以ARM為核心的嵌入式體感遙控器設(shè)計

表1中除OSTaskStat和OSTaskIdle任務(wù)為系統(tǒng)自帶，其他8個任務(wù)均為用戶創(chuàng)建。其中：App_TaskStart為起始任務(wù)，系統(tǒng)運行后第一個建立的任務(wù)，其作用是為初始化系統(tǒng)時鐘和底層設(shè)備創(chuàng)建所有事件和其他任務(wù)；App_TaskAD任務(wù)監(jiān)視電池電壓的變化，當(dāng)電壓低于設(shè)定值Low Battery時，將啟動蜂鳴器報警；App_TaskAHRS任務(wù)通過DMA不斷接收iNEMO慣性導(dǎo)航模塊數(shù)據(jù)，然后交由USART1接收緩沖區(qū)，實時獲得手部姿態(tài)信息；App_TaskCmd根據(jù)手部姿態(tài)信息轉(zhuǎn)化為機器人運動指令，然后按照制定的通信協(xié)議通過nRF24L01無線模塊將指令數(shù)據(jù)包發(fā)送出去；App_TaskData任務(wù)在每發(fā)送一次指令數(shù)據(jù)包后，通過nRF24L01無線模塊接收機器人本體回傳的運動狀態(tài)信息包；App_TaskLCD任務(wù)實現(xiàn)運動指令、機器人運動狀態(tài)、電池電量、實時時鐘在12864液晶顯示模塊上的顯示；App_TaskLED_B任務(wù)通過LED指示遙控器上的主控芯片與iNEMO慣性導(dǎo)航模塊、遙控器與機器人是否通信正常，當(dāng)電池電量過低時，通過蜂鳴器進(jìn)行報警；App_TaskClock任務(wù)得到DS1302的實時時鐘，通過消息郵箱App_LCDClockMbox發(fā)送給App_TaskLCD任務(wù)予以實時顯示。
3．2 任務(wù)間通信設(shè)計
任務(wù)和中斷服務(wù)子程序可以通過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，通過事件標(biāo)志實現(xiàn)任務(wù)與事件之間的同步。本操作系統(tǒng)共創(chuàng)建了8個消息郵箱和1個事件標(biāo)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個標(biāo)志位：
#define Flg_GreenLED 0x0001
#define Flg-BlueLED 0x0002
#define Flg_Buzzer 0x0004
3．3 軟件系統(tǒng)流程圖設(shè)計
軟件系統(tǒng)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，若電量過低，則使標(biāo)志位Flg_Buzzer置位，即通過蜂鳴器進(jìn)行報警。并且，通過DMA把iNEMO慣性導(dǎo)航模塊的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)；若正確則將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為控制指令，通過nRF24L01無線模塊發(fā)送給機器人。同時通過郵箱*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(dāng)前發(fā)送的指令，并通過置位Flg_GreenLED點亮相應(yīng)LED，以表示STM32F103C8T6與iNEMO模塊通信正常；機器人本體接收到指令后，會給遙控器返回數(shù)據(jù)包，如果遙控器接收的數(shù)據(jù)錯誤標(biāo)志位沒有置位，則說明遙控器與機器人本體通信正常，通過郵箱*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狀態(tài)，同時通過置位Flg_BlueLED點亮相應(yīng)LED，以表示遙控器與機器人本體通信正常。App_TaskClock任務(wù)通過郵箱*App_LCDClockMbox向App_TaskLCD任務(wù)發(fā)送當(dāng)前時間信息，并予以顯示。

體感遙控器軟件系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境為IAR EWARM5．4，μC／OS-II版本為V2．86，STM32F103C8T6的調(diào)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(shè)計
本設(shè)計采用嚴(yán)格的“一問一答”形式，即每發(fā)送一條指令都需要機器人本體返回一幀數(shù)據(jù)包。遙控器發(fā)送一條指令后，等待機器人本體返回的數(shù)據(jù)包，只有獲得機器人本體返回的數(shù)據(jù)包后才可以繼續(xù)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(biāo)志位，上傳數(shù)據(jù)包；同時，機器人本體報警，將機器人速度置0，接下來1 s內(nèi)下位機清除串口DMA，重新接收指令。如果遙控器收到的數(shù)據(jù)包中通信錯誤標(biāo)志位置位，則重新配置nRF24L01無線模塊，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(yīng)的測試，測試環(huán)境分別為室內(nèi)走廊環(huán)境和室外環(huán)境，測試結(jié)果如表2所列。測試結(jié)果表明，在室內(nèi)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足要求。

結(jié)語
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(shè)計與實現(xiàn)，并對具體的硬件電路和軟件系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。經(jīng)過大量的實驗證明，本體感遙控器具有操作簡便、可操作性強、通信可靠、穩(wěn)定性和人性化程度高等優(yōu)點，在實驗室服務(wù)機器人的實際應(yīng)用中取得了良好的效果。