基于PIC18F2580的CAN總線(xiàn)超聲波測距智能節點(diǎn)設計

3.2 超聲波傳感器發(fā)射電路設計

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)，廣泛應用于錄音機和收音機之中。它是一個(gè)三級放大電路。本部分硬件電路相對簡(jiǎn)單，主要就是利用LM386的驅動(dòng)放大功能將單片機產(chǎn)生的40 kHz方波放大輸出。因為在智能超聲波節點(diǎn)控制系統中單片機的工作相對較少，為節省硬件，不妨將40 kHz方波的產(chǎn)生這部分工作交由單片機的CCP模塊來(lái)完成。TX1為超聲波發(fā)射頭。
3.3 超聲波傳感器接收電路設計
電路采用集成電路CX20106A。這是一款紅外線(xiàn)檢波接收的集成電路，常用于電視機紅外遙控接收器?？紤]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)驗證明，其具有很高的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當改變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，當收到超聲波時(shí)產(chǎn)生一個(gè)下降沿，接到單片機的外部中斷INTO上。

圖4 超聲波接收部分電路圖
當超聲波接收頭接收到40 kHz方波信號時(shí)，將會(huì )將此信號通過(guò)CX20106A驅動(dòng)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(huì )轉入外部中斷0的中斷服務(wù)程序進(jìn)行處理，在移動(dòng)機器人的避障工作中，可以在中斷服務(wù)程序設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(jìn)行處理并通過(guò)CAN總線(xiàn)上報機器人系統控制核心，由機器人系統控制核心發(fā)出命令指導機器人的避障動(dòng)作。對于多超聲波傳感器系統，每一個(gè)超聲波傳感器在判斷到對機器人行動(dòng)有障礙物時(shí)可分別在其中斷服務(wù)程序中對障礙物信息進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，上報給機器人系統控制核心的信息可以相對簡(jiǎn)單，只需機器人系統控制核心控制機器人的實(shí)際動(dòng)作，比如右轉20°，而不必機器人系統控制核心再次進(jìn)行計算，這樣會(huì )節省大量系統資源去作其它更為復雜的工作。
3.4 CAN總線(xiàn)設計部分
TJAl040是Philips半導體公司生產(chǎn)的高速CAN總線(xiàn)收發(fā)器。該器件提供了CAN協(xié)議控制器和物理總線(xiàn)之間的接口，以及對CAN總線(xiàn)的差動(dòng)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(wú)源性能；它還提供低功耗管理，支持遠程喚醒。值得一提的是TJAl040的自動(dòng)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(gè)向VCC的上拉，使引腳TXD在不使用時(shí)保持隱性電平。如果VCC掉電，引腳TXD、STB和RXD就會(huì )變成懸浮狀態(tài)，防止通過(guò)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CAN總線(xiàn)節點(diǎn)的抗干擾能力，這樣的設計可以很好地實(shí)現總線(xiàn)上各CAN節點(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(gè)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(xiàn)收發(fā)器，與CAN總線(xiàn)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(guò)一個(gè)5Ω電阻與CAN總線(xiàn)連接，電阻可以起到一定的限流作用，保護TJAl040不受過(guò)流的沖擊。