[发明专利]基于CAN总线的智能自主机器人分布式通信系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种通信系统，特别是一种基于CAN总线的智能自主机器人分布式通信系统。

背景技术

目前，机器人研究和发展方向正在向智能化发展，随着机器人智能化水平的不断提高，机器人内部数据传输量也随之猛增。对于智能水平较低的机器人来说，内部控制器的数据处理量相当小，一般只有一些基本指令，且无数据冲突和传输时延的问题存在。但对于一个具有环境感知、行为决策能力的智能自主机器人来说，中央处理器与运动模块、感知模块之间存在较大的数据量，且传输时序、信息融合、传输线数量等问题凸现。电子设备的大量出现及针对各种控制系统的实际需求，各种通信网络相继产生；但由于它们的总线结构、通信协议及传输特点各不相同，所以给不同设备之间的连接带来很多麻烦。通过总线的方式解决各内部模块间的数据传输问题，正在被尝试用于智能自主机器人的设计制造中。

控制局域网(Controller Area Network，CAN)是一种能有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络。1993年11月，国际标准化组织(InternationalOrganization for Standardization，ISO)正式颁布了控制器局域网CAN国际标准(ISO11898)。CAN总线可使用双绞线、同轴电缆和光导纤维作为通信介质。CAN总线采用12位帧标识和非破坏位仲裁总线结构，可以确定数据块的优先级，保证在网络节点冲突时最高优先级节点不需要冲突等待。由于采用多主竞争式总线结构，CAN总线具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可以在各节点间实现自由通信。CAN总线目前广泛用于分布式测控系统，尤其以工业应用为主。机器人领域应用CAN总线，往往用于人机交互、机械手臂远程控制等。

CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成，因此可以定义211或229个不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。数据段长度最多为8个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时，8个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。CAN协议采用CRC(循环冗余码校验，Cyclical Redundancy Check)检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。CAN卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备的互连，因此，越来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种利用CAN总线实现机器人内部各模块间的数据接口标准化并有序传输的通信传输系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于CAN总线的智能自主机器人分布式通信系统，其特征在于：它包括机器人内部核心CPU、CAN总线适配卡和CAN总线网络三部分，所述CAN总线适配卡一方面与所述机器人内部的核心CPU进行双向通信，另一方面连接所述CAN总线网络，并在总线上挂接各个控制单元，所述CAN总线网络两端各有一匹配总线阻抗的电阻；所述CAN总线适配卡由硬件部分和系统软件部分组成：所述硬件部分包括微处理器、电平转换芯片和CAN总线收发器，所述CAN总线收发器一端与所述微处理器的内部CAN总线控制器连接，另一端与所述CAN总线网络连接，实现所述微处理器与所述CAN总线网络间数据的双向传输，所述电平转换芯片一端连接所述微处理器内部串口，另一端连接外部RS232，实现所述RS232电平信号与所述微处理器内部串口TTL电平信号间的转换，并对总线端口的一些工作参数进行设置；所述系统软件部分包括CAN初始化、数据发送和数据接收。

所述CAN初始化是设置CAN的通信参数，需初始化的寄存器有模式寄存器(Peli CAN模式)、时分寄存器、接收代码寄存器、屏蔽寄存器、总线定时寄存器以及输出控制寄存器；在复位期间对它们进行写访问，系统中各所述CAN控制器的总线定时寄存器的初始化字相同。

所述微处理器中的中央处理器对接收到的现场各传感器的环境参数检测信号进行转换处理后，发送到所述CAN控制器的发送缓冲区，并启动所述CAN控制器的发送命令，所述CAN控制器根据信息帧中的优先权标识符自动向所述CAN总线网络发送数据。