2 硬件電路設(shè)計(jì)

　　2．1 主控制模塊電路

　　主控制器STM32F103C8T6芯片，工作頻率高達(dá)72 MHz，內(nèi)置64 KB的Flash和20 KB的SRAM，具有豐富外設(shè)和超低功耗，完全滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)要求。主控制模塊電路圖如圖3所示，參照ST公司發(fā)布的STMF10xxx硬件開(kāi)發(fā)入門(mén)文檔，該部分包括外部時(shí)鐘電路、模擬電源輸入、電源濾波、下載仿真口的設(shè)計(jì)。

　　2．2 電源模塊電路

　　本遙控器采用8．4 V鋰電池供電，采用TL750M05C穩(wěn)壓芯片提供5 V電壓，選用REG1117-3．3穩(wěn)壓芯片為系統(tǒng)提供3．3 V電壓。STM32F1 03C8T6電源分為模擬電源與數(shù)字電源，為了保證其正常工作，將兩路電源進(jìn)行隔離設(shè)計(jì)，在模擬地與數(shù)字地之間通過(guò)0Ω電阻實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)共地。為監(jiān)測(cè)鋰電池電源電壓，將電池電壓經(jīng)電阻分壓及阻容濾波電路濾波后作為STM32F103C8T6采樣輸入。

　　2．3 無(wú)線(xiàn)通信模塊及顯示模塊電路

　　無(wú)線(xiàn)通信模塊采用2．4 GHz頻段射頻芯片nRF24L01作為無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)芯片，工作于2．4～2．5GHz ISM頻段，輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序進(jìn)行配置。nRF24L01功耗低，在以-6 dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流只有9 mA；接收時(shí)，工作電流只有12．3 mA，多種低功率工作模式（掉電模式和空閑模式）使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。nRF24L01采用SPI總線(xiàn)方式與控制芯片進(jìn)行通信。

　　12864液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字（16×1 6點(diǎn)陣）、128個(gè)字符（8×16點(diǎn)陣）及64×256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM），具有并行數(shù)據(jù)傳送方式和串行數(shù)據(jù)傳送方式，其中串行數(shù)據(jù)傳輸方式只用到CS、SID、SCK 3個(gè)通信引腳，較并行數(shù)據(jù)傳送方式節(jié)省單片機(jī)的I／O引腳，本文采用串行傳輸方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　體感遙控器的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)μC／OS-II，借助于μC／OS-II內(nèi)核的多任務(wù)管理和優(yōu)秀的實(shí)時(shí)性能，大大簡(jiǎn)化了軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并且可以保證系統(tǒng)響應(yīng)的實(shí)時(shí)性。

　　3．1 任務(wù)分配與實(shí)現(xiàn)

　　在任務(wù)規(guī)劃的過(guò)程中，采用分層次和模塊化的思想將整個(gè)系統(tǒng)任務(wù)進(jìn)行劃分。首先，我們必須對(duì)系統(tǒng)整體的控制任務(wù)有清楚地了解，具體任務(wù)劃分如表1所列。

　　表1中除OSTaskStat和OSTaskIdle任務(wù)為系統(tǒng)自帶，其他8個(gè)任務(wù)均為用戶(hù)創(chuàng)建。其中：App_TaskStart為起始任務(wù)，系統(tǒng)運(yùn)行后第一個(gè)建立的任務(wù)，其作用是為初始化系統(tǒng)時(shí)鐘和底層設(shè)備創(chuàng)建所有事件和其他任務(wù)；App_TaskAD任務(wù)監(jiān)視電池電壓的變化，當(dāng)電壓低于設(shè)定值Low Battery時(shí)，將啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警；App_TaskAHRS任務(wù)通過(guò)DMA不斷接收iNEMO慣性導(dǎo)航模塊數(shù)據(jù)，然后交由USART1接收緩沖區(qū)，實(shí)時(shí)獲得手部姿態(tài)信息；App_TaskCmd根據(jù)手部姿態(tài)信息轉(zhuǎn)化為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)指令，然后按照制定的通信協(xié)議通過(guò)nRF24L01無(wú)線(xiàn)模塊將指令數(shù)據(jù)包發(fā)送出去；App_TaskData任務(wù)在每發(fā)送一次指令數(shù)據(jù)包后，通過(guò)nRF24L01無(wú)線(xiàn)模塊接收機(jī)器人本體回傳的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息包；App_TaskLCD任務(wù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)指令、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、電池電量、實(shí)時(shí)時(shí)鐘在12864液晶顯示模塊上的顯示；App_TaskLED_B任務(wù)通過(guò)LED指示遙控器上的主控芯片與iNEMO慣性導(dǎo)航模塊、遙控器與機(jī)器人是否通信正常，當(dāng)電池電量過(guò)低時(shí)，通過(guò)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警；App_TaskClock任務(wù)得到DS1302的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，通過(guò)消息郵箱App_LCDClockMbox發(fā)送給App_TaskLCD任務(wù)予以實(shí)時(shí)顯示。

　　3．2 任務(wù)間通信設(shè)計(jì)

　　任務(wù)和中斷服務(wù)子程序可以通過(guò)事件控制塊與其他任務(wù)進(jìn)行通信，常用的通信方式有信號(hào)量、郵箱和消息隊(duì)列，同時(shí)，通過(guò)事件標(biāo)志實(shí)現(xiàn)任務(wù)與事件之間的同步。本操作系統(tǒng)共創(chuàng)建了8個(gè)消息郵箱和1個(gè)事件標(biāo)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

　　其中，App_GreenLEDFlag包括3個(gè)標(biāo)志位：

　　#define Flg_GreenLED 0x0001

　　#define Flg-BlueLED 0x0002

　　#define Flg_Buzzer 0x0004