Geum.ru

Государственный Университет Аэрокосмического Приборостроения диплом

Вид материалаДиплом
2.2 Выбор сетевой топологии
2.3 Выбор типа шины
2.4 Общие требования
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   16

2.2 Выбор сетевой топологии



Реализация многоканальной системы сбора данных с несколькими десятками интеллектуальных датчиков практически невозможна без использования сетевой структуры. Соответственно, одним из ключевых вопросов является вопрос выбора топологии информационно-управляющей сети робота и типа реализации физического уровня интерфейса в сети (выбор типа шины).

Можно выделить четыре базовых топологий, используемых на практике (Рисунок 2.1.): шина (а), кольцо(б), звезда(в), ячеистая топология(г).


Остальные способы являются комбинациями базовых. В общем случае такие топологии называются смешанными или гибридными, но некоторые из них имеют собственные названия, например «Дерево».

Исходя из специфики работы системы было принято использовать шинную топологию с последовательным типом шины, как наиболее экономичную по затратам на ее реализацию.

2.3 Выбор типа шины



Существует множество последовательных интерфейсов, используемых на практике.

Однако в робототехнике наиболее распространёнными являются: Ethernet, CAN, I2C, SPI, RS232, RS485. Одним из важных аргументов при выборе того или иного типа шинного интерфейса является поддержка данного типа интерфейса средствами предполагаемой к использованию микропроцессорной платформы. Это требование в свою очередь связано с экономикой проекта в части стоимости реализации выбранного решения.

Ethernet имеет ряд преимуществ, таких как хорошая поддержка со стороны PC-совместимого оборудования, высокая скорость обмена данными, высокая надёжность. Однако при его применении требуется сложная аппаратная и программная часть на стороне подключаемых модулей. Кроме того, при использовании витой пары (наиболее распространённый физический канал) физическая топология сети представляет собой «дерево» или «звезду», что сводит на нет преимущества логической шинной топологии.

Последовательный интерфейс RS232 имеет простую аппаратную реализацию, хорошую программную поддержку, как в PC-совместимом оборудовании, так и в микроконтроллерах, обладает неплохой помехозащищённостью. Недостаток состоит в том, что он рассчитан только на соединение двух устройств, что делает невозможным реализацию шинной топологии.

Последовательный интерфейс RS485 обладает преимуществами RS232, но при этом позволяет объединять на шине более 2 устройств. Однако в нём отсутствует своя поддержка адресации, а также слабо развиты средства контроля целостности передаваемых данных.

СКБ ГУАП в своих разработках использует микропроцессорную платформу PICmicro (Microchip,USA). Ряд семейств этой платформы имеет в своем составе аппаратно реализованные модули протоколов I2C и SPI и имеют поддерживаюшие эти модули библиотеки, реализованные на языке С.

Интерфейсы I2C и SPI предназначены главным образом для обмена данными между близко расположенными микроконтроллерными устройствами и, как следствие, обладают невысокой устойчивостью к помехам и не могут работать на больших протяжённостях линий связи.

Последовательная шина CAN разработана специально для применения в промышленной автоматизации и автомобильной электронике. Также часто применяется в бортовой системе мобильных роботов. Она обладает высокой помехозащищённостью, имеет хорошую аппаратную и программную поддержку со стороны микроконтроллеров широкого применения и в частности микропроцессорной платформы PICmicro.

В случае необходимости подключения сетевых модулей к PC-совместимому оборудованию следует использовать переходник CAN-USB.


Исходя из требований к бортовой системе робота использование шины CAN наиболее предпочтительно.

Так как в роботе предполагается использование большого числа разнообразных датчиков и исполнительных устройств, объединённых в единую сеть, то целесообразна разработка универсального модуля, на основе которого можно строить не только ультразвуковой измеритель дальности, но и, при коррекции ПО контроллера и незначительном изменении схемотехники, другие функциональные узлы робота. Например, инфракрасные измерители расстояния, модули управления сервоприводами и т.д. Модуль должен иметь как информационные входы для подключения датчиков, так и выходы для исполнительных устройств, причём выходы должны быть способны выдавать напряжение выше питающего информационную часть модуля (для излучателей измерителя дальности, сервоприводов и т.д. до 12 В при токе примерно до 1 А).

Максимальное измеряемое расстояние определяется в основном тормозным путём робота при экстренном торможении и в нашем случае может быть принято равным 2м.

Минимальное расстояние определяется механической конструкцией робота, и его можно принят равным 10 см.

Минимальная дискретность шага измерения расстояния определяется точностью работы механической части робота и принимается равной 2 см.

2.4 Общие требования



Учитывая сказанное выше можно сформулировать следующие требования к разрабатываемому устройству:

Требуется разработать многоканальный ультразвуковой измеритель дальности с CAN-интерфейсом, устанавливаемый на мобильный робот.


Требуемые технические характеристики:
  • Диапазон измеряемых расстояний – от 10 см до 2 м.
  • Разрешение по измеряемому расстоянию – не более 2 см.
  • Число каналов измерения - 4
  • Рабочая частота – 40 кГц.
  • потребляемый ток – не более 300 мА.