一種智能機器人系統設計和實現

　　3.1 控制系統總體軟件結構

　　軟件系統主要由應用軟件、內核、系統服務、驅動程序等組成。其構成示意圖如圖2.

　　圖2中硬件平臺是指核心控制模塊及其外圍擴展模塊，如視頻采集模塊、語音采集模塊等；驅動程序是指系統對LCD、直流電機、攝像頭模塊、語音采集模塊等程序；內核是指嵌入式操作系統，本系統采用的是μC/OS-Ⅱ操作系統；系統服務是指圖形界面μC/GUI和文件系統等；應用程序是指為完成控制系統所規劃的任務等程序。

　　3.2 基于μC/GUI的界面設計

　　μC/GUI是嵌入式應用中通用的圖形軟件，是為帶LCD的圖形應用系統提供高效的圖形用戶接口而設計的，它不依賴于處理器和LCD控制器。μC/GUI在多任務環境下工作與在單任務環境下工作性能同樣卓越，任何尺寸大小的顯示設備，不管是物理的或是虛擬的，只要具備LCD控制器和處理器，都可以運用μC/GUI.μC/GUI產品包中包含有所有的源代碼。實際上，在所有的嵌入式圖形用戶接口中，μC/GUI提供的源代碼是最整潔最統一的。μC/GUI提供的所有服務都以該模塊相關的前綴開始（如：GUI,WM），這將易于理解應用程序中與μC/GUI相關的函數。同時，μC/GUI所有的服務都有很明晰的分類：GUI表示二維圖形，GUI_AA表示反鋸齒等。

　　中間件μC/GUI界面應用程序向用戶提供了豐富的API接口函數，為窗口設計提供了方便。在設計中，為了繪制一幅背景圖片，首先使用位圖轉換工具把bmp格式的位圖轉換成μC/GUI支持的C文件，供μC/GUI函數調用。然后根據μC/GUI提供的API函數設計系統界面。用到的API函數主要有位圖顯示函數、窗口創建函數、窗口客戶區句柄獲取函數、按鈕創建函數、文本框創建函數和滑動進度條創建函數等。設計的界面最終在8英寸LCD液晶屏上顯示。本系統設計的窗口主要由兩個子窗口組成：上方窗口主要用于視頻顯示，可以通過觸摸屏點擊開始或結束，視頻數據將自動存入規劃好的內存圖像存儲區，以便進一步處理利用，并可選擇機器人所處環境的特定算法程序，且運行相應的程序；下方的窗口工具條主要完成機器人現場音頻數據的收集、播放及停止采集，錄制的音頻信息將自動存入規劃好的內存音頻數據存儲區Sound_Buffer中，而播放的音頻數據放在內存Play_Buffer中，它們采用的都是內存映射技術。

　　3.3 用戶任務設計

　　基于μC/OS-Ⅱ的任務管理機制，根據系統的功能要求，劃分為6個系統任務，并設置每個任務的優先級，如表1所示。

　　(1)Motor_Drive_Task——定時中斷節拍進行計時，在任務循環塊中，接收圖像處理控制算法中形成的電機驅動參數，即Image_Analyze_Task任務中產生的電機驅動參數，更新PWM輸出，完成機器人所需運動軌跡姿態的調整，隨后掛起自身。

　　(2)Image_Analyze_Task——獲取在內存循環隊列中的圖像數據，在任務循環塊中檢測圖像信號量。如果沒有在一定時期內進行任務調度，則掛起自身；若有則對獲取內存循壞隊列中的圖像數據進行分析處理，得出電機驅動參數并發送該信息至消息隊列中，然后釋放圖像信號量，再掛起自身。

　　(3)Sound_Record_Task——用于采集、存儲機器人周圍環境聲音信息數據到聲音隊列中。

　　(4)Sound_Play_Task——定時從內存聲音播放存儲處，即Play_Buffer中提取數據放到隊列中進行播放。

　　(5)Image_Collect_Task——建立窗口界面，在任務循壞塊中檢測圖像信號量。如果沒有在一定時期內進行任務調度，則掛起自身；如果檢測到圖像信號量，則采集一幅圖像到圖像存儲循壞隊列中，采集完成，再釋放圖像信號量，掛起自身。

　　(6)GUI_Update_Task——按照μC/GUI手冊規定，當其使用窗口回調機制，建議把它設為最低優先級別的任務，用來更新回調信息，并且該任務必須實現，且要定期調用。