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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。 圖1 arm2210的系統框圖 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。 由于該系統包含了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。 人機界面的硬件設計 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。 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。 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 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; i2) 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]); 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。 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。 |
