AGV項目底層總結一

研一入學後剛好趕上實驗室的AGV項目，主要負責AGV車體的驅動和上層ROS端的指令數據交互。斷斷續續做了將近4個月（別問我爲什麼是斷斷續續——甲方的需求就是斷斷續續提的），涉及車體驅動器的驅動、底層硬件平臺PCB的繪製、軟件代碼的編寫。個人感覺收穫甚多。現在來從芯片的使用和代碼設計技巧兩方面對項目進行總結。

芯片的使用

項目中所用的核心芯片採用STM32F103ZET6；通信芯片採用CAN、RS485、RS232；電路保護芯片採用運放LM358、光耦TLP521-4。

CAN
CAN通信數據的成幀處理功能的實現需要滿足兩個條件：CAN控制器與CAN收發器。
CAN控制器用於將欲收發的信息（報文）轉換爲符合CAN規範的CAN 幀，通過CAN收發器，在CAN-BUS上作信息的交互，實現CAN總線的協議底層以及數據鏈路層。CAN發送過程中進行位填充、添加CRC校驗、應答檢測等操作；CAN接收過程中進行收發比對、去位填充、執行CRC校驗等操作，此外還需要進行衝突判斷、錯誤處理等諸多任務。CAN控制器芯片可分爲兩類：獨立的控制器芯片(如SJA100)與結合微處理器的控制器芯片(如STM32芯片)，這裏選擇第二種。
CAN收發器是CAN控制器和物理總線之間的接口，將CAN控制器的邏輯電平轉換爲CAN總線的差分電平，在兩條有差分電壓的總線電纜上傳輸數據。這裏採用的是philips公司生產的高速TJA1050芯片。
TJA1050是CAN協議控制器和物理總線之間的接口，最初是應用在波特率範圍在60K波特到1M波特的高速自動化應用中。TJA1050可以爲總線提供不同的發送性能，爲CAN控制器提供不同的接受性能，而且它與"ISO 11898"標準完全兼容。TJA1050芯片原理圖與引腳功能如下圖所示：
LM358運放
LM358是雙運算放大器，常用來做電壓信號採集的前端電壓跟隨器，同時起到增加輸入阻抗的作用，避免影響被測量的電壓值。需要注意的是：LM358當工作在單電源5V供電時，當IN+從0—5V輸入，其輸出電壓OUT只能從0—3.7V，而不是0—5V，換句話說，當IN+輸入0—3.7V時，電壓可以跟隨到OUT，當輸入大於3.7V時，輸出會保持在3.7V。下圖所示是兩種LM358運放引腳圖，兩者只有通道數量的差異。
繼電器
繼電器接法如下圖所示：1、3是繼電器的線圈引腳可以接到控制這個繼電器動作的電源上（接多少伏電壓具體看繼電器上有標）；2是公共端，也就是2、5是常閉觸點；2、4是常開觸點。

需要注意的是一般繼電器吸合一定的電流來實現，這就是說需要繼電器前級輸出要達到一定的電流（數十毫安即可），若採用單片機作爲繼電器前級的話，爲避免單片機電流驅動能力不足需要在繼電器前端做一個放大電路，只要前級輸出電壓達到要求就可以觸發。具體如下圖所示：
RS485
RS-485是一種基於差分信號傳送的串行通信鏈路層協議，由於它使用一對雙絞線傳送差分信號，屬半雙工通信的範疇。TTL電平到RS485電平的轉換多采用SP3485芯片實現，具體電路圖如下圖所示。
RS485電平標準：
邏輯1的電平爲+2swV，邏輯0的電平爲-2～-6V。
特點：
雙向傳輸，半雙工通訊, 最高傳輸速率10Mbps
最大傳輸距離約爲1200m
RS-485接口是採用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模幹能力增強，即抗噪聲干擾性好。
RS232
RS232是一種電平規範,當單片機與電腦串行通訊時,要用專用芯片進行電平轉換，實現在TTL電平和RS232電平的相互轉換。專用芯片選型5V的一般是MAX232或SP232，3.3V的一般是MAX3232或SP3232。具體電路圖如下圖所示。
RS232電平標準：
邏輯1的電平爲-3～-15V，
邏輯0的電平爲+3～+15V，注意:電平的定義反相了一次。
特點：
（1）接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因爲與TTL 電平不兼容故需使用電平轉換電路方能與TTL電路連接。
（2） RS232 可做到雙向傳輸，全雙工通訊最高傳輸速率 20kbps。
（3）接口使用一根信號線和一根信號返回線而構成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。
（4）傳輸距離有限，最大傳輸距離15米。
引腳功能
Pin1－RO－接收器輸出。
Pin2－RE－接收器輸出使能（低電平有效）。
Pin3－DE－驅動器輸出使能（高電平有效）。
Pin4－DI－驅動器輸入。
Pin5－GND－連接地。
Pin6－A－驅動器輸出/接收器輸入（同相）。
Pin7－B－驅動器輸出/接收器輸入（反相）。
Pin8－Vcc
CH340G
CH340 提供常用的MODEM聯絡信號，用於爲計算機擴展異步串口，或者將普通的串口設備直接升級到USB 總線。CH340G芯片具體電路圖如下所示。
TTL電平與COMS電平
上邊已經介紹了常見RS485電平、RS232電平，接下來介紹下TTL電平與CMOS電平吧。
TTL電平標準：
輸出 L： <0.8V ； H：>2.4V。
輸入 L： <1.2V ； H：>2.0V
TTL器件輸出低電平要小於0.8V，高電平要大於2.4V。輸入，低於1.2V就認爲是0，高於2.0就認爲是1。於是TTL電平的輸入低電平的噪聲容限就只有(0.8-0)/2=0.4V，高電平的噪聲容限爲(5-2.4)/2=1.3V。
CMOS電平標準：
輸出 L： <0.1Vcc ； H：>0.9Vcc。
輸入 L： <0.3Vcc ； H：>0.7Vcc.
由於CMOS電源採用12V，則輸入低於3.6V爲低電平，噪聲容限爲1.8V，高於3.5V爲高電平，噪聲容限高爲1.8V。比TTL有更高的噪聲容限。
TTL電平與CMOS電平的相互轉換
CMOS電平能驅動TTL電平；TTL電平不能驅動CMOS電平，需加上拉電阻。
光耦TLP521-4
光耦合器（opticalcoupler equipment，英文縮寫爲OCEP）亦稱光電隔離器或光電耦合器，簡稱光耦。耦合器以光爲媒介傳輸電信號。對輸入、輸出電信號起隔離作用，又由於光耦合器的輸入端屬於電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能力。
光耦合器的主要優點是單向傳輸信號，輸入端與輸出端完全實現了電氣隔離，抗干擾能力強，使用壽命長，傳輸效率高。它廣泛用於電平轉換、信號隔離、級間隔離、開關電路、遠距離信號傳輸、脈衝放大、固態繼電器(SSR）、儀器儀表、通信設備及微機接口中。具體引腳與電路圖如下圖所示。
實際項目中八路光耦隔離電路如下圖所示：
代碼設計技巧請觀看博客《AGV項目底層總結二》