TMS320F2812在足球機(jī)器人上的應(yīng)用

;;;;;;;;摘要：介紹了RoboCup小型組足球機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及其底層控制系統(tǒng)的性能要求，詳細(xì)闡述了TMS320F2812作為主控芯片在足球機(jī)器人底層控制中的地位及其在通訊、電機(jī)控制、帶球和擊挑球控制等方面的具體應(yīng)用。;;;;;;;;關(guān)鍵詞：TMS320F2812 足球機(jī)器人 控制系統(tǒng);;;;;;;;機(jī)器人研究是近年來國際上一個(gè)極為活躍的研究方面，涉及了模式識(shí)別、人工智能等眾多學(xué)科。RoboCup小型組（也稱F180組）足球機(jī)器人對(duì)抗賽是國際上近些年興起的機(jī)器人足球比賽項(xiàng)目，國內(nèi)高校參加該項(xiàng)目比賽僅有兩三年的歷史。該項(xiàng)比賽涉及到機(jī)械設(shè)計(jì)、理論力學(xué)、嵌入式系統(tǒng)與傳感器、無線通訊、控制理論、模式識(shí)別、人工智能等多種學(xué)科和技術(shù)的交叉與融合，具有較大的難度和挑戰(zhàn)性。;;;;;;;;機(jī)器人足球競(jìng)賽本質(zhì)上是決策和車體性能的競(jìng)賽。由于小型組機(jī)器人足球比賽涉及到實(shí)際機(jī)器人的設(shè)計(jì)和控制，所以車體性能在其中占據(jù)著尤為重要的地位。而其底層控制的好壞又決定著車體機(jī)械性能是否能夠得到充分發(fā)揮。顯而易見，作為底層控制“大腦”的主控芯片在其中起著至關(guān)重要的作用。近年來，隨著比賽對(duì)機(jī)器人各項(xiàng)性能指標(biāo)要求的逐年提高以及機(jī)器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的逐步增加，主控芯片的負(fù)擔(dān)越來越重，大多數(shù)機(jī)器人足球隊(duì)伍都在不斷地提高主控芯片的檔次以適應(yīng)越來越激烈的國際競(jìng)爭。本文將把TMS320F2812芯片具體應(yīng)用到足球機(jī)器人上。1 芯片介紹;;;;;;;;TMS320F2812是TI公司2003年正式推出的32位定點(diǎn)DSP，是目前用于工業(yè)控制和機(jī)器人控制等領(lǐng)域中的最當(dāng)檔的DSP之一。該芯片性能優(yōu)越，比起TMS320LF2407A來講，各項(xiàng)性能指標(biāo)都有了顯著的提高；該芯片資源非常豐富，可大大簡化外圍電路設(shè)計(jì)。其主要資源和性能性標(biāo)如下：（1）高主頻，即150MHz的主頻。（2）低功耗，1.8V和3.3V供電。（3）128K內(nèi)部FLASH，18K內(nèi)部SARAM，可外擴(kuò)1M存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器是統(tǒng)一編址的，其尋址空間達(dá)4M。（4）中斷資源豐富，可支持45個(gè)外設(shè)級(jí)中斷和3個(gè)外部中斷。提取中斷向量和保存現(xiàn)場(chǎng)只需9個(gè)時(shí)鐘周期，響應(yīng)迅速。（5）擁有雙事件管理器EVA和EVB，控制更加靈活。（6）擁有兩個(gè)SCI口和一個(gè)SPI口，增加了數(shù)據(jù)緩存功能；傳輸頻率可達(dá)MHz量級(jí)。此外串行通訊模塊還包括增強(qiáng)的eCAN總線和新增的McBSP，能足夠多種通訊的需要。（7）16個(gè)通道的12位A/D接口可靈活設(shè)置采樣方式。（8）可使用多達(dá)56個(gè)可編程且可復(fù)用的I/O口。（9）擁有三個(gè)系統(tǒng)級(jí)定時(shí)器和兩個(gè)屬于事件管理器的定時(shí)器。2 TMS320F2812在小型足球機(jī)器人上的使用2．1 車體控制電路的性能要求;;;;;;;;基于前兩層機(jī)器人足球隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)今國際強(qiáng)隊(duì)的現(xiàn)狀，新一代機(jī)器人在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了很大改進(jìn)，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：四個(gè)單排萬向輪、擊球機(jī)構(gòu)、挑球機(jī)構(gòu)以及帶球機(jī)構(gòu)。機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)如圖1所示。;;;;;;;;以上改進(jìn)使得新車體在結(jié)構(gòu)上有了速度快、可控性好和功能全等特點(diǎn)。為了充分發(fā)押車體的性能，同時(shí)達(dá)到高速運(yùn)動(dòng)時(shí)較高的控制精度，對(duì)車體的控制電路，尤其是對(duì)在底層控制中起“大腦”作用的主控芯片提出了相應(yīng)的要求，主要有以下幾點(diǎn)：（1）保證了與上位機(jī)通訊的可靠性和及時(shí)性。（2）擊球和挑球的可控性。使用升壓電路增加擊挑球的力度；為了達(dá)到傳球和控制挑球落點(diǎn)的效果，要求對(duì)放電時(shí)間可控，初步預(yù)計(jì)應(yīng)精確到0.1ms。（3）帶球電機(jī)的可控性。借以增加帶球的穩(wěn)定性，適應(yīng)不同的實(shí)際情況。（4）保證車體高速運(yùn)動(dòng)下的可控性，這一點(diǎn)是最重要的。由于采用了新的機(jī)械和動(dòng)力結(jié)構(gòu)，車體最高實(shí)際速度超過3m/s，有可能出現(xiàn)打滑情況，所以上層控制大約為每120ms進(jìn)行一次校正。為了保證精度，必須在底層對(duì)車體進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，所以在硬件上使用碼盤和加速度傳感器作為反饋元件，在軟件上使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定系統(tǒng)參數(shù)，這樣對(duì)主控芯片的運(yùn)算能力就提出了較高的要求。（5）提供必要的自檢手段和狀態(tài)標(biāo)志以及