TMS320F2812在足球機器人上的應用

;;;;;;;;摘要：介紹了RoboCup小型組足球機器人的結構及其底層控制系統的性能要求，詳細闡述了TMS320F2812作為主控芯片在足球機器人底層控制中的地位及其在通訊、電機控制、帶球和擊挑球控制等方面的具體應用。;;;;;;;;關鍵詞：TMS320F2812 足球機器人 控制系統;;;;;;;;機器人研究是近年來國際上一個極為活躍的研究方面，涉及了模式識別、人工智能等眾多學科。RoboCup小型組（也稱F180組）足球機器人對抗賽是國際上近些年興起的機器人足球比賽項目，國內高校參加該項目比賽僅有兩三年的歷史。該項比賽涉及到機械設計、理論力學、嵌入式系統與傳感器、無線通訊、控制理論、模式識別、人工智能等多種學科和技術的交叉與融合，具有較大的難度和挑戰(zhàn)性。;;;;;;;;機器人足球競賽本質上是決策和車體性能的競賽。由于小型組機器人足球比賽涉及到實際機器人的設計和控制，所以車體性能在其中占據著尤為重要的地位。而其底層控制的好壞又決定著車體機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重要的作用。近年來，隨著比賽對機器人各項性能指標要求的逐年提高以及機器人結構復雜性的逐步增加，主控芯片的負擔越來越重，大多數機器人足球隊伍都在不斷地提高主控芯片的檔次以適應越來越激烈的國際競爭。本文將把TMS320F2812芯片具體應用到足球機器人上。1 芯片介紹;;;;;;;;TMS320F2812是TI公司2003年正式推出的32位定點DSP，是目前用于工業(yè)控制和機器人控制等領域中的最當檔的DSP之一。該芯片性能優(yōu)越，比起TMS320LF2407A來講，各項性能指標都有了顯著的提高；該芯片資源非常豐富，可大大簡化外圍電路設計。其主要資源和性能性標如下：（1）高主頻，即150MHz的主頻。（2）低功耗，1.8V和3.3V供電。（3）128K內部FLASH，18K內部SARAM，可外擴1M存儲器。存儲器是統一編址的，其尋址空間達4M。（4）中斷資源豐富，可支持45個外設級中斷和3個外部中斷。提取中斷向量和保存現場只需9個時鐘周期，響應迅速。（5）擁有雙事件管理器EVA和EVB，控制更加靈活。（6）擁有兩個SCI口和一個SPI口，增加了數據緩存功能；傳輸頻率可達MHz量級。此外串行通訊模塊還包括增強的eCAN總線和新增的McBSP，能足夠多種通訊的需要。（7）16個通道的12位A/D接口可靈活設置采樣方式。（8）可使用多達56個可編程且可復用的I/O口。（9）擁有三個系統級定時器和兩個屬于事件管理器的定時器。2 TMS320F2812在小型足球機器人上的使用2．1 車體控制電路的性能要求;;;;;;;;基于前兩層機器人足球隊的經驗和當今國際強隊的現狀，新一代機器人在結構上進行了很大改進，主要表現在以下幾點：四個單排萬向輪、擊球機構、挑球機構以及帶球機構。機器人主體結構如圖1所示。;;;;;;;;以上改進使得新車體在結構上有了速度快、可控性好和功能全等特點。為了充分發(fā)押車體的性能，同時達到高速運動時較高的控制精度，對車體的控制電路，尤其是對在底層控制中起“大腦”作用的主控芯片提出了相應的要求，主要有以下幾點：（1）保證了與上位機通訊的可靠性和及時性。（2）擊球和挑球的可控性。使用升壓電路增加擊挑球的力度；為了達到傳球和控制挑球落點的效果，要求對放電時間可控，初步預計應精確到0.1ms。（3）帶球電機的可控性。借以增加帶球的穩(wěn)定性，適應不同的實際情況。（4）保證車體高速運動下的可控性，這一點是最重要的。由于采用了新的機械和動力結構，車體最高實際速度超過3m/s，有可能出現打滑情況，所以上層控制大約為每120ms進行一次校正。為了保證精度，必須在底層對車體進行實時校正，所以在硬件上使用碼盤和加速度傳感器作為反饋元件，在軟件上使用神經網絡確定系統參數，這樣對主控芯片的運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)標志以及