基于ＳＣ６１２１芯片的足球机器人红外线通信系统

    摘要：针对足球机器人的特点，提出一种基于ＳＣ６１２１芯片的红外线通信系统设计方案，它比以往基于芯片Ｍ５０４６２的红外线通信系统有更多的优点。

    关键词：足球机器人  红外线  装置

    １９９５年９月，韩国科学技术研究院（ＫＡＩＳＴ） 金钟焕教授提出了举办世界机器人足球比赛的建议，同年１１月在ＫＡＩＳＴ建立了为召开微机器人世界杯足球比赛所需的国际组织委员会。１９９５年１１月９～１２日在ＫＡＩＳＴ首次举办微机器人世界杯足球比赛，至今已经举办四次比赛。足球机器人主要由ＣＰＵ板、传感器、驱动部分、通信系统、视觉系统、主机系统等部分组成。本文作者曾经发表过文章研究足球机器人红外线通信问题，当时是以Ｍ５０４６２作编码芯片来研究的。它的缺点有两个，其一是可靠性不够高；其二是Ｍ５０４６２能够选择的用户编码只有２位，组成网络通信最多只有４个用户编码。而ＳＣ６１２１可靠性高，且有８位用户编码可以选择，组成通信网络系统可以有２５６个用户编码。因此，在足球机器人红外线通信系统中选择ＳＣ６１２１作为编码芯片更合适。本文将讨论如何用编码芯片ＳＣ６１２１实现足球机器人的网络通信。

１ 系统构成

    时分多址（ＴＤＭＡ）技术是网络通信经常采用的一种技术。在通信速率要求不高的通信系统里，有时将信息的接收和发射设计在同一个信道上，该技术被称之为时分双工（ＴＤＤ）技术，它是ＴＤＭＡ的一个变形。我们设计的基于ＳＣ６１２１芯片的足球机器人红外线通信系统采用的就是ＴＤＤ技术。在该系统中把与计算机ＲＳ２３２Ｃ相连接的通信装置看作通信系统的基站，它负责对通信系统的控制。把足球机器人上的通信装置看作用户，这样就构成了如图１所示的足球机器人通信系统。每个足球机器人通信装置占用ＳＣ６１２１芯片二个用户编码，其中一个作为该通信装置接收时隙的识别码，另一个作为发送时隙的识别码。基站通过控制芯片ＳＣ６１２１的用户编码来给各个机器人分配接收时隙和发送时隙。ＳＣ６１２１有２５６个用户编码，采用ＴＤＤ技术可以构成１２８个通信装置。若将其中一个用于作基站，则系统通信装置数目的最大值是１２７，这足以满足足球机器人通信要求。

２ 编码电路

    发射部分采用ＳＣ６１２１红外线遥控系统的专用芯片，它由振荡电路、定时发生器及控制电路、键盘输入扫描电路、键盘输入／输出扫描电路、码产生电路和输出控制电路等组成。振荡器产生一个固定频率（我们选用４５５ｋＨｚ）的信号，该信号经过定时发生器（１２分频）选通后，产生时钟脉冲和载频信号（固定频率为４５５ｋＨｚ时，是３８ｋＨｚ），其中时钟脉冲送往码产生电路；载频信号则送往输出控制电路，码产生电路输出的指令码被调制在此载频信号上，此信号再经缓冲放大器放大后从集成电路内输出。输出信号去激励晶体管（８５５０），从而控制流向红外线发光二极管（ＰＨ３０３）的电流。当红外线发光二极管（ＰＨ３０３）有正向电流流动时，就向外发射红外线，进而达到发射编码的目的。ＳＣ６１２１的输出波形参见图２。

    从图２可以看出，ＳＣ６１２１所发射的一帧码含有一个引导码，１６位的用户编码和８位的键数据码。键数据码的反码也同时被传送。引导码由一个９ｍｓ的载波波形和４．５ ｍｓ的关断时间构成，它作为随后发射码的引导。这样，当接收系统是微处理器构成的时候，能更有效地处理码的接收、检测及各项控制之间的时序关系。ＳＣ６１２１芯片编码采用脉冲位置调制方式ＰＰＭ，利用脉冲之间的时间间隔来区分“０”和“１”。在８位编码被传送的同时，它们的反码也被传送，这样就大大减少了系统误码率。Ｍ５０４６２没有传送反码，因此，从这一点来看，ＳＣ６１２１比Ｍ５０４６２具有更高的可靠性。

    ＳＣ６１２１发送电路原理参见图３。从图３可以看到，基于ＳＣ６１２１芯片的红外线通信网络可以有２５６个用户编码，而Ｍ５０４６２最多只能有４个用户编码。由此可见，ＳＣ６１２１更适合网络通信。

３ 解码电路

    接收部分由ＰＨ３０２红外线接收管及前置放大电路ＫＡ２１８４组成，放大后的信号直接送往ＡＴ８９Ｃ５１单片机，由单片机进行软件解码。接收电路原理参见图４。

４ 解码软件

    根据图２中的②可以得到“０”代码脉冲间距为１．１２５ｍｓ，“１”代码脉冲间距为２．２５ｍｓ。这样通过ＡＴ８９Ｃ５１单片机的定时器可以很方便地得到解码。

    ＳＣ６１２１编码集成电路键数据码参见表１。

表1 SC6121矩阵键与键数据码关系

    我们用ＡＴ８９Ｃ５１单片机的定时器１定时，用ＡＴ８９Ｃ５１的１２脚作外部中断，通过软件解码得到键数据码后，再查表１，这样就可以分析出信息含义，从而实现软件解码。中断程序流程图参见图５。

    有了编码和软件解码后就可以实现通信了。基站通过编码将信息传送给足球机器人的通信装置，足球机器人通信装置通过软件解码得到信息内容。反过来也一样，足球机器人通信装置通过编码将信息发送出去，基站通过软件解码得到信息。足球机器人通信装置、基站以及信息的传输方向均通过ＳＣ６１２１芯片的用户编码来区分。