ARM2210的智能移动机器人人机界面设计

2006-08-09 15:58:51来源: 电子设计应用

引言

  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。


图1 ARM2210的系统框图

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。


图2 内置T6963C的240*128点阵液晶模块原理图

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);? // 初始化串口模式
/*串口UART0接收中断*/
void __irq IRQ_UART0(void)
{ uint8? i;
 if( 0x04==(U0IIR&0x0F) ) rcv_new = 1; // 置新数据标志
 for(i=0; i<8; i++)
 { rcv_buf[i] = U0RBR; // 读FIFO数据,清除中断标志}
 VICVectAddr = 0x00;      // 中断处理结束
}

窗口显示
  人机界面主要是通过图标菜单实现移动机器人运动参数的显示,以及运动轨迹的相关操作,如"打开"、"暂停"、"关闭"等。因此,首先定义一个窗口的数据结构,并设置窗口的起始坐标、大小、标题等相关参数;然后调用GUI_WindowsDraw()输出显示窗口
/* 设置主窗口并显示输出 */
mainwindows.x = 0;
mainwindows.y = 0;
mainwindows.with = 240;
mainwindows.hight = 128;
mainwindows.title = (uint8 *) "Mobile Robot Interface";
mainwindows.state = NULL;
GUI_WindowsDraw(&mainwindows); // 绘制主窗口

  图标菜单也需要定义相关的数据结构,其中图标数据和文字显示可以通过字模软件转化为数据。如对应"打开"图标转化为数据:
uint8 const menuico1[]={
 0x00,0x70,0x00,0x1C,0x00,0x12,0x1C,0x1A,
 0x17,0x0A,0x21,0xF1,0x20,0x1A,0x4F,0xFE,
 0x58,0x02,0x50,0x02,0x60,0x06,0x60,0x04,
 0x60,0x04,0x40,0x08,0x7F,0xF8,0x00,0x00,
};  /*;图标"打开";宽×高(像素) : 16×16*/

  然后,将每一个图标菜单项的显示坐标地址、图标的数据指针、对应的服务函数等进行设置后,即可调用GUI_MenuIcoDraw()实现显示输出。
mainmenu[0].icodat = (uint8 *) menuico1;
mainmenu[0].title = (uint8 *) "open";
mainmenu[0].Function = (void(*)())Runopen;

  另外,主程序需要先调用GUI_SetColor(1,0)函数来设置前景色及背景色。1表示点显示,0表示点灭。

图标菜单选择
  界面中还需实现对图标菜单的选择操作。I2C器件ZLG7290提供了I2C接口功能和键盘中断信号。I2C总线是Philips推出的芯片间串行传输总线,它以2根连线实现了完善的全双工同步数据传送,可以方便的构成多机系统和外围器件扩展系统。I2C总线采用了器件地址的硬件设置方法,通过软件寻址完全避免了器件的片选线寻址方法,从而使硬件系统具有最简单而灵活的扩展方法。I2C操作模式分为主模式I2C和从模式I2C,分别对应LPC2210作为主机和从机。

  本文采用主模式I2C发送接收数据,从而控制三个按键S11、S12、S13的扫描并检测其连击次数。程序中先设置好默认菜单,再调用函数ZLG7290_GetKey()读取被按下的键值。ZLG7290_GetKey()函数通过调用IRcvStr (ZLG7290,1,&rece,1),直接读取器件ZLG7290上的按键值。若S11被按下,表示指向上一个图标菜单;若S12被按下,表示选择当前的图标功能;若S13被按下,表示指向下一个图标菜单。
key = ZLG7290_GetKey();
if(key==KEY_OK) break; // 点击OK 键选择
if(key==KEY_NEXT)
{ mainmenu[select].state = 0; // 取消上一选择
GUI_MenuIcoDraw(&mainmenu [select]);
select++; // 指向下一菜单
if(select>2) select=0;
mainmenu[select].state = 1;
GUI_MenuIcoDraw(&mainmenu [select]);
}
if(key==KEY_BACK)
{ mainmenu[select].state = 0; // 取消上一选择
GUI_MenuIcoDraw(&mainmenu [select]);
if(select==0) select=2;
else select--; // 指向下一菜单
mainmenu[select].state = 1;
GUI_MenuIcoDraw(&mainmenu [select]);

移动机器人行使轨迹及相关参数显示
  为了能实时更新显示数据及行使轨迹,PC104将移动机器人的速度,行驶方向,转角等信息转化为液晶屏上的坐标信息,并调用基本绘图函数GUI_Line(uint32 x0, uint32 y0, uint32 x1, uint32 y1, TCOLOR color),画出当前行驶轨迹;同时,将新的速度值及与前方障碍物的距离值更新到相应位置。

人机界面显示效果
  图3为人机界面实现效果图,整个显示窗口大小为240*128;图标菜单大小为16*16,共有六个图标;用户可以根据自己需要添加图标及对应功能。移动机器人行驶轨迹显示窗口大小为160*100;其他运动参数显示窗口大小为80*100,可以显示当前的速度、障碍物的距离和机器人旋转角度。图中小车位置表示轨迹的起点,左下角有坐标显示和比例尺1:500。


图3 人机界面实现效果图

结语

  随着嵌入式系统应用的飞速发展,人机交互系统的开发将更加广泛。本文阐述的基于ARM2210嵌入式系统的移动机器人人机界面的设计方法,这种方法设计简单,成本低,使操作者与机器人的交互更加友好。

参考文献:
1. 周立功等,ARM与嵌入式系统基础教程,广州周立功单片机发展有限公司,2004.11
2. 周立功, ARM微控制器基础与实战,北京航天航空大学出版社,2003
3. 周立功等, ARM嵌入式系统实验教程,北京航天航空大学出版社,2004.11

关键字:人机界面  嵌入式

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/embed/200608/5395.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
人机界面
嵌入式

小广播

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 安防电子 医疗电子 工业控制

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved