基于PTR6000的足球机器人无线通信系统的设计

摘要：无线通信系统是足球机器人闭环控制系统的一个重要组成部分，上位机与机器人小车的通信通过无线通信模块来实现。提出一种基于PTR6000的足球机器人无线通信系统方案，包括发射器和接收器的硬件和软件的设计及实现，有效地提高了通信系统的性能，为足球机器人系统提供了一个高效可靠的通信平台。
关键词：足球机器人；无线通信；PTR6000；DSP2407

0 引言
小型机器人足球融合机械设计、自动控制、无线通信、图像识别、智能体设计等多项技术，已成为机器人研究领域中的一个十分引人注目的热点。机器人足球比赛系统是一个闭环控制系统，它一般由决策、机器人小车、视觉和无线通信四个子系统组成。其中，无线通信系统是衔接主机和底层机器人之间联系的不可缺少的一环，其主要任务是将决策系统的控制命令实时准确地传送给每个机器人，机器人按照决策系统的指令做出相应的动作，其通信性能好坏，将严重影响机器人的运动和比赛的顺利进行。由于机器人足球比赛是一个动态、快速的实时系统，要求无线通信系统有较高的通信速率、稳定性和抗干扰性。另外，通信模块的大小也要适应足球机器人小车小型化的要求。因而，开发出通信速率高、集成度好、可靠性高、抗干扰能力强的无线通信系统对于赢得比赛具有重要的意义。本文为提高通信系统的性能，设计开发了一种基于PTR6000的高速无线通信系统。

1 足球机器人无线通信机理及通信硬件的选用
根据比赛规则，主机和机器人小车之间的通信采用无线方式，且两支球队的无线频道不同。无线通信系统负责将主机决策机构形成的控制命令通过计算机控制串行数据输出至无线发射器，经调制后发射出去，机器人小车上的接收模块解调出无线信号上所载的命令信息，然后传送给车载微处理器进一步处理，各机器人必须根据自身的程序去筛选属于自己的命令信息。
作为无线通信的空中接口，通信芯片的选型会直接影响到系统通信的高效性和可靠性。根据本系统对无线通信装置提出的频率可选、通信速率高、性能可靠、体积小等要求，本系统选定挪威Nordic公司nRF2401芯片的PTR6000模块作为无线数据收发模块。其工作在全球开发的2．4 GHz ISM频段，通信速率高达2 Mb／s，有125个频道，满足多频及跳频需要；另外半双工无线收发一体，因而通信方式比较灵活；体积小，所需外围元件少，接口电路简单，因此特别适合于足球机器人小型化的要求；可直接连接单片机串口，也可接PC机RS 232串口，软件编程非常方便；抗干扰能力强；功耗小。

2 无线通信系统硬件电路的设计
2．1 发射器的设计
在无线发射器中，核心部件采用了AT89LS52单片机和PTR6000的超高频无线收发模块，配合电平转换电路及逻辑电路而成，其电路图如图1所示。从图中可以看出，AT89LS52的RXD口接收来自PC机的数据信号，通过对PTR6000的初始化，使它工作在发射状态，ShockBurst模式定义数据包格式，同时通过CE，CLK和DATA三线接口将数据发射出去，实现数据的发送。

由于PC机串口采用RS 232电平，而无线通信模块PTR6000以及单片机AT89LS52均使用TTL／CMOS电平，所以要进行电平转换。本系统中采用MAX232芯片，它是一种电平转换芯片，可以将TTL转换为RS 232，或将RS 232转换为TTL，能满足单片机或普通计算机的通信电平转换要求。