CN1506696A - 基于dsp的多超声传感器数据采集系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于DSP的多超声传感器数据采集系统，包括：超声波传感器，用于发出超声波；超声驱动模板，用于控制超声波传感器发出超声波；门电路，将返回的超声波信号送到数字信号处理器，数字信号处理器一端分别连接到门电路和驱动模板，控制多路超声波传感器以多种频率发射超声波，另一端通过CAN总线连接到上位机，以便与上位机进行通信。本系统设计简洁高效，数据采集速率和精度高，且具有很高的实时性。该系统对于提高智能移动机器人的环境探测能力，增加机器人对未知环境的适应能力具有重要的作用，可使现有的移动机器人更加适应社会实际需求，进一步拓展移动机器人在民用、军事以及工业生产中的应用领域。
Description
技术领域
本发明涉及数据采集系统，特别涉及基于DSP的多超声传感器数据采集系统。
背景技术
在移动机器人的避障和导航系统中，传感器起着举足轻重的作用。超声、红外、视觉、激光传感器等都在实际系统中得到了广泛的应用。其中超声波传感器以其信息处理简单、快速和价格低，被广泛用来作为移动机器人的测距传感器，实现环境探测和导航任务。
传统的移动机器人超声波传感器数据采集系统大多采用单片机作为核心处理器，通过它采集多个超声波传感器测量的环境中物体到机器人的距离，并将距离数值通过串口通讯传输到上位机，在上位机内完成多传感器的融合算法，实现机器人的环境感知和导航。其结构如图1所示(参见文献“移动机器人导航系统中超声测距数据的采集与处理”，《数据采集与处理》，1997年第12卷第2期)。P1和P2为单片机，S1...S6是超声波传感器，D1...D6是超声驱动模板，E1、E2为门电路。单片机P1通过驱动模板D1...D3控制超声传感器S1...S3发出超声波，当超声波遇到物体返回后驱动模板发出高电平信号并通过门电路E1接到单片机P1的端口，单片机通过分析计算出物体到机器人的距离。单片机P2负责超声传感器S4...S6，其原理与P1相同。两个单片机交替工作，它们通过H1、H2连接作为握手信号，以控制两块芯片的工作顺序。P1和P2计算得到的超声传感器测距数据由I/O口输出，经总线驱动器B1...B6送经STD总线，工控机主机板M1与STD总线相连，同时M1通过串行口与上位机C1连接。当C1需要测距数据时，通过串行通讯向M1发出请求，M1通过STD总线获取P1和P2采集的超声测距数据，然后再通过串行通讯将数据传给C1。此系统以两个单片机为数据采集核心，只能驱动和采集为数不多的超声波传感器数据。当系统中传感器的个数超过两个单片机提供的接口资源时，就需要增加新的单片机来完成测距任务。这时，系统的软硬件设计显得比较复杂，而且成本增加，可靠性降低。两个单片机通过STD总线和主机板M1通讯，M1通过串行口再与上位机C1通讯，此方式不仅繁琐而且降低了通讯速率。串口通讯虽然简单，但是一般移动机器人系统中除了超声波数据采集模块以外还有其它多个模块，这些模块可以通过串口和机器人上位机通讯。在这种情况下，由于串口的通讯波特率不高，使得通讯的速率低，最终使得整个机器人系统的实时性降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种高速的多超声波传感器测距数据采集系统。
为实现上述目的，一种基于DSP的多超声传感器数据采集系统，包括：
超声波传感器，用于发出超声波；
超声驱动模板，用于控制超声波传感器发出超声波；
门电路，将返回的超声波信号送到数字信号处理器，
数字信号处理器一端分别连接到门电路和驱动模板，控制多路超声波传感器以多种频率发射超声波，另一端通过CAN总线连接到上位机，以便与上位机进行通信。
本系统设计简洁高效，数据采集速率和精度高，且具有很高的实时性。该系统对于提高智能移动机器人的环境探测能力，增加机器人对未知环境的适应能力具有重要的作用，可使现有的移动机器人更加适应社会实际需求，进一步拓展移动机器人在民用、军事以及工业生产中的应用领域。
附图说明
图1为传统的基于单片机的多超声数据采集系统结构图；
图2为本发明基于DSP的多超声数据采集系统结构图。
具体实施方式
图2为本发明的结构图。图中P1为数字信号处理器(DSP)；S1、S2......S16为16个超声波传感器；D1、D2......D16为超声驱动模板，其功能主要有两个：一是产生高频振荡信号驱动超声波传感器发出超声波；二是对返回的超声波进行放大，以弥补传播过程中信号的衰减；T1为CAN收发器；C1为机器人上位机。本系统的工作原理为：P1通过I/O端口发出控制信号，并同时启动内部定时器进行计时。此控制信号经功率放大后作为驱动模板D1、D2......D16的启动信号，D1、D2......D16分别驱动超声波传感器S1、S2......S16发出超声波，超声波在遇到环境中的物体时返回，此回波经放大(为弥补传播过程中信号的衰减)后分别经驱动模板D1、D2......D16产生高电平。此高电平经门电路E1和E2接到P1的外部中断接口，引起P1外部中断。P1在中断程序内获取定时器的计数值，根据特定的算法计算传感器到物体的距离；如果超声波同时发射，必然会有干扰，因此P1控制16个超声波传感器依次轮流的工作。P1不断的采集超声传感器测距值并将结果存储在其内部的数据存储器(RAM)中。P1内部集成的CAN总线控制器通过CAN收发器T1与CAN总线相连，同时机器人上位机也连接到CAN总线上。当上位机需要数据时就通过CAN总线发出请求，P1将测距值通过CAN总线通讯的方式发送给上位机。上位机以测距数据为基础，经特定算法运算获取机器人周围环境信息。
本发明与图1中的不同之处在于：
采用一个数字信号信号处理器(DSP)，通过其I/O口控制并采集16个超声波传感器的信号，经运算得到测距值。
采用数字信号信号处理器(DSP)内部集成的CAN总线控制器直接与机器人的上位机通过CAN总线通讯，将DSP采集到的测距值传给上位机。
实施例
超声传感器选用Polaroid 65000，驱动模板也为Polaroid的产品，数字信号处理器(DSP)采用美国TI公司的TMS320LF2407，机器人上位机采用嵌入式工控机PC104，PC104插入CAN通讯适配卡ANVANTECHPCM-3680。本发明是实现移动机器人导航的装置。
当机器人在复杂的环境下运动时，超声数据采集系统不断的采集16个超声测距值，将数据通过CAN总线传输给机器人上位机，上位机将此数据经特定的算法计算获得一个完整的机器人当前周围的障碍物分布情况，在此基础上然后采用导航算法，机器人可以在环境中自由的运动。
本发明对于提高智能移动机器人的环境探测能力，拓展智能移动机器人在社会中的应用具有重要的作用。
Claims (4)
1.一种基于DSP的多超声传感器数据采集系统，包括：
超声波传感器，用于发出超声波；
超声驱动模板，用于控制超声波传感器发出超声波；
门电路，将返回的超声波信号送到数字信号处理器，
其特征在于数字信号处理器一端分别连接到门电路和驱动模板，控制多路超声波传感器以多种频率发射超声波，另一端通过CAN总线连接到上位机，以便与上位机进行通信。
2.按权利要求1所述的系统，其特征在于所述数字信号处理器通过收发器与CAN总线相连。
3.按权利要求1所述的系统，其特征在于所述超声波传感器和超声模板分别是16个。
4.按权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述数字信号处理器包括CAN控制器。
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