TMS320F2812在足球机器人上的应用

;;;;;;;;摘要：介绍了RoboCup小型组足球机器人的结构及其底层控制系统的性能要求，详细阐述了TMS320F2812作为主控芯片在足球机器人底层控制中的地位及其在通讯、电机控制、带球和击挑球控制等方面的具体应用。;;;;;;;;关键词：TMS320F2812 足球机器人 控制系统;;;;;;;;机器人研究是近年来国际上一个极为活跃的研究方面，涉及了模式识别、人工智能等众多学科。RoboCup小型组（也称F180组）足球机器人对抗赛是国际上近些年兴起的机器人足球比赛项目，国内高校参加该项目比赛仅有两三年的历史。该项比赛涉及到机械设计、理论力学、嵌入式系统与传感器、无线通讯、控制理论、模式识别、人工智能等多种学科和技术的交叉与融合，具有较大的难度和挑战性。;;;;;;;;机器人足球竞赛本质上是决策和车体性能的竞赛。由于小型组机器人足球比赛涉及到实际机器人的设计和控制，所以车体性能在其中占据着尤为重要的地位。而其底层控制的好坏又决定着车体机械性能是否能够得到充分发挥。显而易见，作为底层控制“大脑”的主控芯片在其中起着至关重要的作用。近年来，随着比赛对机器人各项性能指标要求的逐年提高以及机器人结构复杂性的逐步增加，主控芯片的负担越来越重，大多数机器人足球队伍都在不断地提高主控芯片的档次以适应越来越激烈的国际竞争。本文将把TMS320F2812芯片具体应用到足球机器人上。1 芯片介绍;;;;;;;;TMS320F2812是TI公司2003年正式推出的32位定点DSP，是目前用于工业控制和机器人控制等领域中的最当档的DSP之一。该芯片性能优越，比起TMS320LF2407A来讲，各项性能指标都有了显著的提高；该芯片资源非常丰富，可大大简化外围电路设计。其主要资源和性能性标如下：（1）高主频，即150MHz的主频。（2）低功耗，1.8V和3.3V供电。（3）128K内部FLASH，18K内部SARAM，可外扩1M存储器。存储器是统一编址的，其寻址空间达4M。（4）中断资源丰富，可支持45个外设级中断和3个外部中断。提取中断向量和保存现场只需9个时钟周期，响应迅速。（5）拥有双事件管理器EVA和EVB，控制更加灵活。（6）拥有两个SCI口和一个SPI口，增加了数据缓存功能；传输频率可达MHz量级。此外串行通讯模块还包括增强的eCAN总线和新增的McBSP，能足够多种通讯的需要。（7）16个通道的12位A/D接口可灵活设置采样方式。（8）可使用多达56个可编程且可复用的I/O口。（9）拥有三个系统级定时器和两个属于事件管理器的定时器。2 TMS320F2812在小型足球机器人上的使用2．1 车体控制电路的性能要求;;;;;;;;基于前两层机器人足球队的经验和当今国际强队的现状，新一代机器人在结构上进行了很大改进，主要表现在以下几点：四个单排万向轮、击球机构、挑球机构以及带球机构。机器人主体结构如图1所示。;;;;;;;;以上改进使得新车体在结构上有了速度快、可控性好和功能全等特点。为了充分发押车体的性能，同时达到高速运动时较高的控制精度，对车体的控制电路，尤其是对在底层控制中起“大脑”作用的主控芯片提出了相应的要求，主要有以下几点：（1）保证了与上位机通讯的可靠性和及时性。（2）击球和挑球的可控性。使用升压电路增加击挑球的力度；为了达到传球和控制挑球落点的效果，要求对放电时间可控，初步预计应精确到0.1ms。（3）带球电机的可控性。借以增加带球的稳定性，适应不同的实际情况。（4）保证车体高速运动下的可控性，这一点是最重要的。由于采用了新的机械和动力结构，车体最高实际速度超过3m/s，有可能出现打滑情况，所以上层控制大约为每120ms进行一次校正。为了保证精度，必须在底层对车体进行实时校正，所以在硬件上使用码盘和加速度传感器作为反馈元件，在软件上使用神经网络确定系统参数，这样对主控芯片的运算能力就提出了较高的要求。（5）提供必要的自检手段和状态标志以及