基于P87C591的CAN總線(xiàn)超聲測(cè)距系統(tǒng)

引言
　　移動(dòng)機(jī)器人的安全避障問(wèn)題一直是該項(xiàng)研究的基本問(wèn)題，目前解決此問(wèn)題的基本方法是采用多路超聲波傳感器通過(guò)適當(dāng)?shù)陌惭b角度達(dá)到獲取多路測(cè)量信息的目的。對(duì)于多路超聲波傳感器的擴(kuò)展，一般是在機(jī)器人系統(tǒng)控制核心之上進(jìn)行。這樣做的缺點(diǎn)在于，超聲波傳感器的擴(kuò)展占用了大量的系統(tǒng)硬件資源，另外大量的測(cè)量信息的處理也浪費(fèi)了系統(tǒng)軟件資源。針對(duì)這一問(wèn)題，筆者采用CAN總線(xiàn)擴(kuò)展多路超聲波傳感器的作法。這種作法有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 首先，CAN總線(xiàn)具有良好的傳輸防錯(cuò)設(shè)計(jì)，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性；其次，多路超聲波傳感器的設(shè)計(jì)可由CAN總線(xiàn)智能節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，大大節(jié)省了系統(tǒng)硬件資源和軟件資源；第三，由于CAN總線(xiàn)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)在理論上不受限制，所以隨著對(duì)移動(dòng)機(jī)器人研究的不斷深入，對(duì)于整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)可以靈活地在CAN總線(xiàn)上進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。本文介紹的CAN總線(xiàn)智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)以Philips公司的P87C591作為超聲波傳感器的控制核心。由于P87C591具有片上自帶的CAN控制器并且為CAN的應(yīng)用提供了許多專(zhuān)用的硬件功能，因此又將它作為了系統(tǒng)的CAN總線(xiàn)控制器，大大節(jié)省了主控系統(tǒng)的資源。CAN總線(xiàn)的收發(fā)器采用TJA1040。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
　　機(jī)器人系統(tǒng)控制核心由ARM實(shí)現(xiàn)。其主要功能是處理需要復(fù)雜計(jì)算的信息，將經(jīng)過(guò)處理的信息再送回CAN總線(xiàn)，并對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理。超聲波智能節(jié)點(diǎn)控制系統(tǒng)的主要功能就是判斷障礙物位置，將對(duì)移動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)方向有阻礙的障礙物信息通過(guò)CAN總線(xiàn)傳回主控系統(tǒng)，由主控系統(tǒng)作出相應(yīng)處理并進(jìn)行避障動(dòng)作。本文將著重介紹超聲波智能節(jié)點(diǎn)控制系統(tǒng)。
　　
　　圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖
　　1 超聲波智能節(jié)點(diǎn)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
　　超聲波智能節(jié)點(diǎn)控制系統(tǒng)的硬件電路如圖2所示。P87C591是51系列單片機(jī)，對(duì)于大部分熟悉51單片機(jī)的使用者來(lái)說(shuō)它的使用方法十分簡(jiǎn)單。下面分別介紹各個(gè)組成部分。
　　
　　圖2 超聲波智能節(jié)點(diǎn)控制系統(tǒng)
　　1.1 控制部分
　　超聲波傳感器的控制部分采用Philips半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的P87C591。它是一個(gè)單片8位高性能微控制器，具有片內(nèi)CAN控制器，是從80C51微控制器家族派生出來(lái)的。它采用了強(qiáng)大的80C51指令集，并成功地包括了Philips半導(dǎo)體公司SJA1000 CAN控制器的PeliCAN功能；全靜態(tài)內(nèi)核提供了擴(kuò)展的節(jié)電方式；振蕩器可停止和恢復(fù)而不會(huì)丟失數(shù)據(jù)；改進(jìn)的1∶1內(nèi)部時(shí)鐘預(yù)分頻器在12 MHz外部時(shí)鐘速率時(shí)，實(shí)現(xiàn)500 ns指令周期；內(nèi)部具有的16 KB內(nèi)部程序存儲(chǔ)器完全滿(mǎn)足本系統(tǒng)要求。