关于机器人外设的规范(基启人_Gicren).pdf

关于机器人外设的规范 （注：本文所指的机器人，即教仪、DIY、家庭等简易机器人）  前言 在笔者刚接触电子行业时，正值单片机行业百花齐放之时，以 MCS51、PIC、AVR、MSP430 等单片机为主控制器的开发套件 琳琅满目，虽然单片机的内部资源大同小异，但在鬼斧神工的雕琢下，其外形可谓大相径庭…… 多年之后，一个如今备受全球青睐的以 AVR 单片机为核心的 Arduino 控制器鬼魅般地出现，它结合单片机的资源将控制板的引 脚分配与功能做了一个规范，渐渐地，很多围绕 Arduino 的外设厂商如雨后春笋般出现。后来，当笔者看到 Renesas(GR-SAKURA)、 TI(Arduino TRE)、Intel(Galieo)的出现，为之震惊，并意识到一个合理的规范，其意义远超一款优秀的产品。 笔者与很多机器人爱好者一样，平时喜欢 DIY，偶尔也会沉浸在小小发现后的喜悦中。直到有一天，终日徘徊于硬件与软件的简 单生活被打破，增添了几分骚动，笔者发现，在很多机器人的应用中，Arduino 并非游刃有余。机器人外设也是需要一个合理的规范， 而且这个需求日益明显，然而时至今日，却一直没有看到对机器人外设通用规范的出现。可想而知，对机器人外设进行规范的难度， 只因其风情万种。确实，机器人行业是一个多元化的行业，有着各式各样的应用需求，与其苦寻一种通讯接口作为代表，不如选择一 个合适的标准连接器包容它们，于是执笔写下这篇文章，与大家分享自己的一些心得与体会，同时也希望大家各抒己见，一起让机器 人外设变得更加规范。 以鄙人之鄙见，机器人外设可按通讯距离分为近距离设备与远距离设备，近距离通讯设备又可细分为常规设备与桌面设备。常用 的通讯接口很多，例如：UART、SPI、I2C、RS232、RS422、RS485、CAN、USB 等，它们各有其优缺点，倘若一定要在其中选 择几种，笔者只能忍痛割爱，选择了最普及的 I2C、RS485、USB 这三种接口。接下来，应选择合适的连接器包容 I2C 和 RS485 接 口 （USB 接口有其标准的连接器，在此不予以讨论）。对于机器人的应用，务必考虑工作电流与外形尺寸，然而又一度陷入抉择的 1/18 泥潭，显然这次还是难以做到情有独钟。对比了众多的标准连接器，包括普及性、集成度、外形尺寸、载流能力、性价比等等，最终 选择了 DB9-Male （车制的单引脚最大连续电流可达 5~7A，主要用于大功率驱动等大电流设备。注：市面上 DB9 在外形上有常规、 窄体单排与窄体双排三种类型，在载流能力上也有常规引脚与车制引脚两种类型）与JST-PH2.0-9PIN-Male （单引脚最大连续电流 可达 2A，主要用于传感器、小功率驱动等小电流设备），同时将两类的设备分别称之为 Gicren-H 和 Gicren-L，该规范仅适用于总 线设备。您可能已经注意到，在 Gicren 的规范中不存在任何可配置的引脚，因为难以达到很高的通用性 （笔者认为，对于某一类的 设备，连接器及引脚定义必须完全一致）。例如，一个三轴模拟量输出的加速度传感器，需要三个模拟口，倘若在 9-PIN 的连接器上 集成三个可配置为模拟输入的引脚，或在一个电路板上集成 3 个 9-PIN 的连接器，这显然都是不合理的。笔者认为将基础设备(I/O、 ADC 等)与总线设备区分开是非常有必要的。对于基础设备，Gicren 遵循如下规范 ：1-Signal、2-VCC、3-GND，该规范已被很多设 备采用，例如 PWM 信号类型的舵机。此外，对于基础设备，Gicren 推荐采用 JST-PH2.0-3PIN-Male 连接器，该连接器不论在外形 尺寸、机械强度、载流能力等方面都非常合适。  关于连接器引脚的定义 1. RS485-A 2. RS485-B 3. I2C-SDA 4. I2C-SCL 5. GND 6. VIN 7. VIN 8. ERROR 9. GND 2/18 说明 ：所有连接在同一个RS485(I2C)总线上的设备称之为一个 RS485(I2C)系统，严格遵循主从式结构，其中起着主导、协调作用 的设备称之为“系统主设备”，其余的设备称之为“系统从设备”。