基于PIC18F2580的CAN總線超聲波測距智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計

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是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。它是一個三級放大電路。本部分硬件電路相對簡單，主要就是利用LM386的驅(qū)動放大功能將單片機(jī)產(chǎn)生的40 kHz方波放大輸出。因?yàn)樵?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/智能">智能超聲波節(jié)點(diǎn)控制系統(tǒng)中單片機(jī)的工作相對較少，為節(jié)省硬件，不妨將40 kHz方波的產(chǎn)生這部分工作交由單片機(jī)的CCP模塊來完成。TX1為超聲波發(fā)射頭。
3.3 超聲波傳感器接收電路設(shè)計
電路采用集成電路CX20106A。這是一款紅外線檢波接收的集成電路，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測距超聲波頻率40 kHz較為接近，可以利用它作為超聲波檢測電路。實(shí)驗(yàn)證明，其具有很高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)改變C11的大小，可改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。R12和C11控制CX20106A內(nèi)部的放大增益，R14控制帶通濾波器的中心頻率。一般取R12=4.7Ω，C11=1μF。其余元件按圖4取值。RX1為超聲波接收頭，當(dāng)收到超聲波時產(chǎn)生一個下降沿，接到單片機(jī)的外部中斷INTO上。

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(jī)的外部中斷0口。單片機(jī)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(jìn)行處理，在移動機(jī)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(jī)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(jìn)行處理并通過CAN總線上報機(jī)器人系統(tǒng)控制核心，由機(jī)器人系統(tǒng)控制核心發(fā)出命令指導(dǎo)機(jī)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(jī)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(jìn)行簡單處理，上報給機(jī)器人系統(tǒng)控制核心的信息可以相對簡單，只需機(jī)器人系統(tǒng)控制核心控制機(jī)器人的實(shí)際動作，比如右轉(zhuǎn)20°，而不必機(jī)器人系統(tǒng)控制核心再次進(jìn)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半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的高速CAN總線收發(fā)器。該器件提供了CAN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口，以及對CAN總線的差動發(fā)送和接收功能。TJAl040具有優(yōu)秀的EMC性能，而且在不上電狀態(tài)下有理想的無源性能；它還提供低功耗管理，支持遠(yuǎn)程喚醒。值得一提的是TJAl040的自動防故障功能。STB引腳接地工作在正常模式下，引腳TXD提供了一個向VCC的上拉，使引腳TXD在不使用時保持隱性電平。如果VCC掉電，引腳TXD、STB和RXD就會變成懸浮狀態(tài)，防止通過這些引腳產(chǎn)生反向電流。
6N137是光電耦合器，采用光電耦合器6N137的目的是增強(qiáng)CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，這樣的設(shè)計可以很好地實(shí)現(xiàn)總線上各CAN節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離。但要注意的是，光耦部分電路所采用的兩個電源VCC和VDD必須完全隔離，否則光耦就失去了意義。
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5Ω電阻與CAN總線連接，電阻可以起到一定的限流作用，保護(hù)TJAl040不受過流的沖擊。