以ARM為核心的嵌入式體感遙控器的設計方案
服務機器人作為多種高新技術發(fā)展成果的集成,為實現服務的目的,需要通過人性化、簡便、自然的方式進行人機交互,傳統(tǒng)的按鍵式遙控器顯然不能滿足這種設計要求。目前,體感設備發(fā)展迅速,各類基于體感控制的裝置層出不窮。體感控制就是通過肢體動作變化來實現。
控制,基于體感裝置的人機交互已經成為當前研究的熱門課題。
常見的無線遙控技術不外乎紅外遙控技術和無線電遙控技術。其中紅外遙控技術優(yōu)點就是帶寬大,但是需要較強的指向性,傳輸距離短,穿透能力差,功耗高;與之相比,無線電遙控技術無方向性,抗干擾能力和穿透能力強,傳輸距離遠,功耗低。因此,無線電遙控技術更加適合于智能家居、消費類電子和機器人控制等領域。
本文以STM32F103C8T6作為主控制器,采用iNEMO慣性導航模塊、nRF24L01無線模塊和12864液晶顯示模塊。設計的嵌入式體感遙控器具有體積小、操作簡單、可靠性高、可擴展性強等優(yōu)點,能夠較好地滿足對服務機器人可靠遙控的要求,具有較大的應用推廣價值。
1 系統(tǒng)功能要求及整體架構
1.1 基本功能要求
?、倬邆鋵崟r準確發(fā)送相應控制指令的能力。根據手部姿態(tài)確定指令的內容。
?、诰邆浣邮諜C器人本體回傳數據包的能力。根據接收的數據包進行解析,進而判斷本體接收的控制指令是否正確。
?、劬邆洚斍爸噶詈蜋C器人當前狀態(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;另一方面根據機器人本體回傳的數據包,解析得出機器人的狀態(tài),在LCD液晶屏上進行顯示。
④具備電池電量檢測和低壓報警功能。將剩余電量實時地顯示在LCD液晶屏上,當電量不足時,通過蜂鳴器進行報警提示。
1.2 系統(tǒng)整體方案及架構
iNEMO慣性導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提供動靜態(tài)方向和慣性測量功能。集成雙軸滾轉-俯仰陀螺儀(LPR430AL)、單軸偏航陀螺儀(LY330ALH)、6軸地磁測量模塊(LSM303DLH)、壓力傳感器(LPS001DL)和溫度傳感器(STLM75)5個意法半導體公司的傳感器,運行一個AHRS姿態(tài)角運算系統(tǒng),從而實現對姿態(tài)角的實時測量。
本遙控器采用ST公司具有Cortex-M3內核的ARM控制器STM32F103C8T6作為主控制器,采用ST公司的iNEMO慣性導航模塊進行手部姿態(tài)檢測,采用nRF24L01無線模塊實現指令的發(fā)送和數據的接收,采用12864液晶顯示模塊對當前控制指令、機器人當前狀態(tài)和剩余電量予以顯示,采用LED和蜂鳴器實現提示和報警功能。遙控器軟件上使用mu;C/OS-II實時嵌入式操作系統(tǒng),能夠實現實時性內核、任務管理、時間管理、通信與同步、內存管理等功能。系統(tǒng)的整體架構如圖2所示。
2 硬件電路設計
2.1 主控制模塊電路
主控制器STM32F103C8T6芯片,工作頻率高達72 MHz,內置64 KB的Flash和20 KB的SRAM,具有豐富外設和超低功耗,完全滿足本設計要求。主控制模塊電路圖如圖3所示,參照ST公司發(fā)布的STMF10xxx硬件開發(fā)入門文檔,該部分包括外部時鐘電路、模擬電源輸入、電源濾波、下載仿真口的設計。
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