專利名稱：一種現(xiàn)場總線多傳感器融合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及家用服務(wù)機(jī)器人多傳感器裝置，具體地說為一種在智能型 家用服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)上使用的、用于采集多個傳感器的信號、并將信號處 理后通過現(xiàn)場總線通信的現(xiàn)場總線多傳感器融合裝置。
背景技術(shù)：
在智能型家用機(jī)器人系統(tǒng)中需要通過多個傳感器來完成對周圍環(huán)境信 號的釆集，現(xiàn)有的傳感器信號釆集裝置多釆用并行結(jié)構(gòu)通信或釆用多種傳 感器信號采集裝置擴(kuò)展的方式，這樣即不方便機(jī)器人內(nèi)部的連線，又不具 備很好的抗干擾性能，同時采用多個信號采集裝置又增加了系統(tǒng)成本和各 裝置之間協(xié)調(diào)的難度。發(fā)明內(nèi)容為了克服上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種現(xiàn)場總線多傳感器融合 裝置，它采用串行總線新結(jié)構(gòu)，包含豐富的傳感器標(biāo)準(zhǔn)接口資源，具有原 有結(jié)構(gòu)的全部功能，并具有布線簡單，抗干擾能力強(qiáng)等特點，釆用單個處 理器完成系統(tǒng)內(nèi)傳感器信號的融合處理，成本低，易于擴(kuò)展和在智能型家 用機(jī)器人上應(yīng)用。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問題所釆用的技術(shù)方案為基于 現(xiàn)場總線的串行總線結(jié)構(gòu)，包括處理單元，模擬信號釆集單元，聲納信 號采集單元，參數(shù)存儲單元，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字通信接口單元和現(xiàn)場總線通信單元六部分；模擬信號采集單元、聲納信號釆集單元和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字通信接口單元 將得到的傳感器信號傳送至處理單元，處理單元將得到的數(shù)據(jù)處理后通過 現(xiàn)場總線通信單元完成與外部裝置通信，同時參數(shù)存儲單元可將裝置所需 要的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存；具體所述處理單元，接收模擬信號釆集單元，聲納信號釆集單元，標(biāo)準(zhǔn)數(shù) 字接口單元和現(xiàn)場總線通信單元的信號，將信號處理后通過串行數(shù)據(jù)線送 至現(xiàn)場總線通信單元，并可通過控制信號訪問參數(shù)存儲單元，實現(xiàn)參數(shù)的 讀取和存儲；所述模擬信號采集單元，通過模擬信號輸入接口接收外部傳感器的模擬 信號，由單元內(nèi)的運(yùn)算放大器信號處理后，通過模擬信號線送至處理單元；所述聲納信號采集單元，通過聲納傳感器接口讀取外部器返回信號， 返回的信號通過單元內(nèi)的光電隔離器送至處理單元，同時處理單元控制外 部傳感器的信號經(jīng)過邏輯譯碼器譯碼后由光電隔離器送至聲納傳感器接口 控制外部傳感器協(xié)調(diào)工作；所述參數(shù)存儲單元，處理單元通過控制信號訪問參數(shù)存儲單元，可將 裝置內(nèi)部當(dāng)前的狀態(tài)及所需要的參數(shù)進(jìn)行保存，在裝置掉電后所保存的數(shù) 據(jù)不會丟失；所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字通信接口單元，包括2個可獨立控制的RS232接口， 2 個PC總線接口。處理單元通過串行數(shù)據(jù)與串口控制器相連，串口控制器通 過串行信號及RS232接口同外部裝置通信。處理單元通過串行數(shù)據(jù)PC總 線接口相連，I2C總線接口通過串行總線與外部裝置通信；所述現(xiàn)場總線通信單元，通過串行信號與處理單元通信，將處理器串 行信號轉(zhuǎn)換為符合現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的信號送至單元內(nèi)的第三光電隔離器，信 號經(jīng)第三光電隔離器后由現(xiàn)場總線接口控制器將現(xiàn)場總線信號轉(zhuǎn)換為適合 傳輸?shù)碾娖?，實現(xiàn)與外部裝置之間通信。本發(fā)明具有如下有益效果1. 本發(fā)明通過串行的布線方式，簡化了原來并行布線的復(fù)雜度，特別 是可適用于一些有特殊要求的場合的電控部分設(shè)計結(jié)構(gòu)。2. 本發(fā)明采用單獨處理器完成多個傳感器信號的采集和融合工作，即 不需要多處理器之間通信又降低成本。3. 由于本發(fā)明包含豐富的標(biāo)準(zhǔn)接口資源，可以方便的通過串行現(xiàn)場總 線進(jìn)行擴(kuò)展，在不同的應(yīng)用場合可以通過軟件調(diào)整進(jìn)行靈活組合，同時不 需要進(jìn)行硬件修改，減少了開發(fā)周期。


圖l為總體結(jié)構(gòu)圖。圖2為處理單元原理圖。圖3為模擬信號采集單元原理圖。圖4為聲納信號采集單元原理圖。圖5為參數(shù)存儲單元原理圖。圖6為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字通信接口單元原理圖。圖7為現(xiàn)場總線通信單元原理圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1 7所示，本發(fā)明包括處理單元，模擬信號釆集單元，聲納信號 采集單元，參數(shù)存儲單元，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字通信接口單元和現(xiàn)場總線通信單元六部 分，由處理單元通過控制信號訪問模擬信號采集單元、聲納信號釆集單元和 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字通信接口單元，用于采集外部傳感器信號，處理單元將信號處理后 通過串行信號訪問現(xiàn)場總線通信單元與外部裝置進(jìn)行通信，同時由處理單元 通過控制信號與參數(shù)存儲單元通信實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)存儲和讀取。所述處理單元，接收模擬信號采集單元，聲納信號釆集單元，標(biāo)準(zhǔn)數(shù) 字接口單元和現(xiàn)場總線通信單元的信號，將信號處理后通過串行數(shù)據(jù)線送至現(xiàn)場總線通信單元，并可通過控制信號訪問需參數(shù)存儲單元，實現(xiàn)參數(shù)的讀取和存儲。具體包括單片機(jī)Dl,所述單片機(jī)D1通過控制信號、串行信號、模擬信號線與 聲納信號采集單元的邏輯譯碼器D2、第一 二光電隔離器D7 D8、模擬信 號采集單元的第一 三運(yùn)算放大器D3 D5、參數(shù)存儲單元的參數(shù)存儲器 D21、現(xiàn)場總線通信單元的現(xiàn)場總線控制器D17、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字通信接口單元的 串口控制器D6、第一 二 I2C接口 D30 D31相連；所述模擬信號采集單元，通過模擬量輸入接口接收外部傳感器信號， 信號經(jīng)運(yùn)算放大處理后通過模擬信號線送至處理單元。具體包括第一 三運(yùn)算放大器D3 D5，所述第一運(yùn)算放大器D3接收電壓基準(zhǔn)器 D22及第一模擬量輸入接口 D23的模擬信號，第二 三運(yùn)算放大器D2 D5 接收第二 五模擬量輸入接口 D24 D27的模擬信號，分別將信號處理后通 過模擬信號線與處理單元的單片機(jī)D1相連；電壓基準(zhǔn)器D22，所述電壓基準(zhǔn)器D22產(chǎn)生供AD轉(zhuǎn)換工作的基準(zhǔn)電 壓源，與第一運(yùn)算放大器D3相連；第一 五模擬量輸入接口 D23 D27,所述第一 五模擬量輸入接口 D23 D27接收外部傳感器信號，將信號輸入至第一~三運(yùn)算放大器D3 D5;所述聲納信號采集單元，接收處理單元的信號，經(jīng)過邏輯譯碼后依次 通過第一 二光電隔離器D7 D8和第一~八聲納傳感器接口 D9-D16傳送控 制信號給外部傳感器，同時外部傳感器返回信號經(jīng)光電隔離器送至處理單 元。具體是邏輯譯碼器D2，所述邏輯譯碼器D2接收處理單元的單片機(jī)Dl的控 制信號，將信號譯碼處理后送至第一 二光電隔離器D7 D8;第一 二光電隔離器D7 D8，所述第一 二光電隔離器D7 D8接收邏輯 譯碼器D2的控制信號，將信號送至第一 八聲納傳感器接口 D9 D16,同 時接收第一 八聲納傳感器接口 D9 D16輸入的信號，將信號送至處理單元 的單片機(jī)D1;第一 八聲納傳感器接口 ，所述第一 八聲納傳感器接口通過控制信號 與第一 二光電隔離器D7 D8相連，通過控制信號和傳感器返回信號與外 部傳感器相連；所述參數(shù)存儲單元，通過控制信號與處理單元相連，可將裝置內(nèi)部當(dāng) 前的狀態(tài)及所需要的參數(shù)進(jìn)行保存，在裝置掉電后所保存的數(shù)據(jù)不會丟失。 具體是參數(shù)存儲器D21,所述參數(shù)存儲器D21通過控制信號與處理單元的單 片機(jī)D1相連；所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字通信接口單元，通過串行數(shù)據(jù)與處理單元相連，將信號 轉(zhuǎn)換后與外部裝置通信。具體是串口控制器D6，所述串口控制器D6通過串行數(shù)據(jù)與處理單元的單片 機(jī)Dl相連，將TTL信號轉(zhuǎn)換為RS232電平后與第一~二 RS232接口D28 D29相連；第一 二 RS232接口 D28 D29,所述第一 二 RS232接口 D28 D29與 外部裝置通信，通過串行信號與串口控制器D6相連；第一~二 PC接口 D30 D31 ，所述第 一 二 I2C接口 D30 D31通過串行 總線與處理單元的單片機(jī)D1相連，通過總線信號與外部裝置通信；所述現(xiàn)場總線通信單元，將處理單元的串行信號轉(zhuǎn)換成適合傳輸?shù)默F(xiàn) 場總線信號，同時將外部裝置的現(xiàn)場總線信號轉(zhuǎn)換為串行信號送至處理單 元。具體是現(xiàn)場總線控制器D17,所述現(xiàn)場總線控制器D17通過串行信號與處理 單元的單片機(jī)D1相連，將串行信號轉(zhuǎn)換后送至第三光電隔離器D18;第三光電隔離器D18，所述第三光電隔離器D18與現(xiàn)場總線控制器D17 相連，將信號隔離后送至現(xiàn)場總線接口控制器D19;現(xiàn)場總線接口控制器D19，所述現(xiàn)場總線接口控制器D19將第三光電 隔離器D18的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合傳輸?shù)默F(xiàn)場總線信號后與現(xiàn)場總線接口 D20相連；現(xiàn)場總線接口D20，所述現(xiàn)場總線接口 D20與外部裝置通信，內(nèi)部同 現(xiàn)場總線接口控制器D19相連。 本發(fā)明具體工作過程及原理為處理單元中單片機(jī)接收模擬信號采集單元，聲納信號釆集單元，標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)字通信接口單元采集并轉(zhuǎn)換之后的外部傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)各個傳感器反 饋的信號運(yùn)算處理后，得出當(dāng)前服務(wù)機(jī)器人的一些狀態(tài)，通過現(xiàn)場總線通 信單元與其他裝置通信，根據(jù)其他外部裝置的需要將不同的狀態(tài)通過現(xiàn)場 總線通信單元傳送。裝置內(nèi)部需要記錄的數(shù)據(jù)可由參數(shù)存儲單元儲存，并 具有掉電后保持的功能。本實施例所述單片機(jī)D1可以采用LPC2138,邏輯譯碼器D2可以釆用 74LVC139,第一 四運(yùn)算放大器D3 D5可以采用LM358,第一 二光電隔 離器D7 D8可以采用TLP280-4,現(xiàn)場總線控制器D17可以采用MCP2510, 串口控制器D6可以采用MAX3232,第三光電隔離器D18可以釆用傳輸速 度1M以上的高速光電隔離器，如6N137,現(xiàn)場總線接口控制器D19可以 采用82C250,參數(shù)存儲器D21可以采用X5163。
權(quán)利要求
1. 一種基于現(xiàn)場總線的多傳感器融合裝置，其特征在于包括為基于現(xiàn)場總線的串行總線結(jié)構(gòu)，具有多種標(biāo)準(zhǔn)接口，包括處理單元，模擬信號采集單元，聲納信號采集單元，參數(shù)存儲單元，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字通信接口單元和現(xiàn)場總線通信單元六部分；以處理單元為核心，通過模擬信號采集單元，聲納信號采集單元，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字通信接口單元采集外部各種傳感器信號，通過現(xiàn)場總線通信單元與外部裝置通信，參數(shù)存儲單元完成裝置內(nèi)參數(shù)保存；其中所述處理單元，接收模擬信號采集單元，聲納信號采集單元，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口單元和現(xiàn)場總線通信單元的信號，將信號處理后通過串行數(shù)據(jù)線送至現(xiàn)場總線通信單元，并可通過控制信號訪問參數(shù)存儲單元，實現(xiàn)參數(shù)的讀取和存儲；所述模擬信號采集單元，通過模擬信號輸入接口接收外部傳感器的模擬信號，由單元內(nèi)的運(yùn)算放大器信號處理后，通過模擬信號線送至處理單元；所述聲納信號采集單元，通過聲納傳感器接口讀取外部器返回信號，返回的信號通過單元內(nèi)的光電隔離器送至處理單元，同時處理單元控制外部傳感器的信號經(jīng)過邏輯譯碼后由光電隔離器送至聲納傳感器接口控制外部傳感器協(xié)調(diào)工作；所述參數(shù)存儲單元，處理單元通過控制信號訪問參數(shù)存儲單元，可將裝置內(nèi)部當(dāng)前的狀態(tài)及所需要的參數(shù)進(jìn)行保存，在裝置掉電后所保存的數(shù)據(jù)不會丟失；所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字通信接口單元，包括2個可獨立控制的RS232接口，2個I2C總線接口。處理單元通過串行數(shù)據(jù)與串口控制器相連，串口控制器通過串行信號及RS232接口同外部裝置通信。處理單元通過串行數(shù)據(jù)I2C總線接口相連，I2C總線接口通過串行總線與外部裝置通信；所述現(xiàn)場總線通信單元，通過串行信號與處理單元通信，將處理器串行信號轉(zhuǎn)換為符合現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的信號送至單元內(nèi)的第三光電隔離器，信號經(jīng)第三光電隔離器后由現(xiàn)場總線接口控制器將現(xiàn)場總線信號轉(zhuǎn)換為適合傳輸?shù)碾娖剑瑢崿F(xiàn)與外部裝置之間通信。
2. 按照權(quán)利要求l所述基于現(xiàn)場總線的多傳感器融合裝置，其特征在 于所述處理單元包括單片機(jī)，所述單片機(jī)通過控制信號、串行信號、模擬信號線與聲納信 號釆集單元的邏輯譯碼器、第一 二光電隔離器，模擬信號釆集單元的第一 三運(yùn)算放大器，參數(shù)存儲單元的參數(shù)存儲器，現(xiàn)場總線通信單元的現(xiàn)場總 線控制器，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字通信接口單元的串口控制器、第一 二PC接口相連。
3. 按照權(quán)利要求l所述基于現(xiàn)場總線的多傳感器融合裝置，其特征在 于所述模擬信號采集單元包括第一 三運(yùn)算放大器(D3 D5),所述第一運(yùn)算放大器(D3)接收電壓基準(zhǔn)器(D22)及第一模擬量輸入接口 (D23)的模擬信號，第二 三運(yùn)算 放大器(D2 D5)接收第二 五模擬量輸入接口 (D24 D27)的模擬信號，分別將信號處理后通過模擬信號線與處理單元的單片機(jī)相連；電壓基準(zhǔn)器，所述電壓基準(zhǔn)器產(chǎn)生供AD轉(zhuǎn)換工作的基準(zhǔn)電壓源，與第一運(yùn)算放大器相連；第一 五模擬量輸入接口 ，所述第一 五模擬量輸入接口接收外部傳感 器信號，將信號輸入至第一 三運(yùn)算放大器。
4. 按照權(quán)利要求l所述基于現(xiàn)場總線的多傳感器融合裝置，其特征在 于所述聲納信號采集單元包括邏輯譯碼器，所述邏輯譯碼器接收處理單元的單片機(jī)的控制信號，將信號譯碼處理后送至第一 二光電隔離器；第一 二光電隔離器，所述第一 二光電隔離器接收邏輯譯碼器的控制 信號，將信號送至第一 八聲納傳感器接口，同時接收第一 八聲納傳感器接口輸入的信號，將信號送至處理單元的單片機(jī)；第一 八聲納傳感器接口 ，所述第一 八聲納傳感器接口通過控制信號與第一 二光電隔離器相連，通過控制信號和傳感器返回信號與外部傳感器相連。
5. 按照權(quán)利要求l所述基于現(xiàn)場總線的多傳感器融合裝置，其特征在 于所述參數(shù)存儲單元包括參數(shù)存儲器，所述參數(shù)存儲器通過控制信號 與處理單元的單片機(jī)相連。
6. 按照權(quán)利要求l所述基于現(xiàn)場總線的多傳感器融合裝置，其特征在 于所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字通信接口單元包括串口控制器，所述串口控制器通過串行數(shù)據(jù)與處理單元的單片機(jī)相連， 將信號轉(zhuǎn)換后與第一~二 RS232接口相連；第一 二RS232接口，所述第一 二RS232接口與外部裝置通信，通過 串行信號與串口控制器相連；第一 二 I2C接口 ，所述第一 二 PC接口通過串行總線與處理單元的單片機(jī)相連，通過總線信號與外部裝置通信。
7. 按照權(quán)利要求l所述基于現(xiàn)場總線的多傳感器融合裝置，其特征在 于所述現(xiàn)場總線通信單元包括現(xiàn)場總線控制器，所述現(xiàn)場總線控制器通過串行信號與處理單元的單 片機(jī)相連，將串行信號轉(zhuǎn)換后送至第三光電隔離器；第三光電隔離器，所述第三光電隔離器與現(xiàn)場總線控制器相連，將信 號隔離后送至現(xiàn)場總線接口控制器；現(xiàn)場總線接口控制器，所述現(xiàn)場總線接口控制器將第三光電隔離器的 串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合傳輸?shù)默F(xiàn)場總線信號后與現(xiàn)場總線接口相連；現(xiàn)場總線接口，所述現(xiàn)場總線接口與外部裝置通信，內(nèi)部同現(xiàn)場總線 接口控制器相連。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于現(xiàn)場總線的多傳感器融合裝置。該裝置以處理單元為核心，包括與之相連的模擬信號采集單元，聲納信號采集單元，參數(shù)存儲單元，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字通信接口單元和現(xiàn)場總線通信單元，處理單元通過模擬信號采集單元，聲納信號采集單元，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字通信接口單元采集外部各種傳感器信號，通過現(xiàn)場總線通信單元與外部裝置通信，參數(shù)存儲單元完成裝置內(nèi)參數(shù)保存。本發(fā)明實現(xiàn)了基于現(xiàn)場總線通信的多傳感器融合，設(shè)計合理標(biāo)準(zhǔn)接口資源豐富，可以擴(kuò)展方便，成本低，易于在智能型家用服務(wù)機(jī)器人上應(yīng)用。
文檔編號G05B19/418GK101236421SQ20071001024
公開日2008年8月6日 申請日期2007年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月31日
發(fā)明者方 徐, 鵬 杜, 苗廣田, 凱 賈, 鄭春暉, 陳為廉 申請人:沈陽新松機(jī)器人自動化股份有限公司