以ARM為核心的嵌入式體感遙控器設計

表1中除OSTaskStat和OSTaskIdle任務(wù)為系統自帶，其他8個(gè)任務(wù)均為用戶(hù)創(chuàng )建。其中：App_TaskStart為起始任務(wù)，系統運行后第一個(gè)建立的任務(wù)，其作用是為初始化系統時(shí)鐘和底層設備創(chuàng )建所有事件和其他任務(wù)；App_TaskAD任務(wù)監視電池電壓的變化，當電壓低于設定值Low Battery時(shí)，將啟動(dòng)蜂鳴器報警；App_TaskAHRS任務(wù)通過(guò)DMA不斷接收iNEMO慣性導航模塊數據，然后交由USART1接收緩沖區，實(shí)時(shí)獲得手部姿態(tài)信息；App_TaskCmd根據手部姿態(tài)信息轉化為機器人運動(dòng)指令，然后按照制定的通信協(xié)議通過(guò)nRF24L01無(wú)線(xiàn)模塊將指令數據包發(fā)送出去；App_TaskData任務(wù)在每發(fā)送一次指令數據包后，通過(guò)nRF24L01無(wú)線(xiàn)模塊接收機器人本體回傳的運動(dòng)狀態(tài)信息包；App_TaskLCD任務(wù)實(shí)現運動(dòng)指令、機器人運動(dòng)狀態(tài)、電池電量、實(shí)時(shí)時(shí)鐘在12864液晶顯示模塊上的顯示；App_TaskLED_B任務(wù)通過(guò)LED指示遙控器上的主控芯片與iNEMO慣性導航模塊、遙控器與機器人是否通信正常，當電池電量過(guò)低時(shí)，通過(guò)蜂鳴器進(jìn)行報警；App_TaskClock任務(wù)得到DS1302的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，通過(guò)消息郵箱App_LCDClockMbox發(fā)送給App_TaskLCD任務(wù)予以實(shí)時(shí)顯示。
3．2 任務(wù)間通信設計
任務(wù)和中斷服務(wù)子程序可以通過(guò)事件控制塊與其他任務(wù)進(jìn)行通信，常用的通信方式有信號量、郵箱和消息隊列，同時(shí)，通過(guò)事件標志實(shí)現任務(wù)與事件之間的同步。本操作系統共創(chuàng )建了8個(gè)消息郵箱和1個(gè)事件標志：
OS_EVENT *App_AHRSMbox
OS_EVENT *App_CommandMbox
OS_EVENT *App_DataMbox
OS_EVENT *App_ADMbox
OS_EVENT *App_LCDCmdMbox
OS_EVENT *App_LCDDataMbox
OS_EVENT *App_LCDADMbox
OS_EVENT *App_LCDClockMbox
OS_FLAG_GRP *App_GreenLEDFlag
其中，App_GreenLEDFlag包括3個(gè)標志位：
#define Flg_GreenLED 0x0001
#define Flg-BlueLED 0x0002
#define Flg_Buzzer 0x0004
3．3 軟件系統流程圖設計
軟件系統流程圖如圖4所示。體感遙控器經(jīng)上電初始化后，首先采集電池電壓，然后通過(guò)郵箱*App_ADMbox將采集得到的電量值發(fā)送給12864液晶顯示模塊進(jìn)行顯示，若電量過(guò)低，則使標志位Flg_Buzzer置位，即通過(guò)蜂鳴器進(jìn)行報警。并且，通過(guò)DMA把iNEMO慣性導航模塊的數據接收到USART1，判斷校驗位是否正確，若不正確則重新配置DMA，重新接收數據；若正確則將接收到的數據轉化為控制指令，通過(guò)nRF24L01無(wú)線(xiàn)模塊發(fā)送給機器人。同時(shí)通過(guò)郵箱*App-LCDCmdMbox將指令發(fā)送給App_TaskLCD任務(wù)，在12864液晶顯示模塊顯示當前發(fā)送的指令，并通過(guò)置位Flg_GreenLED點(diǎn)亮相應LED，以表示STM32F103C8T6與iNEMO模塊通信正常；機器人本體接收到指令后，會(huì )給遙控器返回數據包，如果遙控器接收的數據錯誤標志位沒(méi)有置位，則說(shuō)明遙控器與機器人本體通信正常，通過(guò)郵箱*App_LCDDataMbox將機器人的狀態(tài)信息發(fā)送給App_Tas kLCD任務(wù)，在12864液晶顯示模塊上顯示機器人本體運動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)通過(guò)置位Flg_BlueLED點(diǎn)亮相應LED，以表示遙控器與機器人本體通信正常。App_TaskClock任務(wù)通過(guò)郵箱*App_LCDClockMbox向App_TaskLCD任務(wù)發(fā)送當前時(shí)間信息，并予以顯示。

體感遙控器軟件系統開(kāi)發(fā)環(huán)境為IAR EWARM5．4，μC／OS-II版本為V2．86，STM32F103C8T6的調試工具為J-Link仿真器，STM32F103C8T6的固件庫版本為V2．0．3。
3．4 遙控器與機器人本體通信方案設計
本設計采用嚴格的“一問(wèn)一答”形式，即每發(fā)送一條指令都需要機器人本體返回一幀數據包。遙控器發(fā)送一條指令后，等待機器人本體返回的數據包，只有獲得機器人本體返回的數據包后才可以繼續發(fā)送指令包。如果機器人本體接收到錯誤指令(經(jīng)校驗錯誤的指令)，置位通信錯誤標志位，上傳數據包；同時(shí)，機器人本體報警，將機器人速度置0，接下來(lái)1 s內下位機清除串口DMA，重新接收指令。如果遙控器收到的數據包中通信錯誤標志位置位，則重新配置nRF24L01無(wú)線(xiàn)模塊，重新發(fā)送指令。

4 性能測試
對本文所描述的嵌入式機器人體感遙控器進(jìn)行了相應的測試，測試環(huán)境分別為室內走廊環(huán)境和室外環(huán)境，測試結果如表2所列。測試結果表明，在室內走廊環(huán)境中，收發(fā)指令的正確率在95％以上；在室外環(huán)境中，由于環(huán)境中可能存在多種干擾，并且距離在20～30 m，正確率在90％以上。由于遙控器底層軟件具備一定容錯能力，90％以上的正確率完全滿(mǎn)足要求。

結語(yǔ)
本文討論了基于STM32F103C8T6的嵌入式服務(wù)機器人體感遙控器的設計與實(shí)現，并對具體的硬件電路和軟件系統進(jìn)行了詳細的介紹。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗證明，本體感遙控器具有操作簡(jiǎn)便、可操作性強、通信可靠、穩定性和人性化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)驗室服務(wù)機器人的實(shí)際應用中取得了良好的效果。