基于Ｃ８０５１Ｆ足球機(jī)器人控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

摘要：介紹了一種基于C8051F的足球機(jī)器人系統(tǒng)的原理及其實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)充分利用了C8051F接口豐富、運(yùn)算速度快的特點(diǎn)，采用PWM方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的控制，從而使足球機(jī)器人小車系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)性能、控制精度和抗干擾性都得到了很大的提高。

關(guān)鍵詞：足球機(jī)器人；C8051F單片機(jī)；PWM；無線通信；PID控制

0 引言

機(jī)器人足球比賽是繼計(jì)算機(jī)象棋出現(xiàn)后的人工智能發(fā)展的第二個(gè)里程碑。從1997年至今，國(guó)際機(jī)器人足球聯(lián)合會(huì)(FIRA)已經(jīng)成功舉辦了多屆機(jī)器人足球世界杯比賽。雖然歷史不長(zhǎng)，但由于集高新技術(shù)、娛樂、比賽于一體，所以引起了眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注和極大的興趣。

足球機(jī)器人小車子系統(tǒng)作為整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其性能好壞對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。早期微型足球機(jī)器人小車子系統(tǒng)多采用MCS-51作為主控CPU，這基本可以滿足一般訓(xùn)練和比賽的要求，但同時(shí)也暴露出很多問題，例如運(yùn)算速度太慢、控制精度不夠、電路分立元件太多導(dǎo)致可靠性降低以及經(jīng)常出現(xiàn)故障等等。隨著硬件水平的不斷提高，越來越多的國(guó)內(nèi)外隊(duì)伍紛紛選用更加高性能的解決方案。如采用DSP方式，可以提高機(jī)器人的運(yùn)算速度和控制精度。但是由于DSP結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用這種方式的同時(shí)也為電路的設(shè)計(jì)和后續(xù)的開發(fā)工作帶來了很大的困難。

本文選用Cygnal公司推出的C8051F系列高速單片機(jī)。這種單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能與DSP相近，而且其指令集與51系列單片機(jī)兼容，開發(fā)工作簡(jiǎn)單。

1 機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成

我們的微型足球機(jī)器人小車子系統(tǒng)由CPU控制單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、鑒向和速度檢測(cè)單元及無線接收單元等組成。

(1)CPU控制器(單片機(jī))采用Cygnal公司的高速單片機(jī)C8051F。該單片機(jī)可以硬件生成PWM，占用CPU資源很少；具有高性能的指令系統(tǒng)并且可以和c語言進(jìn)行交叉匯編，為設(shè)計(jì)各種控制算法提供了廣闊的空間。

(2)驅(qū)動(dòng)單元選用電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用芯片L298。L298是雙H橋高電壓大電流集成電路，可用來驅(qū)動(dòng)繼電器、線圈、直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等電感性負(fù)載。

(3)鑒向和速度檢測(cè)單元在機(jī)器人足球比賽過程中，左、右輪電機(jī)快速旋轉(zhuǎn)而且頻繁換向。所以要對(duì)小車進(jìn)行精確控制，必須對(duì)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和運(yùn)行方向進(jìn)行精確檢測(cè)。

(4)無線接收單元采用低功耗超高頻數(shù)據(jù)收發(fā)模塊NRF2401。這款通訊模塊使用方便、易于編程。它有著自身巨大的應(yīng)用價(jià)值，價(jià)格低廉，性能穩(wěn)定，是我們開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的友好伙伴。

其中：編碼器和電機(jī)集成在一起。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文”