AGV项目底层总结一

研一入学后刚好赶上实验室的AGV项目，主要负责AGV车体的驱动和上层ROS端的指令数据交互。断断续续做了将近4个月（别问我为什么是断断续续——甲方的需求就是断断续续提的），涉及车体驱动器的驱动、底层硬件平台PCB的绘制、软件代码的编写。个人感觉收获甚多。现在来从芯片的使用和代码设计技巧两方面对项目进行总结。

芯片的使用

项目中所用的核心芯片采用STM32F103ZET6；通信芯片采用CAN、RS485、RS232；电路保护芯片采用运放LM358、光耦TLP521-4。

1. CAN
   CAN通信数据的成帧处理功能的实现需要满足两个条件：CAN控制器与CAN收发器。
   CAN控制器用于将欲收发的信息（报文）转换为符合CAN规范的CAN 帧，通过CAN收发器，在CAN-BUS上作信息的交互，实现CAN总线的协议底层以及数据链路层。CAN发送过程中进行位填充、添加CRC校验、应答检测等操作；CAN接收过程中进行收发比对、去位填充、执行CRC校验等操作，此外还需要进行冲突判断、错误处理等诸多任务。CAN控制器芯片可分为两类：独立的控制器芯片(如SJA100)与结合微处理器的控制器芯片(如STM32芯片)，这里选择第二种。
   CAN收发器是CAN控制器和物理总线之间的接口，将CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平，在两条有差分电压的总线电缆上传输数据。这里采用的是philips公司生产的高速TJA1050芯片。
   TJA1050是CAN协议控制器和物理总线之间的接口，最初是应用在波特率范围在60K波特到1M波特的高速自动化应用中。TJA1050可以为总线提供不同的发送性能，为CAN控制器提供不同的接受性能，而且它与"ISO 11898"标准完全兼容。TJA1050芯片原理图与引脚功能如下图所示：
   
2. LM358运放
   LM358是双运算放大器，常用来做电压信号采集的前端电压跟随器，同时起到增加输入阻抗的作用，避免影响被测量的电压值。需要注意的是：LM358当工作在单电源5V供电时，当IN+从0—5V输入，其输出电压OUT只能从0—3.7V，而不是0—5V，换句话说，当IN+输入0—3.7V时，电压可以跟随到OUT，当输入大于3.7V时，输出会保持在3.7V。下图所示是两种LM358运放引脚图，两者只有通道数量的差异。
   
3. 继电器
   继电器接法如下图所示：1、3是继电器的线圈引脚可以接到控制这个继电器动作的电源上（接多少伏电压具体看继电器上有标）；2是公共端，也就是2、5是常闭触点；2、4是常开触点。
   
   需要注意的是一般继电器吸合一定的电流来实现，这就是说需要继电器前级输出要达到一定的电流（数十毫安即可），若采用单片机作为继电器前级的话，为避免单片机电流驱动能力不足需要在继电器前端做一个放大电路，只要前级输出电压达到要求就可以触发。具体如下图所示：
   
4. RS485
   RS-485是一种基于差分信号传送的串行通信链路层协议，由于它使用一对双绞线传送差分信号，属半双工通信的范畴。TTL电平到RS485电平的转换多采用SP3485芯片实现，具体电路图如下图所示。
   RS485电平标准：
   逻辑1的电平为+2swV，逻辑0的电平为-2～-6V。
   特点：
   双向传输，半双工通讯, 最高传输速率10Mbps
   最大传输距离约为1200m
   RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。
   
5. RS232
   RS232是一种电平规范,当单片机与电脑串行通讯时,要用专用芯片进行电平转换，实现在TTL电平和RS232电平的相互转换。专用芯片选型5V的一般是MAX232或SP232，3.3V的一般是MAX3232或SP3232。具体电路图如下图所示。
   RS232电平标准：
   逻辑1的电平为-3～-15V，
   逻辑0的电平为+3～+15V，注意:电平的定义反相了一次。
   特点：
   （1） 接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL 电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。
   （2） RS232 可做到双向传输，全双工通讯 最高传输速率 20kbps。
   （3） 接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式， 这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。
   （4） 传输距离有限，最大传输距离15米。
   引脚功能
   Pin1－RO－接收器输出。 
   Pin2－RE－接收器输出使能（低电平有效）。 
   Pin3－DE－驱动器输出使能（高电平有效）。 
   Pin4－DI－驱动器输入。
   Pin5－GND－连接地。 
   Pin6－A－驱动器输出/接收器输入（同相）。 
   Pin7－B－驱动器输出/接收器输入（反相）。 
   Pin8－Vcc
6. CH340G
   CH340 提供常用的MODEM联络信号，用于为计算机扩展异步串口，或者将普通的串口设备直接升级到USB 总线。CH340G芯片具体电路图如下所示。
   
7. TTL电平与COMS电平
   上边已经介绍了常见RS485电平、RS232电平，接下来介绍下TTL电平与CMOS电平吧。
   TTL电平标准：
   输出 L： <0.8V ； H：>2.4V。
   输入 L： <1.2V ； H：>2.0V
   TTL器件输出低电平要小于0.8V，高电平要大于2.4V。输入，低于1.2V就认为是0，高于2.0就认为是1。于是TTL电平的输入低电平的噪声容限就只有(0.8-0)/2=0.4V，高电平的噪声容限为(5-2.4)/2=1.3V。
   CMOS电平标准：
   输出 L： <0.1Vcc ； H：>0.9Vcc。
   输入 L： <0.3Vcc ； H：>0.7Vcc.
   由于CMOS电源采用12V，则输入低于3.6V为低电平，噪声容限为1.8V，高于3.5V为高电平，噪声容限高为1.8V。比TTL有更高的噪声容限。
   TTL电平与CMOS电平的相互转换
   CMOS电平能驱动TTL电平；TTL电平不能驱动CMOS电平，需加上拉电阻。
8. 光耦TLP521-4
   光耦合器（opticalcoupler equipment，英文缩写为OCEP）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。耦合器以光为媒介传输电信号。对输入、输出电信号起隔离作用，又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。
   光耦合器的主要优点是单向传输信号，输入端与输出端完全实现了电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命长，传输效率高。它广泛用于电平转换、信号隔离、级间隔离、开关电路、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR）、仪器仪表、通信设备及微机接口中。具体引脚与电路图如下图所示。
   实际项目中八路光耦隔离电路如下图所示：
   代码设计技巧请观看博客《AGV项目底层总结二》