基于ＳＣ６１２１芯片的足球機(jī)器人紅外線通信系統(tǒng)

摘要：針對(duì)足球機(jī)器人的特點(diǎn)，提出一種基于ＳＣ６１２１芯片的紅外線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(diǎn)。

關(guān)鍵詞：足球機(jī)器人 紅外線 裝置

１９９５年９月，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院（ＫＡＩＳＴ） 金鐘煥教授提出了舉辦世界機(jī)器人足球比賽的建議，同年１１月在ＫＡＩＳＴ建立了為召開(kāi)微機(jī)器人世界杯足球比賽所需的國(guó)際組織委員會(huì)。１９９５年１１月９～１２日在ＫＡＩＳＴ首次舉辦微機(jī)器人世界杯足球比賽，至今已經(jīng)舉辦四次比賽。足球機(jī)器人主要由ＣＰＵ板、傳感器、驅(qū)動(dòng)部分、通信系統(tǒng)、視覺(jué)系統(tǒng)、主機(jī)系統(tǒng)等部分組成。本文作者曾經(jīng)發(fā)表過(guò)文章研究足球機(jī)器人紅外線通信問(wèn)題，當(dāng)時(shí)是以Ｍ５０４６２作編碼芯片來(lái)研究的。它的缺點(diǎn)有兩個(gè)，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(gè)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(gè)用戶編碼。因此，在足球機(jī)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(shí)現(xiàn)足球機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)通信。

１ 系統(tǒng)構(gòu)成

時(shí)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(shí)將信息的接收和發(fā)射設(shè)計(jì)在同一個(gè)信道上，該技術(shù)被稱(chēng)之為時(shí)分雙工（ＴＤＤ）技術(shù)，它是ＴＤＭＡ的一個(gè)變形。我們?cè)O(shè)計(jì)的基于ＳＣ６１２１芯片的足球機(jī)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(jì)算機(jī)ＲＳ２３２Ｃ相連接的通信裝置看作通信系統(tǒng)的基站，它負(fù)責(zé)對(duì)通信系統(tǒng)的控制。把足球機(jī)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(jī)器人通信系統(tǒng)。每個(gè)足球機(jī)器人通信裝置占用ＳＣ６１２１芯片二個(gè)用戶編碼，其中一個(gè)作為該通信裝置接收時(shí)隙的識(shí)別碼，另一個(gè)作為發(fā)送時(shí)隙的識(shí)別碼。基站通過(guò)控制芯片ＳＣ６１２１的用戶編碼來(lái)給各個(gè)機(jī)器人分配接收時(shí)隙和發(fā)送時(shí)隙。ＳＣ６１２１有２５６個(gè)用戶編碼，采用ＴＤＤ技術(shù)可以構(gòu)成１２８?jìng)€(gè)通信裝置。若將其中一個(gè)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(jī)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(zhuān)用芯片，它由振蕩電路、定時(shí)發(fā)生器及控制電路、鍵盤(pán)輸入掃描電路、鍵盤(pán)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(gè)固定頻率（我們選用４５５ｋＨｚ）的信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)定時(shí)發(fā)生器（１２分頻）選通后，產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖和載頻信號(hào)（固定頻率為４５５ｋＨｚ時(shí)，是３８ｋＨｚ），其中時(shí)鐘脈沖送往碼產(chǎn)生電路；載頻信號(hào)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(hào)上，此信號(hào)再經(jīng)緩沖放大器放大后從集成電路內(nèi)輸出。輸出信號(hào)去激勵(lì)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(dòng)時(shí)，就向外發(fā)射紅外線，進(jìn)而達(dá)到發(fā)射編碼的目的。ＳＣ６１２１的輸出波形參見(jiàn)圖２。

從圖２可以看出，ＳＣ６１２１所發(fā)射的一幀碼含有一個(gè)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(shí)被傳送。引導(dǎo)碼由一個(gè)９ｍｓ的載波波形和４．５ ｍｓ的關(guān)斷時(shí)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(shí)候，能更有效地處理碼的接收、檢測(cè)及各項(xiàng)控制之間的時(shí)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(shí)間間隔來(lái)區(qū)分“０”和“１”。在８位編碼被傳送的同時(shí)，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(méi)有傳送反碼，因此，從這一點(diǎn)來(lái)看，ＳＣ６１２１比Ｍ５０４６２具有更高的可靠性。

ＳＣ６１２１發(fā)送電路原理參見(jiàn)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(gè)用戶編碼，而Ｍ５０４６２最多只能有４個(gè)用戶編碼。由此可見(jiàn)，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(hào)直接送往ＡＴ８９Ｃ５１單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行軟件解碼。接收電路原理參見(jiàn)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(guò)ＡＴ８９Ｃ５１單片機(jī)的定時(shí)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(jiàn)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(jī)的定時(shí)器１定時(shí)，用ＡＴ８９Ｃ５１的１２腳作外部中斷，通過(guò)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(shí)現(xiàn)軟件解碼。中斷程序流程圖參見(jiàn)圖５。

有了編碼和軟件解碼后就可以實(shí)現(xiàn)通信了。基站通過(guò)編碼將信息傳送給足球機(jī)器人的通信裝置，足球機(jī)器人通信裝置通過(guò)軟件解碼得到信息內(nèi)容。反過(guò)來(lái)也一樣，足球機(jī)器人通信裝置通過(guò)編碼將信息發(fā)送出去，基站通過(guò)軟件解碼得到信息。足球機(jī)器人通信裝置、基站以及信息的傳輸方向均通過(guò)ＳＣ６１２１芯片的用戶編碼來(lái)區(qū)分。