ARM2210的智能移动机器人人机界面设计

移动机器人人机界面为移动机器人的运动控制提供直观的路径图形、运动速度和角度、障碍物信息等。通过ARM2210的串口UART0接收中心处理器PC104的运动信息，利用东芝公司的液晶控制器T6963C驱动STN液晶屏YL240128A，以及ZLG/GUI软件包提供的基本绘图和菜单操作函数设计了基于嵌入式系统ARM2210开发板的移动机器人人机界面，并利用ARM2210的I2C器件ZLG7290提供的I2C接口功能和键盘中断信号实现菜单选择，具有很强的实用性。
引 言
嵌入式系统以其高性能、低功耗、低成本的优点，已经在很大程度上改变了人们的生活。如，MP3播放器、智能手机、数码相机产品等已经渗入人们生活的各个方面。随着液晶显示技术的不断进步，以及图形用户界面GUI （Graphical User Interface）技术的广泛应用，人机界面也越来越友好。它能为移动机器人的运动控制提供直观的路径图形、数据参数等。本文介绍了一种以嵌入式微处理器LPC2210为基础，应用ZLG/GUI软件包设计移动机器人人机界面的方法。
我们设计开发的智能移动机器人是一个以PC104嵌入式微机为中心处理器，TMS320F2812为运动控制器，超声波传感器作为避障的集合环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统，主要包括运动系统、电子信息系统和传感系统。它通过CCD摄像机和图像采集卡获得视频信息，并通过超声波传感器组测得前方障碍物距离实现避障。移动机器人的人机界面主要向用户展示移动机器人的运动信息，如当前的运动速度、与前方障碍物的距离以及行驶的轨迹。
ARM221O的基本组成
ARM221O以PHILIPS公司ARM7TDMI-S微控制器LPC2210为核心，以支持实时仿真和嵌入式跟踪的嵌入式系统。LPC2210的CPU频率最大为60MHz，并且扩展了丰富的外围设备接口，使系统稳定性大大提高，开发也更简单。
由于该系统包含了RS232转换电路，可通过UART0与上位机PC104进行数据传输，同时还包括东芝公司的点阵式液晶控制器T6963C，扩展了液晶接口，同时提供了LED数码管显示和16个按键输入，因此开发人机界面非常方便。
人机界面的硬件设计
1 数据传输
PC104的串行口可以作为标准PC的COMl通信口或扩展为控制台串行口，用于键盘输入和显示终端输出或计算机之间的串行输入/输出口。
ARM2210的UART0具有16字节接收和发送FIFO；寄存器位置符合‘‘550工业标准；接收器FIFO触发点可为1, 4, 8和14字节 ；内置波特率发生器。
移动机器人的运动信息通过TI公司DSP控制器TMS320F2812以及超声波传感器等传送至嵌入式微机PC104，再经过PC104作信息融合后，通过串口传给ARM2210并由液晶屏显示。
2 液晶显示及菜单选择
东芝公司的液晶控制器T6963C具有独特的硬件初始化设置功能，最大驱动点阵液晶为单色640×128（单屏），支持图形和文本单独显示和混合显示，并具有字符发生器，能满足对移动机器人人机界面的显示要求。图2为内置T6963C的240×128点阵图形液晶模块原理图。
另外， ARM2210系统中配备了I2C器件ZLG7290以及16个按键。ZLG7290提供了I2C串行接口和按键中断信号，方便与处理器连接；并且能驱动8位共阴数码管或64只独立的LED和64个按键，8个功能键可检测任一键的连击次数。
本系统选用点像素为240×128点、黄绿显示的STN液晶屏YL240128A作为人机界面显示屏；用ARM2210系统16个按键中的S11、S12、S13作为输入部分，实现对人机界面的选择操作。
人机界面的软件设计
移动机器人人机界面的关键是菜单操作，以及图形和数据的实时显示。GUI是用于提高人机交互友好性、易操作性的计算机程序，它是建立在计算机图形学基础上的产物。人们不再需要死记硬背大量的命令，而是通过窗口、菜单方便地进行操作。由于嵌入式系统的资源有限，所以对GUI 的要求是可裁剪的，高速度的。ZLG/GUI 是由周立功公司开发的，占用资源小、使用方便的嵌入式系统简易的图形用户界面软件。ZLG/GUI 提供了最基本的画点、线、圆形、圆弧、椭圆形、矩形、正方形、填充等功能，较高级的接口功能有ASCII 显示、汉字显示、图标显示、窗口、菜单等，支持单色、灰度、伪彩、真彩等图形显示设备。因此，利用ZLG/GUI软件包能够满足对移动机器人人机界面的设计要求。
1 数据传输
接收上位机PC104发送的数据时，使能UART0的FIFO进行数据发送/接收，接收采用中断处理方式。其中，UART0的串口模式和数据结构设置为：通信波特率9600，8位数据位，1位停止位,无奇偶校验。其主要程序如下：
/＊定义串口模式及数据结构＊/
typedef struct Uart0Mode
｛ uint8 datb; // 字长度
uint8 stpb; // 停止位
uint8 parity; // 奇偶校验位
｝ UART0MODE;
/＊初始化串口＊/
uart0_set.datb= 8; // 8位数据位
uart0_set.stpb = 1; // 1位停止位
uart0_set.parity = 0; // 无奇偶校验UART0_Ini（9600, uart0_set）; // 初始化串口模式
/＊串口UART0接收中断＊/
void __irq IRQ_UART0（void）
｛ uint8 i;
if（ 0x04==（U0IIR&0x0F） ） rcv_new = 1; // 置新数据标志
for（i=0; i<8; i++）
｛ rcv_buf[i] = U0RBR; // 读FIFO数据，清除中断标志｝
VICVectAddr = 0x00; // 中断处理结束
｝
2 窗口显示
人机界面主要是通过图标菜单实现移动机器人运动参数的显示，以及运动轨迹的相关操作，如"打开"、"暂停"、"关闭"等。因此，首先定义一个窗口的数据结构,并设置窗口的起始坐标、大小、标题等相关参数；然后调用GUI_WindowsDraw（）输出显示窗口
/＊ 设置主窗口并显示输出 ＊/
mainwindows.x = 0;
mainwindows.y = 0;
mainwindows.with = 240;
mainwindows.hight = 128;
mainwindows.title = （uint8 ＊） "Mobile Robot Interface";
mainwindows.state = NULL;
GUI_WindowsDraw（&mainwindows）; // 绘制主窗口
图标菜单也需要定义相关的数据结构，其中图标数据和文字显示可以通过字模软件转化为数据。如对应"打开"图标转化为数据：
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,
｝; /＊；图标"打开"；宽×高（像素） : 16×16＊/
然后，将每一个图标菜单项的显示坐标地址、图标的数据指针、对应的服务函数等进行设置后，即可调用GUI_MenuIcoDraw（）实现显示输出。
mainmenu[0].icodat = （uint8 ＊） menuico1;
mainmenu[0].title = （uint8 ＊） "open";
mainmenu[0].Function = （void（＊）（））Runopen;
另外，主程序需要先调用GUI_SetColor（1，0）函数来设置前景色及背景色。1表示点显示，0表示点灭。