擇要：先容了一種用于RobocupF-180小型組足球機器人角逐的無線通信體系的計劃。包羅發送端跟接收端體系的硬件計劃跟實現及其軟件設計。給出了一種順應于這套體系的通信協議，包羅物理層的編碼計劃、糾錯編碼計劃跟幀結構設計。
足球機器人是一個極富挑戰性的下技術密集密集型名目，融小車機器、機器人學、電機一體化、單片機、數據融會、精密儀器、及時數字信號處理、圖像處理與圖像識別、常識工程與專家系統、決議計劃、軌跡計劃、自組織與自學習實際、多智能體調和和無線通信等實際跟技巧于一體，既是一個典范的智能機器人體系，又為研討開展多智能體體系、多機器人之間的協作與反抗供給了生動的研討模子。它經由過程供給一個尺度使命，使研討職員應用各類技巧取得更好的解決方案，從而無效增進各個領域的開展。其聽實際與技巧可使用于工業生產、自動化流水線、救濟、教導等理論范疇，從而無效鞭策國度科技經濟等方面的開展。機器人足球從一個正面反應了一個國度信息與自動化范疇的根底研討跟高技術開展程度。
現階段，國際上有機器人足球比賽分為兩大系列——FIRA跟Robocup。本文所要闡述的體系所使用的F-180小型足球機器人角逐就是RoboCup系列中使用較普遍的一種。
F-180小型足球機器人足球比賽的示意圖如圖1所示，角逐單方各有5名機器人小車正在場上。足球機器人體系正在硬件設備方面包羅機器人小車、攝像安裝、計算機主機跟無線發射裝置；從功用上分，它包羅機器人小車、視覺、決議計劃跟無線通信四個子系統。此中無線通信體系是跟尾主機跟底層機器人不成短少的一環，它必需保障從主機端到機器人底層之間的數據傳遞是靠得住的，從而使得機器人比力可能順遂流利停止。因為角逐單方皆有多個機器人同時在場地上跑動，要求無線通信有必然的抗干擾性。無線通信體系的機能相當程度上間接影響著機器人的場上顯示。
1體系的計劃及實現
病房智能藥品分揀機器人角逐中從攝像頭去的視頻信號顛末計算機處置懲罰之后失掉節制小車用的數據信息，而無線通信體系的就是將這些數據信息實時精確天投遞場上的每一個機器人小車，體系采取播送方法，各機器人依據特定標記辨認發給本人的有用數據，從而停止決議計劃與行為。全部體系的框圖如圖2所示。
1.1發送真個硬件計劃
發送端次要用PIC16F877單片機實現編碼跟對發射機的節制，計算機經由過程串行口發送數據，顛末PIC16F877編碼后再經由過程PTR3000無線通信模塊將數據發送進來。所采取的PIC16F877單片機是Microchip公司推出的8位單片機。采取RISC指令系統跟哈佛總線結構，最高運轉的時鐘頻次可達20MHz，因此指令運轉速率快。它有很寬的工作電壓規模，可間接與3.3V的PTR3000無線通信模塊共同利用。
TR3000無線數據收發模塊是一種半雙工收發器，采取NORDIC公司的nrf903無線收發芯片，工作頻率采取國際通用的數傳頻段ISM，頻段915MHz，工作頻率可以正在902MHz～928MHz可變。采取GMSK調制，抗干擾能力強，特殊得當工業節制。靈敏度下，到達-100dBm，最大發射功率+10dBm，工作電壓為2.7V～3.3V。它最多有169個頻道，可滿足需要多頻道的場所，最高數據速度可達76.8kbps。因此完整可以知足小型組機器人通訊的數傳速度與距離的須要。
本體系中PIC16F877就是采取20MHz的時鐘旌旗燈號，可能知足即時收發數據和編碼的須要。全部體系中包括兩種電源，無線通信模塊的電源為3.3V，而MAX232又須要+5電源。信號線的毗鄰也要思量兩種電平的婚配問題，正在需要的處所要加上電平轉換電路。
起首單片機要吸收來自計算機真個數據，計算機串口輸出的旌旗燈號顛末MAX232由232電平轉換為TTL電平?？墒且驗閱纹瑱C采取3.3V電平，因此MAX232輸出的旌旗燈號需顛末電平轉換才氣輸入單片機，電平轉換可以采取TI公司供給的典范電平婚配電路，也可采取74LVCXX系列邏輯門來轉換。
單片機經由過程自帶的異步串行口輸出數據到PTR3000通訊模塊。因為nrf903芯片吸收跟發送數據共用一個引腳，因此須要其他電路來解復用。最簡略的方式就是正在單片機的TX引腳先接一個10kΩ的斷絕電阻，再與RX跟PTR3000的DATA引腳相連?？墒沁@類方式有兩個缺陷，它會形成發送的數據串入到單片機的吸收引腳中，此外發送旌旗燈號的驅動才能遭到了極大的限定。是以，本體系采取了74HC244三態緩沖器作為斷絕，而且經由過程單片機的RB4節制收發形態，因此正在半雙工方法下發送旌旗燈號與吸收旌旗燈號可以互不滋擾天傳遞。
關于通訊模塊事情形態的節制次要包括表1所列的那幾個旌旗燈號，經由過程單片機的平凡I/O心便可節制。表1PTR3000事情事情形式設置表
PTR3000事情形式STBYPWR-DWNTXENCS畸形事情:吸收0000畸形事情:發射0010掉電形式01XX待機形式10XX1.2發送真個軟件設計
當體系復位時，單片機起首要對PTR3000無線通信模塊跟16C550的寄存器停止編程初始化。PTR3000的初始化編程是經由過程同步串行旌旗燈號停止的，統共有三個旌旗燈號CFG_CLK、CS跟CFG_DATA，離別毗鄰到單片機RC3、RB7、RC5引腳。PIC16F877單片機本身便有同步串行口功能模塊，可是因為PTR3000的同步串行數據位為14位，并不是整數字節，并且14位數據必需一次初始化實現，是以實際經由過程平凡的I/O心編程去實現那14位的同步串行旌旗燈號更便利一些。正在全部初始化時代CS旌旗燈號必需始終為高電平。那14位初始化字的界說見表2。正在初始化同步串行旌旗燈號輸出時最高無效位正在先。正在對PTR3000編程前先其形態為吸收形態以避免正在其他頻次形成無線滋擾，編程實現后便可以將形態改為發射形態了。表2PTR3000初始化節制字列位界說
Bit參數稱號符號參數
六軸分揀機器人位數0～1頻段FB必需為了10(默示為取舍頻段915±13MHz)22～9頻點CHf=902.1696+CH·0.1536(MHz)10～11輸出功率POUT發射功率≈-8dBm+6dBm·POUT212～13時鐘分頻輸出Fup"00"=Fup=fxtal"01"=Fup=fxtal/2"10"=Fup=fxtal/4"11"=Fup=fxtal/82接下來對16C550的初始化設置。因為PIC16F877自身的并行口對16C550停止初始化編程設置各個寄存器，須要留神的只是正在輸出每一個字節之前先要經由過程RA0～RA2輸出響應字節的地點旌旗燈號。正在初始化設置時將16C550的波特率設置低于76.8kbps，以保障吸收的數據可能經由過程PTR3000即時發送。
1.3接收端的硬件計劃
接收端裝在每一個機器人小車上，因為機器人小車的節制采取DSP控制器TMS320LF2407，因此正在接收端PTR3000無線通信模塊便采取TMS320LF2407去節制。經由過程PTR3000吸收的數據間接輸入DSP，由DSP停止解碼，從而做出決議計劃跟收回節制旌旗燈號。因此無線通信體系的接收端電路絕對發送端要簡略得多，只需用TMS320LF2407取代發送電路中的單片機與PTR3000模塊相連接便可。PTR3000的初始化編程也便由2407的平凡I/O口來實現，只不過正在初始化編程之后依舊連結PTR3000處在吸收形態。
2和談的計劃
2.1物理層的編碼計劃
物理層的編碼計劃要依據所采取的物理器件跟物理信道的特性去決意。本體系采取PTR3000無線通信模塊正在吸收模塊中為了取得0直流電仄便須要正在所傳輸的數據中邏輯“0”跟邏輯“1”的數目相等。只有知足上述前提吸收部門才會取得很下的吸收正確率。長時間余暇也會招致吸收部門的0直流電仄漂移，由于長時間的余暇實際上始終發送的是邏輯“1”。
因為PTR3000的這些特性，很天然便想到采取曼徹斯特編碼（也稱為數字雙向碼或分相碼（BiphaseSplit-phase）。它采取一個周期的方波默示“1”，并且它的反向波形默示“0”。因為方波的正負周期各占一半，因此旌旗燈號中沒有存在直流份量。正在異步串行通訊中有一個肇端位“0”，是以將終止位“1”長度也設為一名，如許正在一個字節共10位旌旗燈號中也便沒有存在直流份量了。只是減了曼徹斯特編碼之后本來一個字節的數據此刻要兩個字節才氣傳遞。圖4有一些數字節，不會正在停止曼徹斯特編碼之后的數據串口呈現，可是正在一個字節中也存在0直流份量的特性，也有很下的吸收正確率。那類數據字節如：0xF0、0x0F、0xCC、0x33等。從碼型看來此中0xF0碼型按時機能是最好的，它很簡單使異步接收器到達同步而且不會產生毛病。因為0xF0的這類特性便可以用它做同步碼元，正在余暇的工夫內通訊體系便經由過程始終發送同步碼元，使接收端連結同步，并且也可以連結吸收模塊的0直流電仄形態。
2.2糾錯編碼計劃
顏色分揀機器人緒論智能垃圾分揀機器人為了正在有必然外界滋擾的環境下，保障次要與機器人之間的無線通信仍然不變靠得住，必需采用必然的抗干擾步伐，那可以采取糾錯編碼去實現。可以取舍糾錯編碼方案有分組碼跟循環碼，須要利用兩字節的長度發送一字節的無效信息；分組碼跟循環碼，交錯碼、分組碼跟縮短循環碼、BCH碼、BCH碼，須要利用三字節的長度發送一字節的無效信息。
體系中利用了分組碼，并正在實際中取得了較好的后果。它的組成方法以下：
假設沒有做任何處置懲罰的原碼格局為：
分揀機器人哪里有其高四位的監視碼為：
A2A1A0其低四位的監視碼為：
B2B1B0則編碼后成為兩個byte長度：
1X7X6X5X4A2A1A00X3X2X1X0B2B1B0此中每一個字節的最高位作為標記位，用于默示下四位跟低四位，下四位用“1”做標記，低四位用“0”做標記。接收端經由過程檢測標記停止重組跟解碼。關于譯碼根本方式有維特比譯碼跟利用監視矩陣譯碼，可依據詳細的編碼方案靈巧選用。
2.3幀格局計劃
普通數據幀包羅幀頭、機器人標識、數據、數據校驗、保存字節等內容，平常依照上面的格局擺列：
幀頭機器人標識數據保留字數據校驗為了保障幀可能精確吸收，幀頭的計劃至關重要。普通幀頭須要兩個或兩個以上的字節，而且該當取舍數據中呈現幾率較低的數值跟組合。正在這個體系中可以采取普通數據中基礎不會呈現的數據字節如0xF0、0xCC作為數據幀頭。而別的類型的幀，則可以取舍正在0xF0之后加上別的的字0x33、0xC3、0x3C、0x0F等組成。這類幀頭組合正在普通的數據中是不會呈現的，因此可保障幀同步不會犯錯。場上的每一個機器人經由過程數據幀中的機器人標識去辨認屬于本人的數據，因為場上只有5個機器人，因此機器人標識只占用一個字節。
國產分揀機器人哪家好這套通訊體系采取了PTR3000無線通信模塊停止無線傳輸，并使用了單處機的編解碼使這套體系事情加倍不變靠得住，使數據通信實時精確天傳遞到場上的每一個機器人，完整知足小型組足球機器人角逐的通訊速度跟正確率要求。這套小型組機器人通訊體系已使用于中國科技大學的F-180Robocup小型足球機器人體系中。2003年7月正在意大利進行的Robocup小型機器人足球比賽中，這套通訊體系正在存在各類通訊滋擾的環境下仍然顯示出了較下的可靠性。2003年8月正在北京舉行的天下機器人大賽F-180Robocup小型組的角逐中，這套通訊體系中中國科技大學一隊博得了亞軍。
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