摘要：介紹一種以ARM為核心的嵌入式服務機器人體感遙控器的設計。硬件上，本遙控器采用具有ARM Cortex-M3內核的STM32F103C8T6作為核心處理器，選用ST公司的iNEMO慣性導航模塊進行手部姿態的識別，同時還具有LCD顯示模塊、無線收發模塊和電源模塊；軟件上，采用嵌入式操作系統μC／OS-II實現多任務的調度和外圍設備的管理。經實驗驗證，本遙控器具有高穩定性、高實時性、高可靠性、低誤碼率等優點。
關鍵詞：服務機器人；體感遙控器；ARM；慣性傳感器；μC／OS-II

引言
服務機器人作為多種高新技術發展成果的集成，為實現服務的目的，需要通過人性化、簡便、自然的方式進行人機交互，傳統的按鍵式遙控器顯然不能滿足這種設計要求。目前，體感設備發展迅速，各類基于體感控制的裝置層出不窮。體感控制就是通過肢體動作變化來實現
控制，基于體感裝置的人機交互已經成為當前研究的熱門課題。
常見的無線遙控技術不外乎紅外遙控技術和無線電遙控技術。其中紅外遙控技術優點就是帶寬大，但是需要較強的指向性，傳輸距離短，穿透能力差，功耗高；與之相比，無線電遙控技術無方向性，抗干擾能力和穿透能力強，傳輸距離遠，功耗低。因此，無線電遙控技術更加適合于智能家居、消費類電子和機器人控制等領域。
本文以STM32F103C8T6作為主控制器，采用iNEMO慣性導航模塊、nRF24L01無線模塊和12864液晶顯示模塊。設計的嵌入式體感遙控器具有體積小、操作簡單、可靠性高、可擴展性強等優點，能夠較好地滿足對服務機器人可靠遙控的要求，具有較大的應用推廣價值。

1 系統功能要求及整體架構
1．1 基本功能要求
①具備實時準確發送相應控制指令的能力。根據手部姿態確定指令的內容。
②具備接收機器人本體回傳數據包的能力。根據接收的數據包進行解析，進而判斷本體接收的控制指令是否正確。
③具備當前指令和機器人當前狀態信息的顯示能力。一方面將發送的控制指令在LCD液晶屏上予以顯示；另一方面根據機器人本體回傳的數據包，解析得出機器人的狀態，在LCD液晶屏上進行顯示。
④具備電池電量檢測和低壓報警功能。將剩余電量實時地顯示在LCD液晶屏上，當電量不足時，通過蜂鳴器進行報警提示。
1．2 系統整體方案及架構
iNEMO慣性導航模塊的基本原理如圖1所示，利用MEMS傳感器和主控芯片STM32F103RET7提供動靜態方向和慣性測量功能。集成雙軸滾轉-俯仰陀螺儀(LPR430AL)、單軸偏航陀螺儀(LY330ALH)、6軸地磁測量模塊(LSM303DLH)、壓力傳感器(LPS001DL)和溫度傳感器(STLM75)5個意法半導體公司的傳感器，運行一個AHRS姿態角運算系統，從而實現對姿態角的實時測量。

本遙控器采用ST公司具有Cortex-M3內核的ARM控制器STM32F103C8T6作為主控制器，采用ST公司的iNEMO慣性導航模塊進行手部姿態檢測，采用nRF24L01無線模塊實現指令的發送和數據的接收，采用12864液晶顯示模塊對當前控制指令、機器人當前狀態和剩余電量予以顯示，采用LED和蜂鳴器實現提示和報警功能。遙控器軟件上使用μC／OS-II實時嵌入式操作系統，能夠實現實時性內核、任務管理、時間管理、通信與同步、內存管理等功能。系統的整體架構如圖2所示。

2 硬件電路設計
2．1 主控制模塊電路
主控制器STM32F103C8T6芯片，工作頻率高達72 MHz，內置64 KB的Flash和20 KB的SRAM，具有豐富外設和超低功耗，完全滿足本設計要求。主控制模塊電路圖如圖3所示，參照ST公司發布的STMF10xxx硬件開發入門文檔，該部分包括外部時鐘電路、模擬電源輸入、電源濾波、下載仿真口的設計。

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穩壓芯片提供5 V電壓，選用REG1117-3．3穩壓芯片為系統提供3．3 V電壓。STM32F1 03C8T6電源分為模擬電源與數字電源，為了保證其正常工作，將兩路電源進行隔離設計，在模擬地與數字地之間通過0Ω電阻實現單點共地。為監測鋰電池電源電壓，將電池電壓經電阻分壓及阻容濾波電路濾波后作為STM32F103C8T6采樣輸入。
2．3 無線通信模塊及顯示模塊電路
無線通信模塊采用2．4 GHz頻段射頻芯片nRF24L01作為無線數據收發芯片，工作于2．4～2．5GHz ISM頻段，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。nRF24L01功耗低，在以-6 dBm的功率發射時，工作電流只有9 mA；接收時，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)使節能設計更方便。nRF24L01采用SPI總線方式與控制芯片進行通信。
12864液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內置8192個中文漢字(16×1 6點陣)、128個字符(8×16點陣)及64×256點陣顯示RAM(GDRAM)，具有并行數據傳送方式和串行數據傳送方式，其中串行數據傳輸方式只用到CS、SID、SCK 3個通信引腳，較并行數據傳送方式節省單片機的I／O引腳，本文采用串行傳輸方式進行設計。