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。
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。
参考文献
1 王义玉.红外探测器.北京：兵器工业出版社，1998
2 冯克成.红外光学系统.北京：兵器工业出版社，1994