總體框圖：

設計要求：

設計一套符合上圖的上層通訊協議，可以完成上圖所有的任務。

OSI七層參考模型

應用層

表示層

會話層

傳輸層

網絡層

數據鏈路層

物理層

按照OSI7層協議模型，在此數據鏈路層和物理層已經通過異步串行通訊協議UART定義，所設計的上層通訊協議是基于UART的。

設計思路與框架：

由于數據鏈路層與物理層都已經定義，所以還須定義網絡層，傳輸層，會話層，表示層，應用層。

協議基本結構：

OSI七層模型多智能體協議模型功能說明

應用層控制層馬達控制，A/D轉換

表示層命令，數據格式協議

會話層規則層從機發言順序協議

傳輸層

網絡層主從機地址協議

數據鏈路層通訊層UART串口通訊協議

物理層

我將所構思的協議劃分為三層，既控制層，規則層和通訊層。控制層相對應的是OSI中的應用層和表示層，其作用是理解和執行命令，采集環境變量并傳回數據。規則層相對應的是OSI中的會話層，傳輸層和網絡層，其作用是確保網絡中沒有人同時發言，確保從數據到達正確的目的地。通訊層相當于OSI中的物理層和數據鏈路層，在這里使用了UART串口通訊協議，通過此確保字符被正確地發送和接收。

1．通訊層

通訊層是三層中最底層的一層。它是上面兩層協議的基礎。在這里我們使用UART串口通訊協議。協議的具體細節在VISUALBASIC和BASCOMAVR中都已經制定好，只須采用現成的函數即可實現通訊層的數據鏈路層。

我們通過上海桑博電子科技有限公司生產的STR-18型微功率無線通訊模塊來實現通訊層中的物理層。它通過無線方式來傳輸數據，使機器人可以靈活移動。

硬件連接方法為所有的子機RXD，TXD都并聯，上位機的RXD與所有子機的TXD連接，上位機的TXD與所有子機的RXD連接。這樣，上位機可以與所有的子機通訊，但是子機與子機之間不能直接通訊，需要經過上位機中轉后才能通訊，并且同時只能有一個子機發言。

2．規則層

規則層對應了會話層，傳輸層和網絡層三層，然而我們只需要實現網絡層和會話層。因為機器人為單進程系統，無須考慮將數據分發到指定進程的問題。

網絡層對機器人的地址作出了規定。上位機的地址為OxOO，子機的地址為0x01至OxFF。地址碼大小為00至FF，即支持255臺子機和1臺上位機。

網絡層把數據包的結構定義為：第一個字節是目的地址碼，第二個字節為發送機地址碼，最后一個字節為結束標志Chr(13)，中間為數據。數據中不可出現Chr（13），否則程序會誤認為數據包已經接收完成。

數據包結構示意圖

數據包接收完成，即接收到Chr(13)后，開始分析數據包。首先檢查數據包的第一個字節，若該字節與自身的地址碼相符，則繼續處理該數據包；若不同，則丟棄該數據包。

確認該數據包是屬于自己的以后，再把數據和發送地址交給控制層協議處理。

在子機和子機之間也要通訊的時候，上位機充當了一個數據中轉站的角色。當上位機接收到目標地址不為0x00的數據包時，則通過TXD把該數據包發送出去。

由于所有子機的TXD在同一條線上，如果有兩臺子機同時發送數據就會導致上位機無法正確接受數據，所以我們要通過協議來確保每時每刻最多只有一臺子機在發送數據。這就是會話層在此要解決的主要問題。

這里使用了主從結構，從機不主動發送數據，一切由上位機控制。當上位機想讓A機和B機發送數據時，上位機就對大家說“A，向我匯報情況”，然后A機說“我是A機，一切正常”，A說好后，上位機又說“B，向我匯報情況”，然后B機說“我是B機，一切正常”，通訊結束。

如果上位機說好“A，向我匯報情況”后，A機超過100MS沒有反映，則再次重復。若A機超過500MS沒有反映，則上位機就認為A機不正常，跳過A機詢問B機。

由于在數據包頭已經包含了目標地址碼，所以在命令子機發送數據時命令中無須再出現地址碼。我規定，“TALK*”為讓子機發送數據的命令。

上位機每次請求子機發言，都必須是在上一次通訊結束后才能開始下一次通訊。否則會引起總線沖突。同時詢問的次數必須考慮傳輸的波特率與子機的計算速度，否則會導致整體效率低下。

3．控制層

控制層為上層協議，主要任務是與環境，人交互和控制機械部分完成實際的任務。它是直接面對我們的一層協議。

控制層要完成的任務為：按命令控制馬達與舵機，采集傳感器數值并發送，采集人的決策或根據傳回的數據自動作出決策，協調各機器人的運動和任務分配等。

我規定，一條命令由兩個字節組成。第一個字節為設備代碼，第二個字節為狀態代碼。每個數據包可以包含多條命令，由于設備代碼只有256個，所以每個數據包的長度最多只有515字節，因此無須分割。

每個設備都有其自身獨立的設備代碼，并且設備狀態對其有實際的意義。由于狀態代碼為0-255，所以每個設備最多只能有256種狀態。因此PWM信號的精度最高只能為1/256。

當子機接收到了有效數據時，便將其第一條命令剝離，解釋，執行，然后再把第二條命令剝離，解釋，執行，直到全部命令都被剝離完。

上位機首先做出決策，例如“A往左，B往右”，然后分離為“A往左”和“B往右”，接著分離為“A的1號電機反轉，2號電機正轉”，“B的1號電機正轉，2號電機反轉”，最后分為2個數據包發送出去。