基于CC1110無線單片機的機器魚控制系統(tǒng)設計

　　3機器魚控制系統(tǒng)軟件設計

　　在機器魚控制系統(tǒng)中軟件設計采用模塊化設計，主要包括串口通信程序、無線通信程序、存儲器讀寫程序以及舵機驅(qū)動程序。

　　3.1串口通信程序設計

　　串口通信程序完成CC1110無線單片機與上位機PC的串行通信。串口接收數(shù)據(jù)采用中斷的方式，串口發(fā)送數(shù)據(jù)采用查詢的方式。串口收發(fā)程序流程圖如圖7所示。

　　圖7串口收發(fā)程序流程圖

　　在硬件設計中采用了CH341T串口轉(zhuǎn)換電路模擬串口，為了配合硬件的使用，需要在上位機中安裝驅(qū)動程序，驅(qū)動程序可以從南京沁恒電子有限公司網(wǎng)站上下載。

　　3.2無線通信程序設計

　　在設計無線通信程序前，需要配置CC1110的高頻部分，以確定無線收發(fā)器的收發(fā)頻率、發(fā)送功率、傳輸速率以及調(diào)制方式等。由于CC11 10高頻配置較為復雜，這里可以采用TI公司的SmartRF Studio軟件來進行配置。通過設置寄存器FREQ2、FREQ1和FREQ0將CC1110的收發(fā)頻率選擇在433MHz頻段;通過設置PA TABLE0將CC1110的發(fā)送功率設置為10dBm，這樣可以提高發(fā)射距離;由于該控制系統(tǒng)的指令數(shù)據(jù)量較小，可以選擇較低的傳輸速率，不僅可以提高傳輸距離，而且可以降低能耗;調(diào)制方式選擇2-FSK方式。

　　無線通信程序包括無線發(fā)送程序和無線接收程序兩部分。無線發(fā)送程序?qū)⒋l(fā)送的數(shù)據(jù)通過無線的方式發(fā)送出去，無線接收程序可以接收同頻率的發(fā)射機發(fā)送的數(shù)據(jù)。無線通信程序流程圖如圖8所示。

　　圖8無線通信程序流程圖

　　3.3指令發(fā)送端主程序設計

　　在機器魚控制系統(tǒng)的指令發(fā)送端，實現(xiàn)的功能包括串口收發(fā)數(shù)據(jù)和無線收發(fā)數(shù)據(jù)。指令發(fā)送端主程序流程圖如圖9所示。

　　圖9指令發(fā)送端主程序流程圖

　　指令數(shù)據(jù)無線發(fā)送以后，指令發(fā)送端開始等待接收指令執(zhí)行端反饋的數(shù)據(jù)。指令發(fā)送端接收到反饋數(shù)據(jù)后調(diào)用串口發(fā)送程序?qū)⒎答仈?shù)據(jù)發(fā)回到PC，將反饋數(shù)據(jù)與指令數(shù)據(jù)比對，如果反饋數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)一致，則認為指令數(shù)據(jù)發(fā)送成功，否則重新發(fā)送指令數(shù)據(jù)。如果長時間沒有接收到反饋數(shù)據(jù)，則重新發(fā)送指令數(shù)據(jù)。

　　3.4指令執(zhí)行端主程序設計

　　在機器魚控制系統(tǒng)指令執(zhí)行端，主要包含指令數(shù)據(jù)的接收、指令數(shù)據(jù)的反饋發(fā)送、存儲器的讀寫以及舵機的控制等。其中，舵機的控制是最為關鍵的部分。在控制舵機前要先對指令數(shù)據(jù)進行解析，計算出舵機的控制量。由于舵機采用級聯(lián)的方式來模仿魚體的擺動，因此舵機間關節(jié)的運動規(guī)律可以采用以下數(shù)學模型：

　　式中，Ka為振幅系數(shù)，Ki為偏斜系數(shù)，f為擺動頻率，φi為關節(jié)滯后角，Aimax為關節(jié)擺動幅度，t為時間。以上參數(shù)即為舵機的主要控制參數(shù)。在程序設計過程中，一般取Ka≤0.5，Ki、f、φi以及Aimax四個參數(shù)根據(jù)具體的速度指令和方向指令來計算出相應的控制量。指令執(zhí)行端主程序流程圖如圖10所示。

　　圖10指令執(zhí)行端主程序流程圖

　　4結束語

　　本文設計的機器魚控制系統(tǒng)通過了下水測試。在機器魚下水測試階段，利用串口調(diào)試助手對機器魚進行直接發(fā)送控制指令實驗，對機器魚的調(diào)直數(shù)據(jù)保存、直游以及轉(zhuǎn)彎進行了直接控制。測試結果表明，機器魚控制系統(tǒng)可以有效地接收上位機發(fā)送的指令數(shù)據(jù)，并執(zhí)行相關的動作，達到了較好的控制效果。同時，本文的研究設計工作為進一步研究設計自主機器魚以及多魚協(xié)作提供了較好的軟硬件設計基礎。