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基于PC104的能移动机器人人机界面设计

时间:09-27 来源:互联网 点击:

移动机器人人机界面为移动机器人的运动控制提供直观的路径图形、运动速度和角度、障碍物信息等。通过ARM2210的串口UART0接收中心处理器PC104的运动信息,利用东芝公司的液晶控制器T6963C驱动STN液晶屏YL240128A,以及ZLG/GUI软件包提供的基本绘图和菜单操作函数设计了基于嵌入式系统ARM2210开发板的移动机器人人机界面,并利用ARM2210的I2C器件ZLG7290提供的I2C接口功能和键盘中断信号实现菜单选择,具有很强的实用性。

嵌入式系统以其高性能、低功耗、低成本的优点,已经在很大程度上改变了人们的生活。如,MP3播放器、智能手机、数码相机产品等已经渗入人们生活的各个方面。随着液晶显示技术的不断进步,以及图形用户界面GUI (Graphical User Interface)技术的广泛应用,人机界面也越来越友好。它能为移动机器人的运动控制提供直观的路径图形、数据参数等。本文介绍了一种以嵌入式微处理器LPC2210为基础,应用ZLG/GUI软件包设计移动机器人人机界面的方法。

我们设计开发的智能移动机器人是一个以PC104嵌入式微机为中心处理器, TMS320F2812为运动控制器,超声波传感器作为避障的集合环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统,主要包括运动系统、电子信息系统和传感系统。它通过CCD摄像机和图像采集卡获得视频信息,并通过超声波传感器组测得前方障碍物距离实现避障。移动机器人的人机界面主要向用户展示移动机器人的运动信息,如当前的运动速度、与前方障碍物的距离以及行驶的轨迹。

ARM221O的基本组成

ARM221O以PHILIPS公司ARM7TDMI-S微控制器LPC2210为核心,以支持实时仿真和嵌入式跟踪的嵌入式系统。LPC2210的CPU频率最大为60MHz,并且扩展了丰富的外围设备接口,使系统稳定性大大提高,开发也更简单。图1是ARM2210的系统框图。

由于该系统包含了RS232转换电路,可通过UART0与上位机PC104进行数据传输,同时还包括东芝公司的点阵式液晶控制器T6963C,扩展了液晶接口,同时提供了LED数码管显示和16个按键输入,因此开发人机界面非常方便。

人机界面的硬件设计

数据传输

PC104的串行口可以作为标准PC的COMl通信口或扩展为控制台串行口,用于键盘输入和显示终端输出或计算机之间的串行输入/输出口。

ARM2210的UART0具有16字节接收和发送FIFO;寄存器位置符合550工业标准;接收器FIFO触发点可为1, 4, 8和14字节 ;内置波特率发生器 。

移动机器人的运动信息通过TI公司DSP控制器TMS320F2812以及超声波传感器等传送至嵌入式微机PC104,再经过PC104作信息融合后,通过串口传给ARM2210并由液晶屏显示。

液晶显示及菜单选择

东芝公司的液晶控制器T6963C具有独特的硬件初始化设置功能,最大驱动点阵液晶为单色640*128(单屏),支持图形和文本单独显示和混合显示,并具有字符发生器,能满足对移动机器人人机界面的显示要求。图2为内置T6963C的240*128点阵图形液晶模块原理图。

另外, ARM2210系统中配备了I2C器件ZLG7290以及16个按键。ZLG7290提供了I2C串行接口和按键中断信号,方便与处理器连接;并且能驱动8位共阴数码管或64只独立的LED和64个按键,8个功能键可检测任一键的连击次数。

本系统选用点像素为240*128点、黄绿显示的STN液晶屏YL240128A作为人机界面显示屏;用ARM2210系统16个按键中的S11、S12、S13作为输入部分,实现对人机界面的选择操作。

人机界面的软件设计

移动机器人人机界面的关键是菜单操作,以及图形和数据的实时显示。GUI是用于提高人机交互友好性、易操作性的计算机程序,它是建立在计算机图形学基础上的产物。人们不再需要死记硬背大量的命令,而是通过窗口、菜单方便地进行操作。由于嵌入式系统的资源有限,所以对GUI 的要求是可裁剪的,高速度的。ZLG/GUI 是由周立功公司开发的,占用资源小、使用方便的嵌入式系统简易的图形用户界面软件。ZLG/GUI 提供了最基本的画点、线、圆形、圆弧、椭圆形、矩形、正方形、填充等功能,较高级的接口功能有ASCII 显示、汉字显示、图标显示、窗口、菜单等,支持单色、灰度、伪彩、真彩等图形显示设备。因此,利用ZLG/GUI软件包能够满足对移动机器人人机界面的设计要求。

数据传输

接收上位机PC104发送的数据时,使能UART0的FIFO进行数据发送/接收,接收采用中断处理方式。其中,UART0的串口模式和数据结构设置为:通信波特率9600,8位数据位,1位停止位,无奇偶校验。其主要程序如下:

/*定义串口模式及数据结构*/
typedef struct Uart0Mode
{ uint8 datb; // 字长度
uint8 stpb; // 停止位
uint8 parity; // 奇偶校验位
} UART0MODE;
/*初始化串口*/
uart0_set.datb= 8; // 8位数据位
uart0_set.stpb = 1; // 1位停止位
uart0_set.parity = 0; // 无奇偶校验UART0_Ini(9600, uart0_set); // 初始化 模

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