移動機器人人機界面為移動機器人的運動控制提供直觀的路徑圖形、運動速度和角度、障礙物信息等。通過ARM2210的串口UART0接收中心處理器PC104的運動信息,利用東芝公司的液晶控制器T6963C驅動STN液晶屏YL240128A,以及ZLG/GUI軟件包提供的基本繪圖和菜單操作函數設計了基于嵌入式系統ARM2210開發板的移動機器人人機界面,并利用ARM2210的I2C器件ZLG7290提供的I2C接口功能和鍵盤中斷信號實現菜單選擇,具有很強的實用性。
引言
嵌入式系統以其高性能、低功耗、低成本的優點,已經在很大程度上改變了人們的生活。如,MP3播放器、智能手機、數碼相機產品等已經滲入人們生活的各個方面。隨著液晶顯示技術的不斷進步,以及圖形用戶界面GUI (Graphical User Interface)技術的廣泛應用,人機界面也越來越友好。它能為移動機器人的運動控制提供直觀的路徑圖形、數據參數等。本文介紹了一種以嵌入式微處理器LPC2210為基礎,應用ZLG/GUI軟件包設計移動機器人人機界面的方法。
我們設計開發的智能移動機器人是一個以PC104嵌入式微機為中心處理器,TMS320F2812為運動控制器,超聲波傳感器作為避障的集合環境感知、動態決策與規劃、行為控制與執行等多種功能于一體的綜合系統,主要包括運動系統、電子信息系統和傳感系統。它通過CCD攝像機和圖像采集卡獲得視頻信息,并通過超聲波傳感器組測得前方障礙物距離實現避障。移動機器人的人機界面主要向用戶展示移動機器人的運動信息,如當前的運動速度、與前方障礙物的距離以及行駛的軌跡。
2 ARM221O的基本組成
ARM221O以PHILIPS公司ARM7TDMI-S微控制器LPC2210為核心,以支持實時仿真和嵌入式跟蹤的嵌入式系統。LPC2210的CPU頻率最大為60MHz,并且擴展了豐富的外圍設備接口,使系統穩定性大大提高,開發也更簡單。圖1是ARM2210的系統框圖。
圖1 ARM2210的系統框圖
由于系統包含了RS232轉換電路,可通過UART0與上位機PC104進行數據傳輸,同時還包括東芝公司的點陣式液晶控制器T6963C,擴展了液晶接口,同時提供了LED數碼管顯示和16個按鍵輸入,因此開發人機界面非常方便。
3 人機界面的硬件設計
3.1 數據傳輸
PC104的串行口可以作為標準PC的COMl通信口或擴展為控制臺串行口,用于鍵盤輸入和顯示終端輸出或計算機之間的串行輸入/輸出口。
ARM2210的UART0具有16字節接收和發送FIFO;寄存器位置符合'550工業標準;接收器FIFO觸發點可為1, 4, 8和14字節 ;內置波特率發生器。
移動機器人的運動信息通過TI公司DSP控制器TMS320F2812以及超聲波傳感器等傳送至嵌入式微機PC104,再經過PC104作信息融合后,通過串口傳給ARM2210并由液晶屏顯示。
3.2 液晶顯示及菜單選擇
東芝公司的液晶控制器T6963C具有獨特的硬件初始化設置功能,最大驅動點陣液晶為單色640*128(單屏),支持圖形和文本單獨顯示和混合顯示,并具有字符發生器,能滿足對移動機器人人機界面的顯示要求。圖2為內置T6963C的240*128點陣圖形液晶模塊原理圖。
另外, ARM2210系統中配備了I2C器件ZLG7290以及16個按鍵。ZLG7290提供了I2C串行接口和按鍵中斷信號,方便與處理器連接;并且能驅動8位共陰數碼管或64只獨立的LED和64個按鍵,8個功能鍵可檢測任一鍵的連擊次數。
本系統選用點像素為240*128點、黃綠顯示的STN液晶屏YL240128A作為人機界面顯示屏;用ARM2210系統16個按鍵中的S11、S12、S13作為輸入部分,實現對人機界面的選擇操作。
4 人機界面的軟件設計
移動機器人人機界面的關鍵是菜單操作,以及圖形和數據的實時顯示。GUI是用于提高人機交互友好性、易操作性的計算機程序,它是建立在計算機圖形學基礎上的產物。人們不再需要死記硬背大量的命令,而是通過窗口、菜單方便地進行操作。由于嵌入式系統的資源有限,所以對GUI 的要求是可裁剪的,高速度的。ZLG/GUI 是由周立功公司開發的,占用資源小、使用方便的嵌入式系統簡易的圖形用戶界面軟件。ZLG/GUI 提供了最基本的畫點、線、圓形、圓弧、橢圓形、矩形、正方形、填充等功能,較高級的接口功能有ASCII 顯示、漢字顯示、圖標顯示、窗口、菜單等,支持單色、灰度、偽彩、真彩等圖形顯示設備。因此,利用ZLG/GUI軟件包能夠滿足對移動機器人人機界面的設計要求。
圖2 內置T6963C的240*128點陣液晶模塊原理圖
4.1 數據傳輸
接收上位機PC104發送的數據時,使能UART0的FIFO進行數據發送/接收,接收采用中斷處理方式。其中,UART0的串口模式和數據結構設置為:通信波特率9600,8位數據位,1位停止位,無奇偶校驗。其主要程序如下:
/*定義串口模式及數據結構*/
typedef struct Uart0Mode
{ uint8 datb; // 字長度
uint8 stpb; // 停止位
uint8 parity; // 奇偶校驗位
} UART0MODE;
/*初始化串口*/
uart0_set.datb= 8; // 8位數據位
uart0_set.stpb = 1; // 1位停止位
uart0_set.parity = 0; // 無奇偶校驗UART0_Ini(9600, uart0_set); // 初始化串口模式
/*串口UART0接收中斷*/
void __irq IRQ_UART0(void)
{ uint8 i;
if( 0x04==(U0IIR&0x0F) ) rcv_new = 1; // 置新數據標志
for(i=0; i<8; i++)
{ rcv_buf = U0RBR; // 讀FIFO數據,清除中斷標志}
VICVectAddr = 0x00; // 中斷處理結束
}
4.2 窗口顯示
人機界面主要是通過圖標菜單實現移動機器人運動參數的顯示,以及運動軌跡的相關操作,如"打開"、"暫停"、"關閉"等。因此,首先定義一個窗口的數據結構,并設置窗口的起始坐標、大小、標題等相關參數;然后調用GUI_WindowsDraw()輸出顯示窗口
/* 設置主窗口并顯示輸出 */
mainwindows.x = 0;
mainwindows.y = 0;
mainwindows.with = 240;
mainwindows.hight = 128;
mainwindows.title = (uint8 *) "Mobile Robot Interface";
mainwindows.state = NULL;
GUI_WindowsDraw(&mainwindows); // 繪制主窗口
圖標菜單也需要定義相關的數據結構,其中圖標數據和文字顯示可以通過字模軟件轉化為數據。如對應"打開"圖標轉化為數據:
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,
}; /*;圖標"打開";寬×高(像素) : 16×16*/
然后,將每一個圖標菜單項的顯示坐標地址、圖標的數據指針、對應的服務函數等進行設置后,即可調用GUI_MenuIcoDraw()實現顯示輸出。
mainmenu[0].icodat = (uint8 *) menuico1;
mainmenu[0].title = (uint8 *) "open";
mainmenu[0].Function = (void(*)())Runopen;
另外,主程序需要先調用GUI_SetColor(1,0)函數來設置前景色及背景色。1表示點顯示,0表示點滅。
4.3 圖標菜單選擇
界面中還需實現對圖標菜單的選擇操作。I2C器件ZLG7290提供了I2C接口功能和鍵盤中斷信號。I2C總線是Philips推出的芯片間串行傳輸總線,它以2根連線實現了完善的全雙工同步數據傳送,可以方便的構成多機系統和外圍器件擴展系統。I2C總線采用了器件地址的硬件設置方法,通過軟件尋址完全避免了器件的片選線尋址方法,從而使硬件系統具有最簡單而靈活的擴展方法。I2C操作模式分為主模式I2C和從模式I2C,分別對應LPC2210作為主機和從機。
本文采用主模式I2C發送接收數據,從而控制三個按鍵S11、S12、S13的掃描并檢測其連擊次數。程序中先設置好默認菜單,再調用函數ZLG7290_GetKey()讀取被按下的鍵值。ZLG7290_GetKey()函數通過調用IRcvStr (ZLG7290,1,&rece,1),直接讀取器件ZLG7290上的按鍵值。若S11被按下,表示指向上一個圖標菜單;若S12被按下,表示選擇當前的圖標功能;若S13被按下,表示指向下一個圖標菜單。
key = ZLG7290_GetKey();
if(key==KEY_OK) break; // 點擊OK 鍵選擇
if(key==KEY_NEXT)
{ mainmenu[select].state = 0; // 取消上一選擇
GUI_MenuIcoDraw(&mainmenu [select]);
select++; // 指向下一菜單
if(select>2) select=0;
mainmenu[select].state = 1;
GUI_MenuIcoDraw(&mainmenu [select]);
}
if(key==KEY_BACK)
{ mainmenu[select].state = 0; // 取消上一選擇
GUI_MenuIcoDraw(&mainmenu [select]);
if(select==0) select=2;
else select--; // 指向下一菜單
mainmenu[select].state = 1;
GUI_MenuIcoDraw(&mainmenu [select]);
4.4 移動機器人行使軌跡及相關參數顯示
為了能實時更新顯示數據及行使軌跡,PC104將移動機器人的速度,行駛方向,轉角等信息轉化為液晶屏上的坐標信息,并調用基本繪圖函數GUI_Line(uint32 x0, uint32 y0, uint32 x1, uint32 y1, TCOLOR color),畫出當前行駛軌跡;同時,將新的速度值及與前方障礙物的距離值更新到相應位置。
4.5 人機界面顯示效果
圖3為人機界面實現效果圖,整個顯示窗口大小為240*128;圖標菜單大小為16*16,共有六個圖標;用戶可以根據自己需要添加圖標及對應功能。移動機器人行駛軌跡顯示窗口大小為160*100;其他運動參數顯示窗口大小為80*100,可以顯示當前的速度、障礙物的距離和機器人旋轉角度。圖中小車位置表示軌跡的起點,左下角有坐標顯示和比例尺1:500。
圖3 人機界面實現效果圖
結語
隨著嵌入式系統應用的飛速發展,人機交互系統的開發將更加廣泛。本文闡述的基于ARM2210嵌入式系統的移動機器人人機界面的設計方法,這種方法設計簡單,成本低,使操作者與機器人的交互更加友好。
責任編輯:gt
-
微控制器
+關注
關注
48文章
7546瀏覽量
151325 -
嵌入式
+關注
關注
5082文章
19111瀏覽量
304845 -
機器人
+關注
關注
211文章
28389瀏覽量
206942 -
PC104
+關注
關注
5文章
52瀏覽量
67411 -
LPC2210
+關注
關注
0文章
28瀏覽量
14309
發布評論請先 登錄
相關推薦
評論