一種基于STM32的嵌入式低功耗無(wú)線手持控制器設(shè)計(jì)

除系統(tǒng)初始化外，其余的任務(wù)在調(diào)度器的管理下，按照各自的優(yōu)先級(jí)和執(zhí)行周期循環(huán)運(yùn)行，模塊間通過(guò)全局的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)進(jìn)行通信。各任務(wù)的主要屬性如表2所示。下面對(duì)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(qū)動(dòng)系統(tǒng)無(wú)線通信的數(shù)據(jù)鏈路層，它將指令緩沖區(qū)中打包好的幀通過(guò)nRF24L01發(fā)送出去，并且將nRF24L01接收到的數(shù)據(jù)送入緩沖區(qū)，由指

令處理任務(wù)進(jìn)行解析。

手持控制器和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之間的通信是半雙工的，因此nRF24L01收發(fā)任務(wù)需要根據(jù)通信狀態(tài)正確配置nRF24L01的工作模式，從而控制其收發(fā)數(shù)據(jù)。nRF24L01內(nèi)部通過(guò)應(yīng)答和重發(fā)功能實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)鏈路層的可靠通信，這極大的方便了用戶應(yīng)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(jī)方式實(shí)現(xiàn)，狀態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖6所示，狀態(tài)機(jī)執(zhí)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(qū)動(dòng)系統(tǒng)無(wú)線通信的應(yīng)用層，將用戶的操作打包成幀送入指令緩沖區(qū)，并且從nRF24L01收發(fā)任務(wù)送入指令緩沖區(qū)的幀中提取出數(shù)據(jù)，更新LCD顯示。指令處理任務(wù)的運(yùn)行方式為周期執(zhí)行+事件觸發(fā)，前者指每隔10ms刷新一次LCD上機(jī)械手XYZ坐標(biāo)并且處理一次編碼器數(shù)據(jù)，如果編碼器數(shù)據(jù)有變化則將變化量打包成幀，后者指用戶通過(guò)按鍵進(jìn)行機(jī)械手工作模式切換、機(jī)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(qū)，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(cè)試結(jié)果

首先對(duì)設(shè)備通信(默認(rèn)無(wú)線方式)可靠性進(jìn)行了測(cè)試。根據(jù)表3的測(cè)試結(jié)果和實(shí)際使用效果，本設(shè)備通信穩(wěn)定可靠。

注：本設(shè)備正常使用時(shí)和顯微驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)距離約30 cm，測(cè)試時(shí)間90 s，通信速率2 Mbps。

其次，功耗測(cè)試結(jié)果如表4所示，設(shè)備待機(jī)和工作時(shí)間可滿足用戶的使用要求。

5 結(jié)論

隨著機(jī)械、控制、微電子、嵌入式和無(wú)線通信等技術(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)線通信的方式，替代了原實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中有線控制器，消除了通訊線、電源線的連接給用戶帶來(lái)的不便以及不可靠因素。增加了LCD顯示功能，方便用戶實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)狀態(tài)及參數(shù)。測(cè)試結(jié)果表明：本設(shè)備功耗低、可靠性高、操作簡(jiǎn)便，具有較高的實(shí)用價(jià)值。