了意义。
可采用专用的电源隔离模块来实现。
①TJAl040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CAN_H和CAN_L引脚各自通过一个5Ω电阻与CAN总线连接,电阻可以起到一定的限流作用,保护TJAl040不受过流的冲击。
②CAN_H和CAN_L与地之间并联了2个30 pF的电容,可以过滤掉总线上的高频干扰和一定的电磁辐射。
③2根CAN总线接人端与地之间分别反接了一个保护二极管。
当CAN总线有较高的负电压时,通过二极管的续流可起到一定的过压保护作用。
④总线两端接的120Ω电阻起匹配总线阻抗的作用,忽略掉它会使数据通信的抗干扰性能及可靠性大大降低甚至无法通信。
1.5 其他除以上提到的几个主要部分之外,还有单片机的复位电路、外部时钟电路和电源等几个部分,本文只提供了一种最简单方案。
在实际应用中,对于较为复杂的现场环境可以相应添加看门狗复位电路和独立电源设计等复杂电路。
值得注意的是,对于复位电路和电源电路应该给予足够的重视。
2 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。
2.1 超声波测距部分的软件设计超声波发射部分的软件设计相对简单。
在软件编写工作中,需要将超声波持续发射一段时间以便被接收器准确接收。
以下程序可作参考:当超声波接收器接收到回波时,硬件电路产生低电平触发P87C591的外部中断O 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6是这部分程序的流程。
2.2 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他节点通信,故各个节点通信程序大致相同。
具体程序的编写可参考P87C591的用户手册。
结语本文论述了以CAN总线扩展多路超声波传感器的基本思想,介绍了一种以Philips公司P87C591作为超声波传感器控制核心及CAN总线控制器和以TJAl040作为CAN总线收发器的CAN总线智能超声波测距系统。
与以往移动机器人超声波传感器测距系统相比,这个设计增加了CAN总线部分的设计,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,主要是将超声波传感器的控制核心和CAN 总线控制器集中到一起,采用P87C591一个器件完成两种芯片的工作,大大节省硬件。
另外,CAN总线的扩展也会令后续的移动机器人系统的进一步开发变得更为灵活。
实践证明这个设计可行,只是对于实际工作中不同应用场合的有些电路(比如复位电路、电源电路等外围电路)在设计细节上还有待进一步细化。
另外,软件编写方面还应特别注意多超声波传感器的抗干扰问题。