專利名稱：基于dsp的多超聲傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，特別涉及基于DSP的多超聲傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在移動機器人的避障和導航系統(tǒng)中，傳感器起著舉足輕重的作用。超聲、紅外、視覺、激光傳感器等都在實際系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。其中超聲波傳感器以其信息處理簡單、快速和價格低，被廣泛用來作為移動機器人的測距傳感器，實現(xiàn)環(huán)境探測和導航任務(wù)。
傳統(tǒng)的移動機器人超聲波傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)大多采用單片機作為核心處理器，通過它采集多個超聲波傳感器測量的環(huán)境中物體到機器人的距離，并將距離數(shù)值通過串口通訊傳輸?shù)缴衔粰C，在上位機內(nèi)完成多傳感器的融合算法，實現(xiàn)機器人的環(huán)境感知和導航。其結(jié)構(gòu)如圖1所示(參見文獻“移動機器人導航系統(tǒng)中超聲測距數(shù)據(jù)的采集與處理”，《數(shù)據(jù)采集與處理》，1997年第12卷第2期)。P1和P2為單片機，S1...S6是超聲波傳感器，D1...D6是超聲驅(qū)動模板，E1、E2為門電路。單片機P1通過驅(qū)動模板D1...D3控制超聲傳感器S1...S3發(fā)出超聲波，當超聲波遇到物體返回后驅(qū)動模板發(fā)出高電平信號并通過門電路E1接到單片機P1的端口，單片機通過分析計算出物體到機器人的距離。單片機P2負責超聲傳感器S4...S6，其原理與P1相同。兩個單片機交替工作，它們通過H1、H2連接作為握手信號，以控制兩塊芯片的工作順序。P1和P2計算得到的超聲傳感器測距數(shù)據(jù)由I/O口輸出，經(jīng)總線驅(qū)動器B1...B6送經(jīng)STD總線，工控機主機板M1與STD總線相連，同時M1通過串行口與上位機C1連接。當C1需要測距數(shù)據(jù)時，通過串行通訊向M1發(fā)出請求，M1通過STD總線獲取P1和P2采集的超聲測距數(shù)據(jù)，然后再通過串行通訊將數(shù)據(jù)傳給C1。此系統(tǒng)以兩個單片機為數(shù)據(jù)采集核心，只能驅(qū)動和采集為數(shù)不多的超聲波傳感器數(shù)據(jù)。當系統(tǒng)中傳感器的個數(shù)超過兩個單片機提供的接口資源時，就需要增加新的單片機來完成測距任務(wù)。這時，系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計顯得比較復雜，而且成本增加，可靠性降低。兩個單片機通過STD總線和主機板M1通訊，M1通過串行口再與上位機C1通訊，此方式不僅繁瑣而且降低了通訊速率。串口通訊雖然簡單，但是一般移動機器人系統(tǒng)中除了超聲波數(shù)據(jù)采集模塊以外還有其它多個模塊，這些模塊可以通過串口和機器人上位機通訊。在這種情況下，由于串口的通訊波特率不高，使得通訊的速率低，最終使得整個機器人系統(tǒng)的實時性降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高速的多超聲波傳感器測距數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
為實現(xiàn)上述目的，一種基于DSP的多超聲傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括超聲波傳感器，用于發(fā)出超聲波；超聲驅(qū)動模板，用于控制超聲波傳感器發(fā)出超聲波；門電路，將返回的超聲波信號送到數(shù)字信號處理器，數(shù)字信號處理器一端分別連接到門電路和驅(qū)動模板，控制多路超聲波傳感器以多種頻率發(fā)射超聲波，另一端通過CAN總線連接到上位機，以便與上位機進行通信。
本系統(tǒng)設(shè)計簡潔高效，數(shù)據(jù)采集速率和精度高，且具有很高的實時性。該系統(tǒng)對于提高智能移動機器人的環(huán)境探測能力，增加機器人對未知環(huán)境的適應(yīng)能力具有重要的作用，可使現(xiàn)有的移動機器人更加適應(yīng)社會實際需求，進一步拓展移動機器人在民用、軍事以及工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用領(lǐng)域。


圖1為傳統(tǒng)的基于單片機的多超聲數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
圖2為本發(fā)明基于DSP的多超聲數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。圖中P1為數(shù)字信號處理器(DSP)；S1、S2......S16為16個超聲波傳感器；D1、D2......D16為超聲驅(qū)動模板，其功能主要有兩個一是產(chǎn)生高頻振蕩信號驅(qū)動超聲波傳感器發(fā)出超聲波；二是對返回的超聲波進行放大，以彌補傳播過程中信號的衰減；T1為CAN收發(fā)器；C1為機器人上位機。本系統(tǒng)的工作原理為P1通過I/O端口發(fā)出控制信號，并同時啟動內(nèi)部定時器進行計時。此控制信號經(jīng)功率放大后作為驅(qū)動模板D1、D2......D16的啟動信號，D1、D2......D16分別驅(qū)動超聲波傳感器S1、S2......S16發(fā)出超聲波，超聲波在遇到環(huán)境中的物體時返回，此回波經(jīng)放大(為彌補傳播過程中信號的衰減)后分別經(jīng)驅(qū)動模板D1、D2......D16產(chǎn)生高電平。此高電平經(jīng)門電路E1和E2接到P1的外部中斷接口，引起P1外部中斷。P1在中斷程序內(nèi)獲取定時器的計數(shù)值，根據(jù)特定的算法計算傳感器到物體的距離；如果超聲波同時發(fā)射，必然會有干擾，因此P1控制16個超聲波傳感器依次輪流的工作。P1不斷的采集超聲傳感器測距值并將結(jié)果存儲在其內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)中。P1內(nèi)部集成的CAN總線控制器通過CAN收發(fā)器T1與CAN總線相連，同時機器人上位機也連接到CAN總線上。當上位機需要數(shù)據(jù)時就通過CAN總線發(fā)出請求，P1將測距值通過CAN總線通訊的方式發(fā)送給上位機。上位機以測距數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，經(jīng)特定算法運算獲取機器人周圍環(huán)境信息。
本發(fā)明與圖1中的不同之處在于采用一個數(shù)字信號信號處理器(DSP)，通過其I/O口控制并采集16個超聲波傳感器的信號，經(jīng)運算得到測距值。
采用數(shù)字信號信號處理器(DSP)內(nèi)部集成的CAN總線控制器直接與機器人的上位機通過CAN總線通訊，將DSP采集到的測距值傳給上位機。
實施例超聲傳感器選用Polaroid 65000，驅(qū)動模板也為Polaroid的產(chǎn)品，數(shù)字信號處理器(DSP)采用美國TI公司的TMS320LF2407，機器人上位機采用嵌入式工控機PC104，PC104插入CAN通訊適配卡ANVANTECHPCM-3680。本發(fā)明是實現(xiàn)移動機器人導航的裝置。
當機器人在復雜的環(huán)境下運動時，超聲數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不斷的采集16個超聲測距值，將數(shù)據(jù)通過CAN總線傳輸給機器人上位機，上位機將此數(shù)據(jù)經(jīng)特定的算法計算獲得一個完整的機器人當前周圍的障礙物分布情況，在此基礎(chǔ)上然后采用導航算法，機器人可以在環(huán)境中自由的運動。
本發(fā)明對于提高智能移動機器人的環(huán)境探測能力，拓展智能移動機器人在社會中的應(yīng)用具有重要的作用。
權(quán)利要求
1.一種基于DSP的多超聲傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括超聲波傳感器，用于發(fā)出超聲波；超聲驅(qū)動模板，用于控制超聲波傳感器發(fā)出超聲波；門電路，將返回的超聲波信號送到數(shù)字信號處理器，其特征在于數(shù)字信號處理器一端分別連接到門電路和驅(qū)動模板，控制多路超聲波傳感器以多種頻率發(fā)射超聲波，另一端通過CAN總線連接到上位機，以便與上位機進行通信。
2.按權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)字信號處理器通過收發(fā)器與CAN總線相連。
3.按權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述超聲波傳感器和超聲模板分別是16個。
4.按權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)字信號處理器包括CAN控制器。
全文摘要
一種基于DSP的多超聲傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括超聲波傳感器，用于發(fā)出超聲波；超聲驅(qū)動模板，用于控制超聲波傳感器發(fā)出超聲波；門電路，將返回的超聲波信號送到數(shù)字信號處理器，數(shù)字信號處理器一端分別連接到門電路和驅(qū)動模板，控制多路超聲波傳感器以多種頻率發(fā)射超聲波，另一端通過CAN總線連接到上位機，以便與上位機進行通信。本系統(tǒng)設(shè)計簡潔高效，數(shù)據(jù)采集速率和精度高，且具有很高的實時性。該系統(tǒng)對于提高智能移動機器人的環(huán)境探測能力，增加機器人對未知環(huán)境的適應(yīng)能力具有重要的作用，可使現(xiàn)有的移動機器人更加適應(yīng)社會實際需求，進一步拓展移動機器人在民用、軍事以及工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號G01S15/08GK1506696SQ02156030
公開日2004年6月23日 申請日期2002年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月11日
發(fā)明者侯增廣, 譚民, 葉濤, 陳細軍, 李磊, 楊國勝, 延昊 申請人:中國科學院自動化研究所