基于PC104的能移動(dòng)機(jī)器人人機(jī)界面設(shè)計(jì)

移動(dòng)機(jī)器人人機(jī)界面為移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制提供直觀的路徑圖形、運(yùn)動(dòng)速度和角度、障礙物信息等。通過(guò)ARM2210的串口UART0接收中心處理器PC104的運(yùn)動(dòng)信息，利用東芝公司的液晶控制器T6963C驅(qū)動(dòng)STN液晶屏YL240128A，以及ZLG/GUI軟件包提供的基本繪圖和菜單操作函數(shù)設(shè)計(jì)了基于嵌入式系統(tǒng)ARM2210開(kāi)發(fā)板的移動(dòng)機(jī)器人人機(jī)界面，并利用ARM2210的I2C器件ZLG7290提供的I2C接口功能和鍵盤中斷信號(hào)實(shí)現(xiàn)菜單選擇，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

嵌入式系統(tǒng)以其高性能、低功耗、低成本的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在很大程度上改變了人們的生活。如，MP3播放器、智能手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)產(chǎn)品等已經(jīng)滲入人們生活的各個(gè)方面。隨著液晶顯示技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及圖形用戶界面GUI (Graphical User Interface)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人機(jī)界面也越來(lái)越友好。它能為移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制提供直觀的路徑圖形、數(shù)據(jù)參數(shù)等。本文介紹了一種以嵌入式微處理器LPC2210為基礎(chǔ)，應(yīng)用ZLG/GUI軟件包設(shè)計(jì)移動(dòng)機(jī)器人人機(jī)界面的方法。

我們?cè)O(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的智能移動(dòng)機(jī)器人是一個(gè)以PC104嵌入式微機(jī)為中心處理器， TMS320F2812為運(yùn)動(dòng)控制器，超聲波傳感器作為避障的集合環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)，主要包括運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、電子信息系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)。它通過(guò)CCD攝像機(jī)和圖像采集卡獲得視頻信息，并通過(guò)超聲波傳感器組測(cè)得前方障礙物距離實(shí)現(xiàn)避障。移動(dòng)機(jī)器人的人機(jī)界面主要向用戶展示移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)信息，如當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)速度、與前方障礙物的距離以及行駛的軌跡。

ARM221O的基本組成

ARM221O以PHILIPS公司ARM7TDMI-S微控制器LPC2210為核心，以支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的嵌入式系統(tǒng)。LPC2210的CPU頻率最大為60MHz，并且擴(kuò)展了豐富的外圍設(shè)備接口，使系統(tǒng)穩(wěn)定性大大提高，開(kāi)發(fā)也更簡(jiǎn)單。圖1是ARM2210的系統(tǒng)框圖。

由于該系統(tǒng)包含了RS232轉(zhuǎn)換電路，可通過(guò)UART0與上位機(jī)PC104進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)還包括東芝公司的點(diǎn)陣式液晶控制器T6963C，擴(kuò)展了液晶接口，同時(shí)提供了LED數(shù)碼管顯示和16個(gè)按鍵輸入，因此開(kāi)發(fā)人機(jī)界面非常方便。

人機(jī)界面的硬件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)傳輸

PC104的串行口可以作為標(biāo)準(zhǔn)PC的COMl通信口或擴(kuò)展為控制臺(tái)串行口，用于鍵盤輸入和顯示終端輸出或計(jì)算機(jī)之間的串行輸入/輸出口。

ARM2210的UART0具有16字節(jié)接收和發(fā)送FIFO；寄存器位置符合550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；接收器FIFO觸發(fā)點(diǎn)可為1, 4, 8和14字節(jié) ；內(nèi)置波特率發(fā)生器 。

移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)信息通過(guò)TI公司DSP控制器TMS320F2812以及超聲波傳感器等傳送至嵌入式微機(jī)PC104，再經(jīng)過(guò)PC104作信息融合后，通過(guò)串口傳給ARM2210并由液晶屏顯示。

液晶顯示及菜單選擇

東芝公司的液晶控制器T6963C具有獨(dú)特的硬件初始化設(shè)置功能，最大驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣液晶為單色640*128(單屏)，支持圖形和文本單獨(dú)顯示和混合顯示，并具有字符發(fā)生器，能滿足對(duì)移動(dòng)機(jī)器人人機(jī)界面的顯示要求。圖2為內(nèi)置T6963C的240*128點(diǎn)陣圖形液晶模塊原理圖。

另外， ARM2210系統(tǒng)中配備了I2C器件ZLG7290以及16個(gè)按鍵。ZLG7290提供了I2C串行接口和按鍵中斷信號(hào)，方便與處理器連接；并且能驅(qū)動(dòng)8位共陰數(shù)碼管或64只獨(dú)立的LED和64個(gè)按鍵，8個(gè)功能鍵可檢測(cè)任一鍵的連擊次數(shù)。

本系統(tǒng)選用點(diǎn)像素為240*128點(diǎn)、黃綠顯示的STN液晶屏YL240128A作為人機(jī)界面顯示屏；用ARM2210系統(tǒng)16個(gè)按鍵中的S11、S12、S13作為輸入部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)人機(jī)界面的選擇操作。

人機(jī)界面的軟件設(shè)計(jì)

移動(dòng)機(jī)器人人機(jī)界面的關(guān)鍵是菜單操作，以及圖形和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。GUI是用于提高人機(jī)交互友好性、易操作性的計(jì)算機(jī)程序，它是建立在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)上的產(chǎn)物。人們不再需要死記硬背大量的命令，而是通過(guò)窗口、菜單方便地進(jìn)行操作。由于嵌入式系統(tǒng)的資源有限，所以對(duì)GUI 的要求是可裁剪的，高速度的。ZLG/GUI 是由周立功公司開(kāi)發(fā)的，占用資源小、使用方便的嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)易的圖形用戶界面軟件。ZLG/GUI 提供了最基本的畫點(diǎn)、線、圓形、圓弧、橢圓形、矩形、正方形、填充等功能，較高級(jí)的接口功能有ASCII 顯示、漢字顯示、圖標(biāo)顯示、窗口、菜單等，支持單色、灰度、偽彩、真彩等圖形顯示設(shè)備。因此，利用ZLG/GUI軟件包能夠滿足對(duì)移動(dòng)機(jī)器人人機(jī)界面的設(shè)計(jì)要求。

數(shù)據(jù)傳輸

接收上位機(jī)PC104發(fā)送的數(shù)據(jù)時(shí)，使能UART0的FIFO進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送/接收，接收采用中斷處理方式。其中，UART0的串口模式和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)置為：通信波特率9600，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位,無(wú)奇偶校驗(yàn)。其主要程序如下：

/*定義串口模式及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)*/
typedef struct Uart0Mode
{ uint8 datb; // 字長(zhǎng)度
uint8 stpb; // 停止位
uint8 parity; // 奇偶校驗(yàn)位
} UART0MODE;
/*初始化串口*/
uart0_set.datb= 8; // 8位數(shù)據(jù)位
uart0_set.stpb = 1; // 1位停止位
uart0_set.parity = 0; // 無(wú)奇偶校驗(yàn)UART0_Ini(9600, uart0_set); // 初始化 模

/*串口UART0接收中斷*/
void __irq IRQ_UART0(void)
{ uint8 i;
if( 0x04==(U0IIR0x0F) ) rcv_new = 1; // 置新數(shù)據(jù)標(biāo)志
for(i=0; i8; i++)
{ rcv_buf[i] = U0RBR; // 讀FIFO數(shù)據(jù)，清除中斷標(biāo)志}
VICVectAddr = 0x00; // 中斷處理結(jié)束
}