【讨论】大家讨论一下这个机器人电路构建方式的利弊

gxlujd

一款功能比较完善的机器人，必然涉及很多功能电路，8位单片机由于受IO数量、运算速度、处理能力等各方面影响，很难在一片单片机的电路里，处理那么多的任务。在这种情况下，如果能像结构化编程那样，将各个典型功能电路做成标准模块，然后在主控CPU的协调下分工合作，就可以比较好的解决以上问题，于是设想了以下电路构建方式：









以上各个功能电路板分别由一片低端单片机负责管理，任务管理的主CPU则稍微使用高级一些的，大家在主CPU的统一协调下工作，通过SPI或I2C互连总线，达到数据的双向传输。而在总线中传输的数据，均为主CPU的主控指令和各子CPU返回的数据，这样就把很多需要实时处理数据的工作分配到各个功能模块的子CPU中，减轻主CPU的负担，避免主CPU任务繁重和端口复用带来的各种问题。



这样子做的好处是：

1、整个机器人电路结构清晰明了、利于学习和使用，也方便故障定位和维修。



2、任务分担，各CPU不用在连续满负荷的状态下工作，提高稳定性和实时响应程度。



3、电路自由搭配，按需安装，未来扩展功能很方便。



4、写程序简单方便，各个功能模块程序单独写，避免程序庞大累赘，便于修改调试。



对比单CPU形式的结构，目前考虑到可能带来的不便是：

1、板子多了成本增加。



2、总线连线要求比较高，必须避免断路或接触不良，这样相对单CPU来说也牺牲了一定的稳定性。



3、编程除了要考虑单个功能模块的工作以外，还要重点写好主CPU的任务管理和协调机制，在预防总线竞争和优先权裁决机制上要十分完善，对写程序的人要求较高。





不尽之处，请大家讨论指点，谢谢！

lionmilk

记得国外有个开源的项目是用的这种设计。我比较喜欢这个设计，当然我对于这方面是外行。

kissme

模块化设计是最好的方式。

用i2c确实是跟方便，但是对于数量多了不知道抗干扰如何，速度够不够。

如果全用总线方式连接。那变得io口剩余过多？是不是可以把一部分放到主芯片上

比如电机的控制（因为写程序起来比较方便）驱动部分电路就单独做一块，其他一些需要数据量比较大的用并口或其他。

小模块就用i2c。

在就是板子多了，到时候固定起来是不是成另一个问题。会不会变成好几层。

gxlujd

方框图上表示的只是一个大致原理而已，如果实际制作，一般是不需要那么多板子的，可以把一些功能按照IO数量分配和CPU的处理强度来结合在一起，尽量缩减到3块板子左右为好，比如电机驱动板子里没用到定时器还可以用来产生38K红外调制信号等，需要好好的计划安排一下，太多CPU和板子不但浪费，还加重了编程的负担，降低稳定性。

barrin

电子设计竞赛的时候我们是这样做预先准备的，这里提供一点经验：

最好不要用i2c等协议，麻烦……有时候真的调死你，因为很多卖的模块的i2c都不是标准的，虽然你看着都是i2c但就是不能挂在一个总线上。个人推荐就用最常用的那个串口，什么片子都有，小模块弄个2051就搞定了。我们做的试验，一个16作主，把输出接到从的输入上（直接连上，什么都不要），把从的输出一起接到16的输入上，这样1带7（有16有51也有2051）没有出现问题，

另外一个问题就是通讯方面的了，假如你想只有主机能发起通讯的话很好办，总线上肯定不会发生冲突。但这样必然加大了主机的负担，要不断的询问各个从机才可以。假如要让从机可以发起通讯（感觉上象中断那样，一旦这个传感器发现XXX，就发起一个通讯给主机）就要考虑冲突的问题了，要有一个避让算法。我们当时设计的是在检测到冲突时，每个从机延迟一个特定的时间（地址号*基本时间），这样在从机不多（20个以内吧）不会造成太大的延迟，而且很好实现。同时你可以让重要的东西放在低地址上，可以优先响应。

其余的就没有什么了，另外说一点，和各个模块通讯的协议应该一样，不要给这个模块的启动是0xf0，那个又是0x55了，应该让主机尽量工作在一个不知道它是什么也可以的状态下。

barrin

另外固定方面的问题我有一个很不正规的做法：用口袋装，塑料袋就绝缘，不会短路，然后把线引出来就可以了~弄个口袋放车后面也不是不行：）

gxlujd

谢谢barrin的经验共享，想问一下的是：如果每块板子我都用AVR的I2C接口，会有连接不上总线的问题吗？使用I2C总线我并不是想直接使用市面上的I2C接口的传感器和现成模块，还是要一片低端AVR来处理数据和跟总线连接的。

barrin

这样成本不说，板子大小就是问题啊~16比2051大不少呢~

另外16的i2c我调过，可能是技术原因，有时候不稳定（连了N个以后），所以我放弃了这个想法~

另外一个我用串口的理由是这样可以直接和上位机连，当个从机直接挂在总线上比较方便~~

当然i2c的话寻址什么的就可以不用从新做了~也不错~

gxlujd

节约成本的话可以用M8或M48系列做从机板的主控，而主机板可用M16或M32都可以啊，用贴片的倒可不必在乎板子大小了，至于总体成本，我想会比市面上动则上千、几千大洋的东西性价比要高很多，毕竟一片M8也用不着几个钱。

gxlujd

主CPU可以考虑使用高端的AVR，至于各个子板部分的CPU，用上M16都算浪费了，呵呵。刚才规划了一下电机驱动和运动反馈部分的子板，M8都绰绰有余，还要考虑一下结合更多的功能进来才算物尽其用。

kissme

用m8可能是不够。除非非常小的系统。我现在用的就轮子编码红外左右避障，舵机，1602,l298n,按纽，就已经到极限了。了只留了4个ad口备用

hongqi

建议用CAN现场总线，速度快、连接简单、无数据传输冲突、占据空间也很小、技术成熟。