引言— 移動功能回顧

在前面兩篇《如何制造足球機器人》文章中，我們主要圍繞機器人本體進行了硬件設計，而這次將以控制器為中心，開展軟件設計工作。在正式開始之前，先為大家回顧一下機器人如何實現移動功能的設計。

本體的移動采用三組名為“全向輪”的特殊輪胎，如下圖 (圖1) 所示。它們能夠支持垂直方向的移動，從而實現八個方向的移動控制。

操作上，利用英飛凌的 3D 磁傳感器設計了一個類似游戲機手柄的操縱桿，以控制機器人移動。此外新增三個按鈕，分別實現右轉、左轉和停止功能，使控制器具備共計 11 種移動控制選項。下圖 (圖2) 為控制器的外觀設計：

圖2 控制器外觀

控制器實現與控制原理

由于控制器需實現 11 種本體動作控制，因此每個條件使用 4 個 I/O 引腳向機器人本體發送信號。此外，當發送信號時，為了判斷動作是否與實際信號匹配，在機器人本體的四個角上安裝了指示燈，以便對應每種動作信號的反饋情況。輸入端口與反饋信號的對應關系如下表 (表1) 所示：

表1 控制器輸入端口與和反饋信號的關系

控制器與 3D 磁傳感器及微控制器 (MCU) 之間通過 I2C 通信協議進行信號傳遞，MCU 作為主控設備，3D 傳感器作為從設備，實現各類信號的交換。下圖 (圖3) 顯示了控制器工作的簡單流程圖：

圖3 控制器工作流程圖

一. 當控制器打開時，微控制器將寫入的 I2C 發送到 3D 傳感器以更改初始設置，如下圖 (圖4) 所示：

圖4 I2C 主寫入的波形

二. 通過移動操縱桿，MCU 接收來自 3D 傳感器的因操縱桿傾斜生成的 3 軸磁通密度數據，并使用 X 軸和 Y 軸把 3 軸磁通密度信息轉成操縱桿的角度 θ，如下圖 (圖5) 所示：

圖5 操縱桿和角度檢測

三. 當 MCU 向 3D 傳感器讀取數據時，使用 UART 進行調試，以便查看三個軸的磁通量密度和與磁通量密度對應的操縱桿角度 θ。

圖6 I2C 主寫入的波形

四. 根據計算出的角度 θ，MCU 通過無線通信將移動控制信號傳輸至機器人本體。五. 停止、左轉、右轉功能通過機械按鈕實現，優先級最高，可覆蓋其他狀態。

軟件設計

在本項目中，使用的 MCU 是英飛凌的 PSoC 系列，這款產品支持模擬/數字電路的靈活配置，具備高度可定制化的特點。下圖 (圖7) 為英飛凌 PSoC 組件示例圖：

圖7 英飛凌 PSoC 組件示例

總結

本文主要介紹了制造足球機器人中的軟件設計部分。