基于ＳＣ６１２１芯片的足球機器人紅外線通信系統(tǒng)

摘要：針對足球機器人的特點，提出一種基于ＳＣ６１２１芯片的紅外線通信系統(tǒng)設(shè)計方案，它比以往基于芯片Ｍ５０４６２的紅外線通信系統(tǒng)有更多的優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：足球機器人 紅外線 裝置

１９９５年９月，韓國科學(xué)技術(shù)研究院（ＫＡＩＳＴ） 金鐘煥教授提出了舉辦世界機器人足球比賽的建議，同年１１月在ＫＡＩＳＴ建立了為召開微機器人世界杯足球比賽所需的國際組織委員會。１９９５年１１月９～１２日在ＫＡＩＳＴ首次舉辦微機器人世界杯足球比賽，至今已經(jīng)舉辦四次比賽。足球機器人主要由ＣＰＵ板、傳感器、驅(qū)動部分、通信系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、主機系統(tǒng)等部分組成。本文作者曾經(jīng)發(fā)表過文章研究足球機器人紅外線通信問題，當(dāng)時是以Ｍ５０４６２作編碼芯片來研究的。它的缺點有兩個，其一是可靠性不夠高；其二是Ｍ５０４６２能夠選擇的用戶編碼只有２位，組成網(wǎng)絡(luò)通信最多只有４個用戶編碼。而ＳＣ６１２１可靠性高，且有８位用戶編碼可以選擇，組成通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以有２５６個用戶編碼。因此，在足球機器人紅外線通信系統(tǒng)中選擇ＳＣ６１２１作為編碼芯片更合適。本文將討論如何用編碼芯片ＳＣ６１２１實現(xiàn)足球機器人的網(wǎng)絡(luò)通信。

１ 系統(tǒng)構(gòu)成

時分多址（ＴＤＭＡ）技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)通信經(jīng)常采用的一種技術(shù)。在通信速率要求不高的通信系統(tǒng)里，有時將信息的接收和發(fā)射設(shè)計在同一個信道上，該技術(shù)被稱之為時分雙工（ＴＤＤ）技術(shù)，它是ＴＤＭＡ的一個變形。我們設(shè)計的基于ＳＣ６１２１芯片的足球機器人紅外線通信系統(tǒng)采用的就是ＴＤＤ技術(shù)。在該系統(tǒng)中把與計算機ＲＳ２３２Ｃ相連接的通信裝置看作通信系統(tǒng)的基站，它負責(zé)對通信系統(tǒng)的控制。把足球機器人上的通信裝置看作用戶，這樣就構(gòu)成了如圖１所示的足球機器人通信系統(tǒng)。每個足球機器人通信裝置占用ＳＣ６１２１芯片二個用戶編碼，其中一個作為該通信裝置接收時隙的識別碼，另一個作為發(fā)送時隙的識別碼?；就ㄟ^控制芯片ＳＣ６１２１的用戶編碼來給各個機器人分配接收時隙和發(fā)送時隙。ＳＣ６１２１有２５６個用戶編碼，采用ＴＤＤ技術(shù)可以構(gòu)成１２８個通信裝置。若將其中一個用于作基站，則系統(tǒng)通信裝置數(shù)目的最大值是１２７，這足以滿足足球機器人通信要求。

２ 編碼電路

發(fā)射部分采用ＳＣ６１２１紅外線遙控系統(tǒng)的專用芯片，它由振蕩電路、定時發(fā)生器及控制電路、鍵盤輸入掃描電路、鍵盤輸入／輸出掃描電路、碼產(chǎn)生電路和輸出控制電路等組成。振蕩器產(chǎn)生一個固定頻率（我們選用４５５ｋＨｚ）的信號，該信號經(jīng)過定時發(fā)生器（１２分頻）選通后，產(chǎn)生時鐘脈沖和載頻信號（固定頻率為４５５ｋＨｚ時，是３８ｋＨｚ），其中時鐘脈沖送往碼產(chǎn)生電路；載頻信號則送往輸出控制電路，碼產(chǎn)生電路輸出的指令碼被調(diào)制在此載頻信號上，此信號再經(jīng)緩沖放大器放大后從集成電路內(nèi)輸出。輸出信號去激勵晶體管（８５５０），從而控制流向紅外線發(fā)光二極管（ＰＨ３０３）的電流。當(dāng)紅外線發(fā)光二極管（ＰＨ３０３）有正向電流流動時，就向外發(fā)射紅外線，進而達到發(fā)射編碼的目的。ＳＣ６１２１的輸出波形參見圖２。

從圖２可以看出，ＳＣ６１２１所發(fā)射的一幀碼含有一個引導(dǎo)碼，１６位的用戶編碼和８位的鍵數(shù)據(jù)碼。鍵數(shù)據(jù)碼的反碼也同時被傳送。引導(dǎo)碼由一個９ｍｓ的載波波形和４．５ ｍｓ的關(guān)斷時間構(gòu)成，它作為隨后發(fā)射碼的引導(dǎo)。這樣，當(dāng)接收系統(tǒng)是微處理器構(gòu)成的時候，能更有效地處理碼的接收、檢測及各項控制之間的時序關(guān)系。ＳＣ６１２１芯片編碼采用脈沖位置調(diào)制方式ＰＰＭ，利用脈沖之間的時間間隔來區(qū)分“０”和“１”。在８位編碼被傳送的同時，它們的反碼也被傳送，這樣就大大減少了系統(tǒng)誤碼率。Ｍ５０４６２沒有傳送反碼，因此，從這一點來看，ＳＣ６１２１比Ｍ５０４６２具有更高的可靠性。

ＳＣ６１２１發(fā)送電路原理參見圖３。從圖３可以看到，基于ＳＣ６１２１芯片的紅外線通信網(wǎng)絡(luò)可以有２５６個用戶編碼，而Ｍ５０４６２最多只能有４個用戶編碼。由此可見，ＳＣ６１２１更適合網(wǎng)絡(luò)通信。

３ 解碼電路

接收部分由ＰＨ３０２紅外線接收管及前置放大電路ＫＡ２１８４組成，放大后的信號直接送往ＡＴ８９Ｃ５１單片機，由單片機進行軟件解碼。接收電路原理參見圖４。

４ 解碼軟件

根據(jù)圖２中的②可以得到“０”代碼脈沖間距為１．１２５ｍｓ，“１”代碼脈沖間距為２．２５ｍｓ。這樣通過ＡＴ８９Ｃ５１單片機的定時器可以很方便地得到解碼。

ＳＣ６１２１編碼集成電路鍵數(shù)據(jù)碼參見表１。

表1 SC6121矩陣鍵與鍵數(shù)據(jù)碼關(guān)系

我們用ＡＴ８９Ｃ５１單片機的定時器１定時，用ＡＴ８９Ｃ５１的１２腳作外部中斷，通過軟件解碼得到鍵數(shù)據(jù)碼后，再查表１，這樣就可以分析出信息含義，從而實現(xiàn)軟件解碼。中斷程序流程圖參見圖５。

有了編碼和軟件解碼后就可以實現(xiàn)通信了?；就ㄟ^編碼將信息傳送給足球機器人的通信裝置，足球機器人通信裝置通過軟件解碼得到信息內(nèi)容。反過來也一樣，足球機器人通信裝置通過編碼將信息發(fā)送出去，基站通過軟件解碼得到信息。足球機器人通信裝置、基站以及信息的傳輸方向均通過ＳＣ６１２１芯片的用戶編碼來區(qū)分。