电力线载波通讯模块在机器人控制技术中的应用

1 引言
机器人控制中采用各种通讯手段。这些通讯手段可分为有线通讯与无线通讯。无线通讯的优点是不必配备专用的通讯电缆，设备各部分相互独立，配置灵活。缺点是抗干扰性能低，另外会对邻近设备造成无线电干扰，受无线电管制的约束。有线通讯可靠性高，但需配备专用的通讯电缆，提高了系统的设计与制造成本。近年来电力线载波通讯技术发展迅速，这为机器人控制提供了新的通讯手段。电力线载波通讯技术的特点^［２］是既有如RS485串行有线通讯方式的高可靠性，又不必专门铺设通讯电缆，而是利用现有设备的电力输电线。专用于电力线载波通讯的芯片很多，本系统采用美国Intellon公司的电力线载波通讯模块。Intellon电力线载波通讯模块的技术特点是^［１］：采用扩谱载波通讯技术，因此抗干扰能力很强，在环境恶劣的工业电缆上也能可靠地传输数据。模块与电力线间的耦合方式简化到只有一对双绞线。具有与EIA-600(CEBus)相兼容的通信总线标准，与主控制微处理器之间备有SPI高速传输接口、单5v电源，极易构成低成本的网络产品。因此Intellon电力线载波通讯技术特别适合在机器人控制技术中应用。尤其当机器人联网运行时其技术优势更为明显。
下面我们以Intellon公司的SSC(SpreadSpectrum Carrier) P200系列控制器(以下简称P200)为例介绍电力线载波通讯技术在机器人控制中的应用。
2 使用P200控制器构成电力线载波通讯模块
图l所示为使用P200控制器构成的电力线载波通讯模块。这是—个全双工的网络传输器。在发送模式下工作时，主控制处理器Host首先通过SPI接口把待传输的数据块高速地传输到P200的中央处理器DLL Microprocessor。DLL中央处理器把数据经D／A转换成模拟量，由功率放大器AMP的放大后，经前置滤波处理，滤掉对电网产生干扰的谐波成份，再耦合到电力线上去。虽然输入与输出信息公用一根电力线，但由于AMP功率放大器有三态门控制开关，不会与输入信号发生线路冲突。在接收模式下，传输信号通过电力线耦合进入P200模块，首先经带宽滤波器滤掉干扰信息，然后进入P200，在芯片内部经功率放大器Amp放大后，A／D转换成数字量，进入P200模块的中央处理器DLL。DLL中央处理器由SPI接口高速地把数据块传入主控制处理器Host进行分析处理。

3 P200数据传输软件介面设计
本文中P200模块完成一个标准数据块的双向传输任务，为此设计了专用的数据传输软件介面，如表1所示，这个软件介面由59个字节的寄存器数据结构组成。这个数据结构共有7个部分，各部分的主要功能如下表：

3．1 层配置信息
占用7个字节，规定了系统的工作模式以及最大重新启动次数。
3．2 传输介面标志信息
字节只读寄存器，寄存的标志信息反映如下事实：
·一个数据包已收到或接收出现意外。
·一个发送过程已完成或传输出现意外。
·物理层错误或主机传输介面出错。
·设备的复位状态
3．3 控制寄存器
2字节只写寄存器，提供如下控制信息：
·确定主机忙闲与否；
·是否忽略掉一个数据包的接收过程；
·控制一个数据包的接收过程。
3．4 状态寄存器
只读寄存器,共6个字节。寄存上次数据包传输状态，P200的设备型号与版本号。
3．5 数据通道控制寄存器
只写1字节寄存器。确定数据通道建立最短时间。
3．6 数据接受状态寄存器
1字节只读寄存器，确定接受数据时物理层检测失败的错误类型。
3．7 数据包
数据包由一个头文件和待发送的信息组成。头文件包含控制场和地址场。控制场包含控制接收或发送信息时的控制指令。地址场包括了数据包的地址信息。
值得注意的是，P200数据传输软件介面是由主控制微处理器Host Micro下载的，由于P200内部寄存器的易失性每次上电时，主控制微处理器Host Micro都必须对P200重新下载安装一次软件介面。
4 使用P200控制器构成的电力线载波通讯模块在壁面清洗爬壁机器人系统中应用
图2为我校研制的爬壁清洗机器人，其主要由机器人本体，控制系统，清洗机构，地面控制器，保险与卷扬升降控制系统构成。其基本工作原理是：由地面控制器向本体控制器发出指令，机器人本体上的高速风机起动，产生较强吸附力，使机器人本体安全可靠地吸附在工作壁面上。然后驱动两套交流伺服电机，带动车轮使机器人在玻璃、瓷砖等壁面上快速移动，同时清洗机械开始工作完成相应清洗任务。在本体快速移动同时，卷扬升降系统也在地面控制器作用下相应升降运动，使保险悬挂机构与机器人本体随动。