风林火山技术文档（程序部分）

系统架构

　　根据比赛规则，机器人可以遥控，也可以自动控制，考虑到搏击机器人面对的环境高度复杂，自动控制将是一个庞大繁复、任重道远的工程，故而我们一致认为机器人应主要依靠遥控，由人充当传感器和决策机构，机器人只负责将人的指令转换为具体的动作。
　　在遥控方案上，我们采用了许炎武的提议——放弃制作手柄，而以一台计算机作为遥控端（因此遥控端被命名为“许炎武”）。这要求“许炎武”具有与无线模块通信的能力。经过查找，我们发现nRF24L01的扩展产品nRF24LU1可以与计算机直接通信，但此款产品在中国境内无法买到，只好作罢。最后我们令“许炎武”通过串口输出信号，自己制作了一个ATmega16＋nRF24L01的电路板作为转发机构（因此被命名为“Skywalker”）。硬件结构基本解决，软件结构是：“许炎武”将人的指令进行初步翻译——将抽象的指令翻译为机器人上舵机状态的列表，通过串口传给Skywalker，Skywalker将信号原样发送出去。而在机器人上，有一块同样的nRF24L01负责接收无线信号，传送给ATmega16，然后再由ATmega16生成PWM波控制舵机（机器人端被命名为“bondsdancer”）。

实现细节
“许炎武”

　　涉及串口通信的部分由libserial库完成，相关内容请查阅libserial的文档。
　　“许炎武”共由三层构成。
　　上层对应xuyanwu.cpp，是程序的初始化和主循环。在主循环中，程序不断的读入一行字符，每行首字符即为指令的“名称”，主循环由此决定将调用哪一个翻译函数，并将此行的所有字符传递给对应的翻译函数，翻译函数可以在这些字符中提取参数。
　　中层对应translator.h和translator.cpp，提供了所有的翻译函数。每个翻译函数的模式都是生成一个舵机状态矩阵，矩阵的每一行表示某一时刻机器人上所有舵机的状态，由此决定了机器人在某一时刻的状态，而整个矩阵即完成了状态的转变，生成一个动作。矩阵的每个元素定为servo_cmd类型，包括id,alpha,speed三个成员。id表示舵机的号码；alpha对应舵机角度，但不是角度，而是由宏_(theta)生成的数值以及特殊值-1（表示“角度不变”），在bondsdancer章节详述；speed对应舵机运行速度，越大则舵机运行越慢，作用原理是将舵机的角度变换拆分为speed份，每10ms只变换1/speed，只有矩阵每一行的第一个元素的speed起作用，因为我们认为每个状态设定一个speed就够了。矩阵生成后传递给下层的cmds_sender，由cmds_sender负责编码并经串口发出，若串口或Skywalker发生故障，cmds_sender将返回false，同时会在标准输出提供错误信息。每个翻译函数都需在cmd_translators_init中注册到cmd_translators的某一个项。
　　下层对应basis.h和basis.cpp，提供了servo_cmd类型和cmds_sender。basis.cpp中维护着一个舵机状态列表，并试图与机器人上舵机的状态同步更新，由此可以在servo_cmd中设置特殊值表示“角度不变”。cmds_sender是下层的核心，它遍历矩阵的每一行，将一行中第一个speed及每一个alpha成员取出，编码后传递给libserial提供的写串口函数，再从串口读入同样的数据以校验，若写入失败、读入超时、读入数据与发送数据不符则尝试关闭串口重新打开，再读入表示无线模块发送成功与否的两个字节，若发送失败则再次发送，否则更新舵机状态列表，准备读入下一行。

Skywalker

　　Skywalker的结构最为简单，从USART读入固定长度的数据，分成两半。对每个“半份”，原样经USART发回给“许炎武”，再转发给nRF24L01，再将nRF24L01发送数据成功与否的标志一并发给“许炎武”。其中与nRF24L01和“许炎武”通信的函数均由一个库提供。

bondsdancer

　　在制作Skywalker的过程中，我们偶然发现11.0592Mhz的晶振可以通过TC0准确的定出10ms，这样TC1就可以拿来用于控制PWM波的产生，于是我们可以把2ms均分为2764.8份，而非250份，这样我们可以更精确的控制舵机角度，这就是“许炎武”中alpha值的由来。
　　当从无线模块读取到新的数据时，首先检验其是否为有效数据（判断是否能解码为一个新的舵机状态列表和speed），若为有效数据，bondsdancer将经过speed步逐步达到新的状态，否则丢弃。每一步耗时10ms，在10ms中，先根据原舵机状态和目标状态，生成当前舵机状态，然后分3次每次控制4个舵机。达到新的状态后，再次查询无线模块是否收到了新的数据。若无线模块没有收到数据，则以10ms为周期维持当前状态，并不断查询有无数据到达。

问题与解决方案

　　由于我们在bondsdancer中不是采用空循环让ATmega16空闲，而是直接将其转入睡眠模式，所以睡眠模式下ATmega16能否维持IO口电压就成了一个重要问题，好在经过实验，IDLE模式既可以维持IO口电压，又可以被时钟中断唤醒，唤醒时间仅6周期。
　　在制作Skywalker的过程中，我们发现使用16Mhz晶振的USART在115200bps下误码率极高，完全无可用性，后改为使用11.0592Mhz晶振，进而发现11.0592Mhz晶振可以用TC0定出10ms，于是我们所有的ATmega16都换用了11.0592Mhz晶振。
　　在调试Skywalker过程中，我们发现SPI始终无法正常工作，后仔细查看ATmega16的Datasheet，发现SS端口须定向为输出。
　　编写“许炎武”的过程中，我们发现居然无法一次性向串口发送多个字节。后多方查询，终于得知是CH341 USB到串口转换芯片的驱动有问题，导致若一次性向串口发送多个字节，则驱动将被置于挂起状态，于是暂时只好一个字节一个字节的向串口传送数据，最后我们买了更好的转换线，终于解决了这个问题。
　　在联合调试的过程中，我们发现nRF24L01并没有传说中那么神乎其神，丢包和误码时有发生，却无可奈何，只好在软件上加大了对意外的探测和处理力度。

心情文字

　　在调试无线模块的过程中，我们得到了周宇老师的热心而无私的帮助，在这里，我衷心感谢他。而无论是我取得突破还是遇到瓶颈、挫折之时（显然这种情况更多一些），队长陈凯、队友许炎武、杨言超都一如既往的支持我，并报以巨大的信任，愿上帝保佑我没有辜负他们。
　　人的一生，殊途同归，终点处的景观大抵无甚可看，反而是路上的风景让人留恋。无论我们的机器人最终能否勇夺三军，这个暑假都已经被我们珍贵的记忆充实。亲爱的朋友们，感谢你们陪我游览这个美丽的花园！