引言

嵌入式系統(tǒng)以其高性能、低功耗、低成本的優(yōu)點，已經(jīng)在很大程度上改變了人們的生活。如，mp3播放器、智能手機、數(shù)碼相機產(chǎn)品等已經(jīng)滲入人們生活的各個方面。隨著液晶顯示技術(shù)的不斷進步，以及圖形用戶界面gui (graphical user interface)技術(shù)的廣泛應(yīng)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(shù)據(jù)參數(shù)等。本文介紹了一種以嵌入式微處理器lpc2210為基礎(chǔ)，應(yīng)用zlg/gui軟件包設(shè)計移動機器人人機界面的方法。

我們設(shè)計開發(fā)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(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)，主要包括運動系統(tǒng)、電子信息系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)。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(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)。lpc2210的cpu頻率最大為60mhz，并且擴展了豐富的外圍設(shè)備接口，使系統(tǒng)穩(wěn)定性大大提高，開發(fā)也更簡單。圖1是arm2210的系統(tǒng)框圖。

由于該系統(tǒng)包含了rs232轉(zhuǎn)換電路，可通過uart0與上位機pc104進行數(shù)據(jù)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(shù)碼管顯示和16個按鍵輸入，因此開發(fā)人機界面非常方便。

人機界面的硬件設(shè)計

數(shù)據(jù)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(jié)接收和發(fā)送fifo；寄存器位置符合550工業(yè)標準；接收器fifo觸發(fā)點可為1, 4, 8和14字節(jié) ；內(nèi)置波特率發(fā)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(jīng)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(shè)置功能，最大驅(qū)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(fā)生器，能滿足對移動機器人人機界面的顯示要求。圖2為內(nèi)置t6963c的240*128點陣圖形液晶模塊原理圖。

另外， arm2210系統(tǒng)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(qū)動8位共陰數(shù)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(shù)。

本系統(tǒng)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(tǒng)16個按鍵中的s11、s12、s13作為輸入部分，實現(xiàn)對人機界面的選擇操作。

人機界面的軟件設(shè)計

移動機器人人機界面的關(guān)鍵是菜單操作，以及圖形和數(shù)據(jù)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(xué)基礎(chǔ)上的產(chǎn)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(tǒng)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(fā)的，占用資源小、使用方便的嵌入式系統(tǒng)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(shè)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(shè)計要求。



圖2 內(nèi)置t6963c的240*128點陣液晶模塊原理圖  

數(shù)據(jù)傳輸

接收上位機pc104發(fā)送的數(shù)據(jù)時，使能uart0的fifo進行數(shù)據(jù)發(fā)送/接收，接收采用中斷處理方式。其中，uart0的串口模式和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)置為：通信波特率9600，8位數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)*/
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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(guān)參數(shù)顯示

為了能實時更新顯示數(shù)據(jù)及行使軌跡，pc104將移動機器人的速度，行駛方向，轉(zhuǎn)角等信息轉(zhuǎn)化為液晶屏上的坐標信息，并調(diào)用基本繪圖函數(shù)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(yīng)位置。

人機界面顯示效果

圖3為人機界面實現(xiàn)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(jù)自己需要添加圖標及對應(yīng)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(shù)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(zhuǎn)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(xiàn)效果圖  

結(jié)語

隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的飛速發(fā)展，人機交互系統(tǒng)的開發(fā)將更加廣泛。本文闡述的基于arm2210嵌入式系統(tǒng)的移動機器人人機界面的設(shè)計方法，這種方法設(shè)計簡單，成本低，使操作者與機器人的交互更加友好。