一种智能机器人系统设计和实现

文章摘要：中间件μC/GUI界面应用程序向用户提供了丰富的API接口函数，为窗口设计提供了方便。在设计中，为了绘制一幅背景图片，首先使用位图转换工具把bmp格式的位图转换成μC/GUI支持的C文件，供μC/GUI函数调用。然后根据μC/GUI提供的API函数设计系统界面。用到的API函数主要有位图显示函数、窗口创建函数、窗口客户区句柄获取函数、按钮创建函数、文本框创建函数和滑动进度条创建函数等。设计的界面最终在8英寸LCD液晶屏上显示。本系统设计的窗口主要由两个子窗口组成：上方窗口主要用于视频显示，可以通过触摸屏点击开始或结束，视频数据将自动存入规划好的内存图像存储区，以便进一步

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　　中间件μC/GUI界面应用程序向用户提供了丰富的API接口函数，为窗口设计提供了方便。在设计中，为了绘制一幅背景图片，首先使用位图转换工具把bmp格式的位图转换成μC/GUI支持的C文件，供μC/GUI函数调用。然后根据μC/GUI提供的API函数设计系统界面。用到的API函数主要有位图显示函数、窗口创建函数、窗口客户区句柄获取函数、按钮创建函数、文本框创建函数和滑动进度条创建函数等。设计的界面最终在8英寸LCD液晶屏上显示。本系统设计的窗口主要由两个子窗口组成：上方窗口主要用于视频显示，可以通过触摸屏点击开始或结束，视频数据将自动存入规划好的内存图像存储区，以便进一步处理利用，并可选择机器人所处环境的特定算法程序，且运行相应的程序；下方的窗口工具条主要完成机器人现场音频数据的收集、播放及停止采集，录制的音频信息将自动存入规划好的内存音频数据存储区Sound_Buffer中，而播放的音频数据放在内存Play_Buffer中，它们采用的都是内存映射技术。

　　3.3 用户任务设计

　　基于μC/OS-Ⅱ的任务管理机制，根据系统的功能要求，划分为6个系统任务，并设置每个任务的优先级，如表1所示。

　　(1)Motor_Drive_Task——定时中断节拍进行计时，在任务循环块中，接收图像处理控制算法中形成的电机驱动参数，即Image_Analyze_Task任务中产生的电机驱动参数，更新PWM输出，完成机器人所需运动轨迹姿态的调整，随后挂起自身。

　　(2)Image_Analyze_Task——获取在内存循环队列中的图像数据，在任务循环块中检测图像信号量。如果没有在一定时期内进行任务调度，则挂起自身；若有则对获取内存循坏队列中的图像数据进行分析处理，得出电机驱动参数并发送该信息至消息队列中，然后释放图像信号量，再挂起自身。

　　(3)Sound_Record_Task——用于采集、存储机器人周围环境声音信息数据到声音队列中。

　　(4)Sound_Play_Task——定时从内存声音播放存储处，即Play_Buffer中提取数据放到队列中进行播放。

　　(5)Image_Collect_Task——建立窗口界面，在任务循坏块中检测图像信号量。如果没有在一定时期内进行任务调度，则挂起自身；如果检测到图像信号量，则采集一幅图像到图像存储循坏队列中，采集完成，再释放图像信号量，挂起自身。

　　(6)GUI_Update_Task——按照μC/GUI手册规定，当其使用窗口回调机制，建议把它设为最低优先级别的任务，用来更新回调信息，并且该任务必须实现，且要定期调用。

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　　4 试验研究分析

　　设计并完成装配的机器人的样机如图3所示，其中A为摄像头模块，B为麦克风，C为液晶屏，D为喇叭，E为12 V电瓶。摄像头离地的高度为450 mm，摄像头光轴与水平面角度为60°。

　　4.1 视频图像采集试验

　　由于本文采用的核心控制板的I/O口资源有限，因此，对图像采集的控制信号线用普通的I/O口，而不是用中断I/O口与其摄像头模块相连，因此只能用软件实时检测I/O的电平状态，决定何时采集开始，何时读数据，何时结束。为了能够采集到图像数据并能分辨出来，必须能够跟踪控制信号的变化状态，如果不对摄像头模块进行降频处理，则由于I/O口电平的变化频率远低于摄像头控制信号的变化频率，将导致I/O口无法跟踪控制信号变化，即将无法判断帧、行、点何时开始与结束这些状态信息。当摄像头的最高频率（点像素频率最高）降到1 MHz左右，系统就能跟踪并完整地采集到图像信息，并进一步处理之后完好地显示出来。采集到的实验数据如表2所示（示波器采用x10档）。

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