以ARM為核心的嵌入式體感遙控器的設(shè)計(jì)方案

　　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(guò)人性化、簡(jiǎn)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(mǎn)足這種設(shè)計(jì)要求。目前，體感設(shè)備發(fā)展迅速，各類(lèi)基于體感控制的裝置層出不窮。體感控制就是通過(guò)肢體動(dòng)作變化來(lái)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(mén)課題。

　　常見(jiàn)的無(wú)線(xiàn)遙控技術(shù)不外乎紅外遙控技術(shù)和無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)電遙控技術(shù)無(wú)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(wú)線(xiàn)電遙控技術(shù)更加適合于智能家居、消費(fèi)類(lèi)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(wú)線(xiàn)模塊和12864液晶顯示模塊。設(shè)計(jì)的嵌入式體感遙控器具有體積小、操作簡(jiǎn)單、可靠性高、可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠較好地滿(mǎn)足對(duì)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(jià)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(shí)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。

　　③具備當(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(cè)和低壓報(bào)警功能。將剩余電量實(shí)時(shí)地顯示在LCD液晶屏上，當(dāng)電量不足時(shí)，通過(guò)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)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(dòng)靜態(tài)方向和慣性測(cè)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(cè)量模塊（LSM303DLH）、壓力傳感器（LPS001DL）和溫度傳感器（STLM75）5個(gè)意法半導(dǎo)體公司的傳感器，運(yùn)行一個(gè)AHRS姿態(tài)角運(yùn)算系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)姿態(tài)角的實(shí)時(shí)測(cè)量。

　　
　　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(cè)，采用nRF24L01無(wú)線(xiàn)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(duì)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(bào)警功能。遙控器軟件上使用mu;C/OS-II實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)性?xún)?nèi)核、任務(wù)管理、時(shí)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所示。

　　2 硬件電路設(shè)計(jì)

　　2.1 主控制模塊電路

　　主控制器STM32F103C8T6芯片，工作頻率高達(dá)72 MHz,內(nèi)置64 KB的Flash和20 KB的SRAM,具有豐富外設(shè)和超低功耗，完全滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)要求。主控制模塊電路圖如圖3所示，參照ST公司發(fā)布的STMF10xxx硬件開(kāi)發(fā)入門(mén)文檔，該部分包括外部時(shí)鐘電路、模擬電源輸入、電源濾波、下載仿真口的設(shè)計(jì)。