导言
服务机器人作为多种高新技能发展作用的集成，为完成服务的意图，需求通过人性化、简洁、天然的方法进行人机交互，传统的按键式遥控器明显不能满意这种规划要求。现在，体感设备发展迅速，各类依据体感操控的设备层出不穷。体感操控便是通过肢体动作改变来完成
操控，依据体感设备的人机交互已经成为当时研讨的抢手课题。
常见的无线遥控技能不外乎红外遥控技能和无线电遥控技能。其间红外遥控技能长处便是带广大，可是需求较强的指向性，传输间隔短，穿透才能差，功耗高；与之比较，无线电遥控技能无方向性，抗搅扰才能和穿透才能强，传输间隔远，功耗低。因而，无线电遥控技能愈加适合于智能家居、消费类电子和机器人操控等范畴。
本文以STM32F103C8T6作为主操控器，选用iNEMO惯性导航模块、nRF24L01无线模块和12864液晶显现模块。规划的嵌入式体感遥控器具有体积小、操作简略、牢靠性高、可扩展性强等长处，能够较好地满意对服务机器人牢靠遥控的要求，具有较大的运用推行价值。
1 体系功用要求及全体架构
1．1 基本功用要求
①具有实时精确发送相应操控指令的才能。依据手部姿势确认指令的内容。
②具有接纳机器人本体回传数据包的才能。依据接纳的数据包进行解析，然后判别本体接纳的操控指令是否正确。
③具有当时指令和机器人当时状况信息的显现才能。一方面将发送的操控指令在LCD液晶屏上予以显现；另一方面依据机器人本体回传的数据包，解析得出机器人的状况，在LCD液晶屏上进行显现。
④具有电池电量检测和低压报警功用。将剩下电量实时地显现在LCD液晶屏上，当电量缺乏时，通过蜂鸣器进行报警提示。
1．2 体系全体计划及架构
iNEMO惯性导航模块的基本原理如图1所示，运用MEMS传感器和主控芯片STM32F103RET7供给动静态方向和惯性丈量功用。集成双轴滚转-俯仰陀螺仪（LPR430AL）、单轴偏航陀螺仪（LY330ALH）、6轴地磁丈量模块（LSM303DLH）、压力传感器（LPS001DL）和温度传感器（STLM75）5个意法半导体公司的传感器，运转一个AHRS姿势角运算体系，然后完成对姿势角的实时丈量。
本遥控器选用ST公司具有Cortex-M3内核的ARM操控器STM32F103C8T6作为主操控器，选用ST公司的iNEMO惯性导航模块进行手部姿势检测，选用nRF24L01无线模块完成指令的发送和数据的接纳，选用12864液晶显现模块对当时操控指令、机器人当时状况和剩下电量予以显现，选用LED和蜂鸣器完成提示和报警功用。遥控器软件上运用μC／OS-II实时嵌入式操作体系，能够完成实时性内核、使命办理、时刻办理、通讯与同步、内存办理等功用。体系的全体架构如图2所示。
2 硬件电路规划
2．1 主操控模块电路
主操控器STM32F103C8T6芯片，作业频率高达72 MHz，内置64 KB的Flash和20 KB的SRAM，具有丰厚外设和超低功耗，彻底满意本规划要求。主操控模块电路图如图3所示，参照ST公司发布的STMF10xxx硬件开发入门文档，该部分包含外部时钟电路、模仿电源输入、电源滤波、下载仿真口的规划。
2．2 电源模块电路
本遥控器选用8．4 V锂电池供电，选用TL750M05C稳压芯片供给5 V电压，选用REG1117-3．3稳压芯片为体系供给3．3 V电压。STM32F1 03C8T6电源分为模仿电源与数字电源，为了确保其正常作业，将两路电源进行阻隔规划，在模仿地与数字地之间通过0Ω电阻完成单点共地。为监测锂电池电源电压，将电池电压经电阻分压及阻容滤波电路滤波后作为STM32F103C8T6采样输入。
2．3 无线通讯模块及显现模块电路
无线通讯模块选用2．4 GHz频段射频芯片nRF24L01作为无线数据收发芯片，作业于2．4～2．5GHz ISM频段，输出功率和通讯频道可通过程序进行装备。nRF24L01功耗低，在以-6 dBm的功率发射时，作业电流只要9 mA；接纳时，作业电流只要12．3 mA，多种低功率作业方式（掉电方式和闲暇方式）使节能规划更便利。nRF24L01选用SPI总线方法与操控芯片进行通讯。
12864液晶显现模块，可显现汉字及图形，内置8192个中文汉字（16×1 6点阵）、128个字符（8×16点阵）及64×256点阵显现RAM（GDRAM），具有并行数据传送方法和串行数据传送方法，其间串行数据传输方法只用到CS、SID、SCK 3个通讯引脚，较并行数据传送方法节约单片机的I／O引脚，本文选用串行传输方法进行规划。
3 软件体系规划
体感遥控器的软件体系规划依据实时嵌入式操作体系μC／OS-II，借助于μC／OS-II内核的多使命办理和优异的实时功能，大大简化了软件体系规划，而且能够确保体系呼应的实时性。
3．1 使命分配与完成
在使命规划的过程中，选用分层次和模块化的思想将整个体系使命进行区分。首要，咱们有必要对体系全体的操控使命有清楚地了解，具体使命区分如表1所列。
表1中除OSTaskStat和OSTaskIdle使命为体系自带，其他8个使命均为用户创立。其间：App_TaskStart为开始使命，体系运转后第一个树立的使命，其作用是为初始化体系时钟和底层设备创立一切事情和其他使命；App_TaskAD使命监督电池电压的改变，当电压低于设定值Low Battery时，将发动蜂鸣器报警；App_TaskAHRS使命通过DMA不断接纳iNEMO惯性导航模块数据，然后交由USART1接纳缓冲区，实时取得手部姿势信息；App_TaskCmd依据手部姿势信息转化为机器人运动指令，然后依照拟定的通讯协议通过nRF24L01无线模块将指令数据包发送出去；App_TaskData使命在每发送一次指令数据包后，通过nRF24L01无线模块接纳机器人本体回传的运动状况信息包；App_TaskLCD使命完成运动指令、机器人运动状况、电池电量、实时时钟在12864液晶显现模块上的显现；App_TaskLED_B使命通过LED指示遥控器上的主控芯片与iNEMO惯性导航模块、遥控器与机器人是否通讯正常，当电池电量过低时，通过蜂鸣器进行报警；App_TaskClock使命得到DS1302的实时时钟，通过音讯邮箱App_LCDClockMbox发送给App_TaskLCD使命予以实时显现。
3．2 使命间通讯规划
使命和中止服务子程序能够通过事情操控块与其他使命进行通讯，常用的通讯方法有信号量、邮箱和音讯行列，一起，通过事情标志完成使命与事情之间的同步。本操作体系共创立了8个音讯邮箱和1个事情标志：
OS_EVENT *App_AHRSMbox
OS_EVENT *App_CommandMbox
OS_EVENT *App_DataMbox
OS_EVENT *App_ADMbox
OS_EVENT *App_LCDCmdMbox
OS_EVENT *App_LCDDataMbox
OS_EVENT *App_LCDADMbox
OS_EVENT *App_LCDClockMbox
OS_FLAG_GRP *App_GreenLEDFlag
其间，App_GreenLEDFlag包含3个标志位：
#define Flg_GreenLED 0x0001
#define Flg-BlueLED 0x0002
#define Flg_Buzzer 0x0004
3．3 软件体系流程图规划
软件体系流程图如图4所示。体感遥控器经上电初始化后，首要收集电池电压，然后通过邮箱*App_ADMbox将收集得到的电量值发送给12864液晶显现模块进行显现，若电量过低，则使标志位Flg_Buzzer置位，即通过蜂鸣器进行报警。而且，通过DMA把iNEMO惯性导航模块的数据接纳到USART1，判别校验位是否正确，若不正确则从头装备DMA，从头接纳数据；若正确则将接纳到的数据转化为操控指令，通过nRF24L01无线模块发送给机器人。一起通过邮箱*App-LCDCmdMbox将指令发送给App_TaskLCD使命，在12864液晶显现模块显现当时发送的指令，并通过置位Flg_GreenLED点亮相应LED，以表明STM32F103C8T6与iNEMO模块通讯正常；机器人本体接纳到指令后，会给遥控器回来数据包，假如遥控器接纳的数据过错标志位没有置位，则阐明遥控器与机器人本体通讯正常，通过邮箱*App_LCDDataMbox将机器人的状况信息发送给App_Tas kLCD使命，在12864液晶显现模块上显现机器人本体运动状况，一起通过置位Flg_BlueLED点亮相应LED，以表明遥控器与机器人本体通讯正常。App_TaskClock使命通过邮箱*App_LCDClockMbox向App_TaskLCD使命发送当时时刻信息，并予以显现。
体感遥控器软件体系开发环境为IAR EWARM5．4，μC／OS-II版别为V2．86，STM32F103C8T6的调试东西为J-Link仿真器，STM32F103C8T6的固件库版别为V2．0．3。
3．4 遥控器与机器人本体通讯计划规划
本规划选用严厉的“一问一答”方式，即每发送一条指令都需求机器人本体回来一帧数据包。遥控器发送一条指令后，等候机器人本体回来的数据包，只要取得机器人本体回来的数据包后才能够持续发送指令包。假如机器人本体接纳到过错指令（经校验过错的指令），置位通讯过错标志位，上传数据包；一起，机器人本体报警，将机器人速度置0，接下来1 s内下位机铲除串口DMA，从头接纳指令。假如遥控器收到的数据包中通讯过错标志方位位，则从头装备nRF24L01无线模块，从头发送指令。
4 功能测验
对本文所描绘的嵌入式机器人体感遥控器进行了相应的测验，测验环境分别为室内走廊环境和室外环境，测验成果如表2所列。测验成果表明，在室内走廊环境中，收发指令的正确率在95％以上；在室外环境中，因为环境中或许存在多种搅扰，而且间隔在20～30 m，正确率在90％以上。因为遥控器底层软件具有必定容错才能，90％以上的正确率彻底满意要求。
结语
本文评论了依据STM32F103C8T6的嵌入式服务机器人体感遥控器的规划与完成，并对具体的硬件电路和软件体系进行了具体的介绍。通过很多的试验证明，本体感遥控器具有操作简洁、可操作性强、通讯牢靠、稳定性和人性化程度高级长处，在试验室服务机器人的实践运用中取得了杰出的作用。
