CN108436940A - 一种清洁机器人位置测量模块即插即用标准化接口装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种清洁机器人位置测量模块即插即用标准化接口装置，该装置包括微处理器，所述微处理器的输入/输出端连接有超声波传感器，用于提供一定范围的非接触式距离感测，所述微处理器的输入/输出端连接有RS232线路驱动收发器，所述RS232线路驱动收发器的收发端连接有SCI接口，所述微处理器的输入/输出端连接有CAN总线收发器，所述CAN总线收发器的信号输出端连接有CAN总线接口。本发明提供的清洁机器人常用测距模块的两种通用标准化SCI与CAN接口，兼顾了两种接口之间的兼容性，实现在线实时数据采集与显示，并且装置工作可靠，实时性好，能与上位机通过标准化SCI接口与CAN总线接口实现即插即用。

Description

一种清洁机器人位置测量模块即插即用标准化接口装置
技术领域
本发明涉及AI机器人技术领域，具体涉及一种清洁机器人位置测量模块即插即用标准化接口装置。
背景技术
清洁机器人作为一种特种服务机器人，是服务人类并最贴近人类的机器人，它能够完全代替人完成家庭、商场及工作环境的清洁工作。随着我国劳动适龄人口逐渐减少及人口红利的逐渐消失，家政服务劳动力成本不断攀升，促使服务家庭劳作的清洁机器人需求率也逐年攀升。清洁机器人涉及到电源技术、传感器技术、避障控制技术、路径规划与定位技术等关键技术。
准确获取环境信息是清洁机器人安全高效工作的前提。通过对周围障碍物距离的不断测量是实现避障的先决条件，作为清洁机器人的避障系统位置测量必不可少，目前主要存在以下几个问题：
①目前市场清洁机器人避障系统使用测量位置的传感器种类繁多，输出信号不一，国家没有统一标准，在每个控制系统内信号处理原理不一，增加设计人员设计复杂度。
②目前市场上比较成熟的测距模块普遍是以单片机为核心控制器模块，但是由于单片机采用的是冯.诺依曼结构，比如常用51系列单片机主频只有12MHz，所以在运算处理能力上根本无法满足清洁机器人上层路径规划算法数据采集频率的要求。
③目前由于传感器输出接口信号没有统一标准，导致传感器之间以及传感器与上层之间无法实现互操作及即插即用。每位设计师都必须熟悉各种标准接口协议，浪费研究时间，增加研究成本。
针对上述现状与问题，一种高速率高性能的清洁机器人通用位置测量模块标准化一转二即插即用装置设计势在必行，这样设计人员可根据不同的研究对象直接采用批量制造的标准化装置拼装来满足用户基本硬件要求，这样研究人员花更少的时间在清洁机器人底层的硬件结构上，不必重头开始设计，而把精力放在上层算法研究和技术难关的攻克上，不仅降低了成本，缩短了研究周期，很大程度地提高了研究效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种清洁机器人位置测量模块即插即用标准化接口装置。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种清洁机器人位置测量模块即插即用标准化接口装置，该装置包括微处理器，所述微处理器的输入/输出端连接有超声波传感器，用于提供一定范围的非接触式距离感测，所述微处理器的输入/输出端连接有RS232线路驱动收发器，所述RS232线路驱动收发器的收发端连接有SCI接口，用于一对一的全双工通信，所述微处理器的输入/输出端连接有CAN总线收发器，所述CAN总线收发器的信号输出端连接有CAN总线接口，用于实现实时控制的多主串行通信局域网。
进一步的，所述微处理器采用TMS320F2812 DSP芯片，所述超声波传感器采用HC-SR04芯片，所述RS232线路驱动收发器采用MAX3232芯片，所述CAN总线收发器采用SN65HVD230芯片。
进一步的，所述微处理器的第28引脚MCLKXA和第26引脚MFSXA连接超声波传感器的Trig引脚，用于输出至少10us的脉冲给超声波传感器，微处理器的第25引脚MCLKRA和第29引脚MFSRA连接超声波传感器的Echo引脚，用于输出反馈信号给微处理器，微处理器的第155引脚SCITXDA和第157引脚SCIRXDA分别连接CAN总线收发器的第11引脚T1IN和第12引脚R1OUT，CAN总线收发器的第13引脚R1IN和第14引脚T1OUT分别连接SCI接口的第4引脚TX和第3引脚RX，微处理器的第89引脚CANRXA和第87引脚CANTXA分别连接CAN总线收发器的第4引脚R和第1引脚D，CAN总线收发器的第7引脚CANH和第6引脚CANL分别连接CAN总线接口的第2引脚和第1引脚。
进一步的，所述CAN总线收发器的第7引脚CANH和第6引脚CANL之间连接有匹配总线电阻。
进一步的，该装置还包括有DSP供电电源电路，所述DSP供电电源电路包括有TPS767D301芯片，所述TPS767D301芯片的第3引脚、第4引脚、第9引脚和第10引脚接地端，TPS767D301芯片的第5引脚、第6引脚、第11引脚和第12引脚共同连接后分别通过并联的电容C5、电容C10、电容C14接地端和通过电感L1接5V电源端，并且在5V电源端与电感L1之间的连接通路上通过电容C17接地端，所述TPS767D301芯片的第23引脚和第24引脚连接在一起并作为1.8V电源输出端，并且TPS767D301芯片的第23引脚和第24引脚通过并联的电容C21、电容C2、电容C6、电容C11接地端，TPS767D301芯片的第25引脚分别通过电阻R2接地端和通过电阻R1连接1.8V电源输出端，TPS767D301芯片的第17引脚、第18引脚和第19引脚连接在一起并作为3.3V电源输出端，所述3.3V电源输出端到1.8V电源输出端之间反向设有二极管D1，3.3V电源输出端与地端之间串接有电阻R3和正向设置的发光二极管D2，3.3V电源输出端分别通过并联的电容C3、电容C7、电容C12、电容C16、电容C18、电容C56、电容C57接地端、通过并联的电容C67、电容C68、电容C69、电容C70、电容C71、电容C72、电容C9、电容C1接地端、通过并联的电容C64、电容C63、电容C66、电容C65接地端。
进一步的，所述微处理器的第155引脚SCITXDA通过上拉电阻R13连接3.3V电源输出端。
进一步的，所述微处理器通过3128A芯片连接有四位七段数码管，用于显示超声波传感器实时测量的障碍物距离值。
本发明的有益效果是:
本发明提供的清洁机器人常用测距模块的两种通用标准化SCI与CAN接口，其采集的高频距离数据能为清洁机器人上层路径规划算法实施提供保障，同时兼顾了两种接口之间的兼容性，实现在线实时数据采集与显示，并且装置工作可靠，实时性好，能与上位机通过标准化SCI接口与CAN总线接口实现即插即用。
附图说明
图1为本发明的清洁机器人位置测量模块即插即用标准化接口总电路图；
图2为本发明的DSP供电电源电路；
图3为本发明的七段数码管显示电路图；
图4为本发明的清洁机器人位置测量模块即插即用标准化接口工作流程图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
一种清洁机器人位置测量模块即插即用标准化接口装置，该装置包括微处理器，所述微处理器的输入/输出端连接有超声波传感器，用于提供一定范围的非接触式距离感测，所述微处理器的输入/输出端连接有RS232线路驱动收发器，所述RS232线路驱动收发器的收发端连接有SCI接口，用于一对一的全双工通信，所述微处理器的输入/输出端连接有CAN总线收发器，所述CAN总线收发器的信号输出端连接有CAN总线接口，只有两个根线与外部相连，用于实现实时控制的多主串行通信局域网。
所述微处理器采用TMS320F2812 DSP芯片，所述超声波传感器采用HC-SR04芯片，其可提供20mm-4000mm非接触式距离感测功能，精度为3mm，所述RS232线路驱动收发器采用MAX3232芯片，所述CAN总线收发器采用SN65HVD230芯片。
如图1所示，TMS320F2812 DSP芯片具有6组通用输入/输出多路复用器GPIO，分别是GPIOA、GPIOB、GPIOD、GPIOE、GPIOF与GPIOG，管理一共有56个引脚，超声波测距一转二标准化SCI接口与CAN总线接口模块硬件电路设计中，在选择TMS320F2812 DSP芯片普通GPIO输入输出口时，首先要避开CAN使用的特殊功能引脚CANTXA与CANRXA，避开SCI标准化接口使用的特殊功能引脚SCITXDA与SCIRXDA，因为这些端子是专门用来进行CAN与SCI通信的，不能做普通GPIO端，所述微处理器的第28引脚MCLKXA和第26引脚MFSXA连接超声波传感器的Trig引脚，用于输出至少10us的脉冲给超声波传感器，微处理器的第25引脚MCLKRA和第29引脚MFSRA连接超声波传感器的Echo引脚，用于输出反馈信号给微处理器，微处理器的第155引脚SCITXDA和第157引脚SCIRXDA分别连接CAN总线收发器的第11引脚T1IN和第12引脚R1OUT，CAN总线收发器的第13引脚R1IN和第14引脚T1OUT分别连接SCI接口的第4引脚TX和第3引脚RX，微处理器的第89引脚CANRXA和第87引脚CANTXA分别连接CAN总线收发器的第4引脚R和第1引脚D，CAN总线收发器的第7引脚CANH和第6引脚CANL分别连接CAN总线接口的第2引脚和第1引脚，在本实施例中，微处理器外部采用30MHz主频的晶振电路，但是通过微处理器对系统控制器参数设置可以使其产生150MHz的时钟频率。
所述CAN总线收发器的第7引脚CANH和第6引脚CANL之间连接有匹配总线电阻。
如图2所示，该装置还包括有DSP供电电源电路，本实施例中，因TMS320F2812 DSP芯片要正常工作，要求提供3.3V、1.8V的电源电压，本系统采用了TPS767D301芯片，此芯片电压精度比较高，将该DSP供电电源电路输入5V的电源后就能产生DSP内核所需要的电源3.3V与1.8V，所述DSP供电电源电路包括有TPS767D301芯片，所述TPS767D301芯片的第3引脚、第4引脚、第9引脚和第10引脚接地端，TPS767D301芯片的第5引脚、第6引脚、第11引脚和第12引脚共同连接后分别通过并联的电容C5、电容C10、电容C14接地端和通过电感L1接5V电源端，并且在5V电源端与电感L1之间的连接通路上通过电容C17接地端，所述TPS767D301芯片的第23引脚和第24引脚连接在一起并作为1.8V电源输出端，并且TPS767D301芯片的第23引脚和第24引脚通过并联的电容C21、电容C2、电容C6、电容C11接地端，TPS767D301芯片的第25引脚分别通过电阻R2接地端和通过电阻R1连接1.8V电源输出端，TPS767D301芯片的第17引脚、第18引脚和第19引脚连接在一起并作为3.3V电源输出端，所述3.3V电源输出端到1.8V电源输出端之间反向设有二极管D1，3.3V电源输出端与地端之间串接有电阻R3和正向设置的发光二极管D2，3.3V电源输出端分别通过并联的电容C3、电容C7、电容C12、电容C16、电容C18、电容C56、电容C57接地端、通过并联的电容C67、电容C68、电容C69、电容C70、电容C71、电容C72、电容C9、电容C1接地端、通过并联的电容C64、电容C63、电容C66、电容C65接地端。
所述微处理器的第155引脚SCITXDA通过上拉电阻R13连接3.3V电源输出端。
如图3所示，因HC-SR04芯片的测距范围为20mm-4000mm，故所述微处理器通过3128A芯片连接有四位七段数码管，用于显示超声波传感器实时测量的障碍物距离值。
如图4所示，是本实施例中清洁机器人超声波位置测量模块一转二即插即用标准化接口工作流程图。
本发明原理
本发明提供了清洁机器人常用测距模块的两种通用标准化SCI与CAN接口，本装置采集的高频距离数据为清洁机器人上层路径规划算法实施提供保障，同时考虑了两种接口之间的兼容性，实现在线实时数据采集与显示，本装置工作可靠，实时性好，能与上位机通过标准化SCI接口与CAN接口实现即插即用。
本超声波标准化接口模块还可推广应用到避障距离在4m范围内的任何移动机器人系统中，可将此系统装于一个黑盒子内，移动机器人研发设计人员只需拿来直接通过CAN总线接口与SCI接口与上层平台搭接，即可采集到想要的实时数据，不需要再去花费时间和精力去研究超声波传感器输出信号处理的硬软件设计，大大地节约了研究成本，缩短了研究周期。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第1”、“第2”、“第3”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种清洁机器人位置测量模块即插即用标准化接口装置，该装置包括微处理器，其特征在于，所述微处理器的输入/输出端连接有超声波传感器，用于提供一定范围的非接触式距离感测，所述微处理器的输入/输出端连接有RS232线路驱动收发器，所述RS232线路驱动收发器的收发端连接有SCI接口，用于一对一的全双工通信，所述微处理器的输入/输出端连接有CAN总线收发器，所述CAN总线收发器的信号输出端连接有CAN总线接口，用于实现实时控制的多主串行通信局域网。
2. 根据权利要求1所述的清洁机器人位置测量模块即插即用标准化接口装置，其特征在于，所述微处理器采用TMS320F2812 DSP芯片，所述超声波传感器采用HC-SR04芯片，所述RS232线路驱动收发器采用MAX3232芯片，所述CAN总线收发器采用SN65HVD230芯片。
3.根据权利要求2所述的清洁机器人位置测量模块即插即用标准化接口装置，其特征在于，所述微处理器的第28引脚MCLKXA和第26引脚MFSXA连接超声波传感器的Trig引脚，用于输出至少10us的脉冲给超声波传感器，微处理器的第25引脚MCLKRA和第29引脚MFSRA连接超声波传感器的Echo引脚，用于输出反馈信号给微处理器，微处理器的第155引脚SCITXDA和第157引脚SCIRXDA分别连接CAN总线收发器的第11引脚T1IN和第12引脚R1OUT，CAN总线收发器的第13引脚R1IN和第14引脚T1OUT分别连接SCI接口的第4引脚TX和第3引脚RX，微处理器的第89引脚CANRXA和第87引脚CANTXA分别连接CAN总线收发器的第4引脚R和第1引脚D，CAN总线收发器的第7引脚CANH和第6引脚CANL分别连接CAN总线接口的第2引脚和第1引脚。
4.根据权利要求3所述的清洁机器人位置测量模块即插即用标准化接口装置，其特征在于，所述CAN总线收发器的第7引脚CANH和第6引脚CANL之间连接有匹配总线电阻。
5.根据权利要求3所述的清洁机器人位置测量模块即插即用标准化接口装置，其特征在于，该装置还包括有DSP供电电源电路，所述DSP供电电源电路包括有TPS767D301芯片，所述TPS767D301芯片的第3引脚、第4引脚、第9引脚和第10引脚接地端，TPS767D301芯片的第5引脚、第6引脚、第11引脚和第12引脚共同连接后分别通过并联的电容C5、电容C10、电容C14接地端和通过电感L1接5V电源端，并且在5V电源端与电感L1之间的连接通路上通过电容C17接地端，所述TPS767D301芯片的第23引脚和第24引脚连接在一起并作为1.8V电源输出端，并且TPS767D301芯片的第23引脚和第24引脚通过并联的电容C21、电容C2、电容C6、电容C11接地端，TPS767D301芯片的第25引脚分别通过电阻R2接地端和通过电阻R1连接1.8V电源输出端，TPS767D301芯片的第17引脚、第18引脚和第19引脚连接在一起并作为3.3V电源输出端，所述3.3V电源输出端到1.8V电源输出端之间反向设有二极管D1，3.3V电源输出端与地端之间串接有电阻R3和正向设置的发光二极管D2，3.3V电源输出端分别通过并联的电容C3、电容C7、电容C12、电容C16、电容C18、电容C56、电容C57接地端、通过并联的电容C67、电容C68、电容C69、电容C70、电容C71、电容C72、电容C9、电容C1接地端、通过并联的电容C64、电容C63、电容C66、电容C65接地端。
6.根据权利要求5所述的清洁机器人位置测量模块即插即用标准化接口装置，其特征在于，所述微处理器的第155引脚SCITXDA通过上拉电阻R13连接3.3V电源输出端。
7.根据权利要求3所述的清洁机器人位置测量模块即插即用标准化接口装置，其特征在于，所述微处理器通过3128A芯片连接有四位七段数码管，用于显示超声波传感器实时测量的障碍物距离值。
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