一種基于STM32的嵌入式低功耗無(wú)線(xiàn)手持控制器設計

除系統初始化外，其余的任務(wù)在調度器的管理下，按照各自的優(yōu)先級和執行周期循環(huán)運行，模塊間通過(guò)全局的數據緩沖區進(jìn)行通信。各任務(wù)的主要屬性如表2所示。下面對其中較為重要的nRF24L01收發(fā)和指令處理任務(wù)進(jìn)行說(shuō)明。

3.1 nRF24L01收發(fā)任務(wù)

nRF24L01收發(fā)任務(wù)位于控制器和驅動(dòng)系統無(wú)線(xiàn)通信的數據鏈路層，它將指令緩沖區中打包好的幀通過(guò)nRF24L01發(fā)送出去，并且將nRF24L01接收到的數據送入緩沖區，由指

令處理任務(wù)進(jìn)行解析。

手持控制器和驅動(dòng)系統之間的通信是半雙工的，因此nRF24L01收發(fā)任務(wù)需要根據通信狀態(tài)正確配置nRF24L01的工作模式，從而控制其收發(fā)數據。nRF24L01內部通過(guò)應答和重發(fā)功能實(shí)現了數據鏈路層的可靠通信，這極大的方便了用戶(hù)應用層程序的編寫(xiě)。nRF24L01收發(fā)任務(wù)采用了時(shí)間觸發(fā)的狀態(tài)機方式實(shí)現，狀態(tài)狀態(tài)轉移圖如圖6所示，狀態(tài)機執行周期為20 ms。

3.2 指令處理任務(wù)

指令處理任務(wù)位于控制器和驅動(dòng)系統無(wú)線(xiàn)通信的應用層，將用戶(hù)的操作打包成幀送入指令緩沖區，并且從nRF24L01收發(fā)任務(wù)送入指令緩沖區的幀中提取出數據，更新LCD顯示。指令處理任務(wù)的運行方式為周期執行+事件觸發(fā)，前者指每隔10ms刷新一次LCD上機械手XYZ坐標并且處理一次編碼器數據，如果編碼器數據有變化則將變化量打包成幀，后者指用戶(hù)通過(guò)按鍵進(jìn)行機械手工作模式切換、機械手急停等操作，這些操作不經(jīng)過(guò)指令處理任務(wù)而是由按鍵掃描任務(wù)直接將指令打包送入指令緩沖區，確保盡快由nRF24L01收發(fā)任務(wù)將指令發(fā)送出去，以提高實(shí)時(shí)性。指令處理任務(wù)流程圖如圖7所示。

4 測試結果

首先對設備通信(默認無(wú)線(xiàn)方式)可靠性進(jìn)行了測試。根據表3的測試結果和實(shí)際使用效果，本設備通信穩定可靠。

注：本設備正常使用時(shí)和顯微驅動(dòng)系統距離約30 cm，測試時(shí)間90 s，通信速率2 Mbps。

其次，功耗測試結果如表4所示，設備待機和工作時(shí)間可滿(mǎn)足用戶(hù)的使用要求。

5 結論

隨著(zhù)機械、控制、微電子、嵌入式和無(wú)線(xiàn)通信等技術(shù)的發(fā)展，使得顯微注射操作從人工化進(jìn)入自動(dòng)化時(shí)代。本文開(kāi)發(fā)的手持控制器，通過(guò)電池供電和無(wú)線(xiàn)通信的方式，替代了原實(shí)驗系統中有線(xiàn)控制器，消除了通訊線(xiàn)、電源線(xiàn)的連接給用戶(hù)帶來(lái)的不便以及不可靠因素。增加了LCD顯示功能，方便用戶(hù)實(shí)時(shí)監控實(shí)驗系統狀態(tài)及參數。測試結果表明：本設備功耗低、可靠性高、操作簡(jiǎn)便，具有較高的實(shí)用價(jià)值。