體感遙控器設(shè)計遭遇瓶頸？用STM32 MCU造！

摘要：介紹一種以ARM為核心的嵌入式服務(wù)機(jī)器人體感遙控器的設(shè)計。硬件上，本遙控器采用具有ARM Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103C8T6作為核心處理器，選用ST公司的iNEMO慣性導(dǎo)航模塊進(jìn)行手部姿態(tài)的識別，同時還具有LCD顯示模塊、無線收發(fā)模塊和電源模塊；軟件上，采用嵌入式操作系統(tǒng)μC／OS-II實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的調(diào)度和外圍設(shè)備的管理。經(jīng)實(shí)驗驗證，本遙控器具有高穩(wěn)定性、高實(shí)時性、高可靠性、低誤碼率等優(yōu)點(diǎn)。

　　引言

　　服務(wù)機(jī)器人作為多種高新技術(shù)發(fā)展成果的集成，為實(shí)現(xiàn)服務(wù)的目的，需要通過人性化、簡便、自然的方式進(jìn)行人機(jī)交互，傳統(tǒng)的按鍵式遙控器顯然不能滿足這種設(shè)計要求。目前，體感設(shè)備發(fā)展迅速，各類基于體感控制的裝置層出不窮。體感控制就是通過肢體動作變化來實(shí)現(xiàn)

　　控制，基于體感裝置的人機(jī)交互已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱門課題。

　　常見的無線遙控技術(shù)不外乎紅外遙控技術(shù)和無線電遙控技術(shù)。其中紅外遙控技術(shù)優(yōu)點(diǎn)就是帶寬大，但是需要較強(qiáng)的指向性，傳輸距離短，穿透能力差，功耗高；與之相比，無線電遙控技術(shù)無方向性，抗干擾能力和穿透能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，功耗低。因此，無線電遙控技術(shù)更加適合于智能家居、消費(fèi)類電子和機(jī)器人控制等領(lǐng)域。

　　本文以STM32F103C8T6作為主控制器，采用iNEMO慣性導(dǎo)航模塊、nRF24L01無線模塊和12864液晶顯示模塊。設(shè)計的嵌入式體感遙控器具有體積小、操作簡單、可靠性高、可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠較好地滿足對服務(wù)機(jī)器人可靠遙控的要求，具有較大的應(yīng)用推廣價值。

　　1 系統(tǒng)功能要求及整體架構(gòu)

　　1．1 基本功能要求

　?、倬邆鋵?shí)時準(zhǔn)確發(fā)送相應(yīng)控制指令的能力。根據(jù)手部姿態(tài)確定指令的內(nèi)容。

　?、诰邆浣邮諜C(jī)器人本體回傳數(shù)據(jù)包的能力。根據(jù)接收的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，進(jìn)而判斷本體接收的控制指令是否正確。

　?、劬邆洚?dāng)前指令和機(jī)器人當(dāng)前狀態(tài)信息的顯示能力。一方面將發(fā)送的控制指令在LCD液晶屏上予以顯示；另一方面根據(jù)機(jī)器人本體回傳的數(shù)據(jù)包，解析得出機(jī)器人的狀態(tài)，在LCD液晶屏上進(jìn)行顯示。

　?、芫邆潆姵仉娏繖z測和低壓報警功能。將剩余電量實(shí)時地顯示在LCD液晶屏上，當(dāng)電量不足時，通過蜂鳴器進(jìn)行報警提示。

　　1．2 系統(tǒng)整體方案及架構(gòu)

　　iNEMO慣性導(dǎo)航模塊的基本原理如圖1所示，利用MEMS傳感器和主控芯片STM32F103RET7提供動靜態(tài)方向和慣性測量功能。集成雙軸滾轉(zhuǎn)-俯仰陀螺儀（LPR430AL）、單軸偏航陀螺儀（LY330ALH）、6軸地磁測量模塊（LSM303DLH）、壓力傳感器（LPS001DL）和溫度傳感器（STLM75）5個意法半導(dǎo)體公司的傳感器，運(yùn)行一個AHRS姿態(tài)角運(yùn)算系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對姿態(tài)角的實(shí)時測量。

iNEMO慣性導(dǎo)航模塊的基本原理　　

　　本遙控器采用ST公司具有Cortex-M3內(nèi)核的ARM控制器STM32F103C8T6作為主控制器，采用ST公司的iNEMO慣性導(dǎo)航模塊進(jìn)行手部姿態(tài)檢測，采用nRF24L01無線模塊實(shí)現(xiàn)指令的發(fā)送和數(shù)據(jù)的接收，采用12864液晶顯示模塊對當(dāng)前控制指令、機(jī)器人當(dāng)前狀態(tài)和剩余電量予以顯示，采用LED和蜂鳴器實(shí)現(xiàn)提示和報警功能。遙控器軟件上使用μC／OS-II實(shí)時嵌入式操作系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時性內(nèi)核、任務(wù)管理、時間管理、通信與同步、內(nèi)存管理等功能。系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖2所