PC机和激光没距雷达双路高速数据通信接口卡

发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:595

作者：浙江大学信息与通信工程研究所（310027）项志宇刘济林

来源：《电子技术应用》

摘要：阐述了ｐｃ机和激光测距雷达双路高速串行数据通讯接口卡的系统构成。重点介绍了ｒｓ－４２２ａ高速串行通讯接口及收发控制、接口卡和ｐｃ机通信缓冲区的共享、卡上资源分配等关键性问题。 关键词：ｒｓ－４２２高速串行通信接口卡双端口ｒａｍｆｐｇａ

在我们智能自主式移动机器人项目的研制中，采用了两路二维激光雷达来完成障碍物检测、路标检测及地图匹配等工作。我们采用的激光雷达均提供了一种ｒｓ－４２２串行通讯接口。雷达通过与ｐｃ机的握手通信完成初始化工作之后，便分别以４０ｍｓ和８０ｍｓ为工作周期将测距结果以５００ｋｂｐｓ的速率发送至ｐｃ机。ｐｃ机收到每一帧数据后便开始随后的处理工作。工作周期为８０ｍｓ的激光雷达每帧数据长度为８１２字节，工作周期为４０ｍｓ的激光雷达每帧数据长度为４１２字节。

若采用目前市面上能提供的普通串行数据通信卡来完成ｐｃ机与激光雷达的数据通信有三个缺点：

·商用通信卡很少能达到如此高的通讯速率；

·商用通信卡只能一个字节一个字节的接收，即使启用卡上的ｆｉｆｏ一次也只能收取１６个字节，这样必然消耗ｐｃ机很多宝贵的数据处理时间；

·由于ｐｃ机运行的ｗｉｎｄｏｗｓ９８系统是非任务抢断型的操作系统，在如此高的通讯速率要求下（两路雷达数据同时到来时对ｐｃ机来说瞬时通讯速率为１ｍｂｐｓ　，有时会导致系统丢失一帧数据中的某几个字节，从而使整帧数据成为废帧，影响了系统的可靠工作。

因此，必须根据应用要求，自行研制ｐｃ机和激光测距雷达双路高速数据通信接口卡。

1 接口卡研制目标和总体方案

针对激光测距雷达在智能自主式移动机器人中的应用要求，我们对接口卡的设计提出了如下的总体目标：能够顺利地接收并存储最多三帧的两路雷达数据，并按ｐｃ机命令要求，完成一定的简单数据预处理后将结果转送给ｐｃ机，由ｐｃ机做进一步的高级处理。

根据系统要求，板卡上的ｃｐｕ决定选用８０ｃ１９６ｋｄ单片机。８０ｃ１９６ｋｄ是ｉｎｔｅｌ公司继ｍｃｓ－９６之后的一种高性能１６位单片机，它功能强、速度快、使用方便、抗干扰性能好，在工业控制、智能仪表、家电中都得到了广泛应用[１]。系统总体方案见图１。

2 系统设计中的几项关键技术

2.1 ｒｓ－４２２通讯接口及收发控制

ｒｓ－４２２ａ通信接口标准使用单一＋５ｖ电源供电，是一个平衡型接口。它采用差动发送、差动接收的工作方式，发送和接收电路使用各自独立的平衡驱动器、接收器对，因而排除了各接收器地电势差带来的影响。使用ｒｓ－４２２ａ接口标准最大通信速率可达１０ｍｂ／ｓ（对应通信距离１２ｍ），最大通信距离可达１２００ｍ（对应通信速率为１０ｋｂ／ｓ　。

对于５００ｋｂ／ｓ高速的串行通信，靠８０ｃ１９６ｋｄ自带的串行通信接口已无法承担，必须采用专用的异步串行通信收发器（ｕａｒｔ）来实现。下面先简要介绍一下系统中采用的ｔｉ公司的ｕａｒｔ产品１６ｃ５５０ｃ。

ｔｉ公司生产的异步收发器（ｕａｒｔ）ｔｌ１６ｃ５５０ｃ是ｔｌ１６ｃ４５０的升级，它的主要功能与ｔｌ１６ｃ４５０完全相同，但是它片内多了一块１６个字节的先进先出（ｆｉｆｏ）存储部件，用于缓解高速通信场合下ｃｐｕ的繁忙程度。当片内的ｆｉｆｏ被激活时，最多允许在ｆｉｆｏ中存储１６个字节作为缓冲。为提高ｃｐｕ读数据的速度，该片支持ｄｍａ操作。