張旭

摘 要： 當(dāng)前的桌球擺放采用人工擺放方法，準(zhǔn)確定位和智能控制性不好。設(shè)計(jì)一種基于S3C2410的桌球自動(dòng)擺放控制器，提高桌球擺放的人工智能性?？刂破鞯闹鳈C(jī)控制分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成，上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)桌球臺(tái)面的視覺信息采集和桌球定位擺放方位分析，采用GT8340嵌入式控制芯片控制上位機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦高清攝像頭，采用多線程串口傳輸方法桌球分布的標(biāo)簽閱讀識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)桌球定位擺放的多維數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)和傳輸。下位機(jī)是控制器的主機(jī)控制模塊，通過(guò)程序加載電路加載控制算法，進(jìn)行桌球擺放信息感知和執(zhí)行器控制。下位機(jī)控制器采用低功耗的S3C2410作為主控芯片，實(shí)現(xiàn)控制器的集成設(shè)計(jì)。測(cè)試結(jié)果表明，該控制器具有較好的控制精度，對(duì)桌球定位擺放的準(zhǔn)確性較高，時(shí)間開銷較小。

關(guān)鍵詞： S3C2410； 桌球自動(dòng)擺放控制器； 上位機(jī)； 下位機(jī)

中圖分類號(hào)： TN876?34； TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）16?0098?04

Abstract： The current artificial placement method of billiards has low positioning accuracy and poor intelligent control performance， so a billiards automatic placement controller based on S3C2410 was designed to improve the artificial intelligence of billiards placement. The controller is composed of host computer and slave computer. The host computer can acquire the visual information of billiards on the table， and analyze the billiards placing orientation. The embedded control chip GT8340 is used to control the autofocus high?definition camera of the host computer. The multi?thread serial transmission method is used to read and identify the distribution label of the billiards to receive， store and transmit the multidimensional data of the billiards placement. The slave computer， as the host control module of the controller， loads the control algorithm through the program loading circuit to perceive the billiards placement information and control the actuator. The low?power consumption S3C2410 is taken as the main control chip of the slave computer controller to realize the integrated design of the controller. The test results show that the controller has high control precision， high accuracy for billiards placement positioning， and short time expenditure.

Keywords： S3C2410； billiards automatic placement controller； host computer； slave computer

桌球既是一種休閑娛樂活動(dòng)，也是一種競(jìng)技體育運(yùn)動(dòng)，隨著桌球運(yùn)動(dòng)的普及，桌球吸引了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注和熱愛。研究桌球場(chǎng)地和設(shè)備的智能化設(shè)計(jì)技術(shù)同時(shí)也受到人們的極大關(guān)注，桌球的擺放是影響桌球運(yùn)動(dòng)娛樂性和一體性的重要環(huán)節(jié)，當(dāng)前對(duì)桌球擺放多采用的是三角架子固定或人工擺放的方法，智能性和準(zhǔn)確定位性不高。研究桌球自動(dòng)擺放控制器是解決桌球運(yùn)動(dòng)設(shè)備設(shè)施智能化發(fā)展的重要內(nèi)容，相關(guān)的控制器研究受到人們的極大重視。本文進(jìn)行桌球自動(dòng)擺放控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)分析，然后進(jìn)行控制器的硬件設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)，最后進(jìn)行桌球擺放自動(dòng)控制器的調(diào)試分析，展示了本文設(shè)計(jì)控制器的優(yōu)越性能。

1 控制器系統(tǒng)體系構(gòu)架與設(shè)計(jì)流程

桌球自動(dòng)擺放控制器設(shè)計(jì)所需考慮的因素眾多，包括控制器的體積、質(zhì)量、對(duì)桌球定位控制的精度、元件成本以及可靠性等。在控制器的體系構(gòu)架中，采用嵌入式技術(shù)進(jìn)行桌球自動(dòng)擺放控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)?？刂破饔缮稀⑾挛粰C(jī)兩部分組成[1]。上位機(jī)指桌球自動(dòng)擺放控制器的視頻信息采集和對(duì)桌球的方位距離測(cè)量單元，包括直接控制器和顯示屏兩個(gè)模塊，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制器的執(zhí)行器件操控。桌球自動(dòng)擺放控制器的A/D采集模塊由兩個(gè)部分構(gòu)成：一是ARM嵌入式內(nèi)核控制信號(hào)調(diào)理部分；二是采集芯片部分。A/D模塊負(fù)責(zé)采集桌球臺(tái)面上的狀態(tài)和環(huán)境數(shù)據(jù)，使用直接控制單元，將采集的桌面位置和角度等參量信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并傳給主控系統(tǒng)，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，將數(shù)據(jù)傳回并保存至控制器的執(zhí)行中心單元，通過(guò)LCD屏顯示桌球自動(dòng)擺放的效果。上位機(jī)的ARM主控系統(tǒng)模塊負(fù)責(zé)接收下位機(jī)數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示、分析和管理，也可以直接調(diào)取下位機(jī)進(jìn)行控制工作，綜上分析，得到本文設(shè)計(jì)的桌球自動(dòng)擺放控制器主要由硬件模塊和軟件模塊兩大部分組成，其中，硬件模塊采用S3C2410作為主控芯片[2]，設(shè)計(jì)控制器的供電電路、放大電路、調(diào)理電路進(jìn)行控制信號(hào)處理和MSComm 控件調(diào)制[3]。在軟件模塊設(shè)計(jì)中，協(xié)議棧通過(guò)配置 fSwConfig，由 DZDAPP_CONFIG_PAN_ID 指定終端傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制執(zhí)行驅(qū)動(dòng)，根據(jù)上述總體設(shè)計(jì)構(gòu)架原理分析，進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)。其中，主控系統(tǒng)選擇用GT8340嵌入式控制芯片控制上位機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦的高清攝像頭，進(jìn)行桌球控制的原始信息采集。選擇三星公司的S3C2410A芯片進(jìn)行控制器的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的嵌入式設(shè)計(jì)[4]，該芯片是一款A(yù)RM9芯片，具備ARM嵌入式微處理性能，結(jié)合S3C2410A芯片進(jìn)行上電加載，將A/D采集的桌球自動(dòng)擺放的方位數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將擺放狀態(tài)結(jié)果輸出至屏幕，采用了多傳感器配合外部高性能A/D芯片采集方法進(jìn)行硬件初始化，發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)幀序列到ARM處理器平臺(tái)，進(jìn)行控制器的嵌入式設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)流程和功能模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。endprint

2 控制器的硬件集成設(shè)計(jì)

桌球自動(dòng)擺放控制器的硬件設(shè)計(jì)部分采用嵌入式的ARM集成設(shè)計(jì)處理方案，控制器選擇了一款型號(hào)為GT8340的32位嵌入式控制芯片[5]，其具有高速緩存功能。采用視頻監(jiān)控接口對(duì)桌球臺(tái)面的桌球分布位置和方位信息進(jìn)行圖片、視頻、多維數(shù)據(jù)的接收，并呈現(xiàn)在顯示屏中。在上位機(jī)中控制著桌球監(jiān)控?cái)z像頭的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，采用多線程串口傳輸方法桌球分布的標(biāo)簽閱讀識(shí)別。桌球自動(dòng)擺放的控制器的上、下位機(jī)控制單元硬件模塊分布如圖2所示。

由圖2可得，進(jìn)行控制器的硬件模塊化設(shè)計(jì)，主要有A/D電路、程序加載電路、控制復(fù)位電路、控制中斷電路和控制執(zhí)行電路，分別描述如下：

（1） A/D電路。A/D電路的工作主頻可達(dá)160M/MIPS，采用TMS320VC5409A作為AD外圍器件，AD電路的芯片滿足片內(nèi)32 KB（地址范圍0080H～7FFFH）、片外32 KB（地址范圍8000H～FFFFH）尋址，自動(dòng)檢測(cè)桌球的擺放位置，控制器的上、下位機(jī)的邏輯時(shí)序都是由輸入時(shí)鐘控制，利用 ADO 對(duì)象調(diào)整輸入電壓，外部激勵(lì)信號(hào)在1～5 V 范圍內(nèi)穩(wěn)定，用手指觸摸相應(yīng)位置通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的控制，完成對(duì)桌球自動(dòng)擺放控制器的輸出高電平與低電平的A/D采樣，完成A/D電路設(shè)計(jì)。

（2） 程序加載電路。通過(guò)程序加載電路加載控制算法，進(jìn)行桌球擺放信息感知和執(zhí)行器控制。程序加載電路模塊設(shè)置在觸摸檢測(cè) IC（TTP223B）模塊中，在程序加載電路中控制器自動(dòng)檢測(cè)GT8340嵌入式控制芯片與被控組件的連接情況。使用RS 232串口通信方式進(jìn)行程序加載，依照字節(jié)由短到長(zhǎng)進(jìn)行通信，采用感知傳感器技術(shù)進(jìn)行控制器的多信道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，控制器的程序加載電路完成信息感知、網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)據(jù)處理功能，利用表1所示的命令結(jié)構(gòu)表控制數(shù)字接口，完成程序加載電路設(shè)計(jì)。

（3） 控制復(fù)位電路?？刂茝?fù)位電路是實(shí)現(xiàn)桌球自動(dòng)擺放的復(fù)位控制功能，分布在整個(gè)控制器的下位機(jī)中，首先給出控制復(fù)位電路的控制參數(shù)見表2。

表2 控制復(fù)位電路的控制參數(shù)

根據(jù)表2，桌球自動(dòng)擺放控制復(fù)位電路可采用ITU?656 PPI模式和通用PPI模式，下位機(jī)控制器采用低功耗的S3C2410作為主控芯片，使用二維DMA在控制指令的1幀傳輸后完成控制復(fù)位并產(chǎn)生中斷信號(hào)，采用MC7660完成上電復(fù)位，得到電路設(shè)計(jì)如圖3所示。

（4） 控制中斷電路和控制執(zhí)行電路的集成設(shè)計(jì)?？刂浦袛嚯娐泛涂刂茍?zhí)行電路是整個(gè)桌球自動(dòng)擺放控制器的核心部分，采用GT8340嵌入式控制芯片控制上位機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦的高清攝像頭。作為上位機(jī)的主機(jī)控制單元，采用S3C2410作為主控芯片進(jìn)行控制中斷電路和控制執(zhí)行電路集成設(shè)計(jì)，使用ADM706S改變WDI引腳狀態(tài)。當(dāng)上電復(fù)位后，DSP采樣BMODE2?0管腳，SPI存儲(chǔ)器進(jìn)行16位或者24位地址尋址[6]，使用惟一的ID0xA0來(lái)選擇SPI主機(jī)引導(dǎo)程序，從外部的8位或16位存儲(chǔ)器中直接執(zhí)行控制命令。在開始區(qū)域、地址區(qū)域和指令區(qū)域?qū)崿F(xiàn)UART主機(jī)引導(dǎo)，完成控制中斷電路和控制執(zhí)行電路的集成設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)電路如圖4所示。

3 控制器軟件設(shè)計(jì)

控制器軟件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)桌球自動(dòng)擺放控制器的數(shù)據(jù)采集、桌球位置定位測(cè)量和高壓控制等功能，在嵌入式ARM環(huán)境下完成程序驅(qū)動(dòng)和中斷初始化操作。首先進(jìn)行硬件模塊的PPI和DMA0初始化和協(xié)議棧初始化，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)整桌球分布的多維空間，判斷當(dāng)前A/D采樣結(jié)果，進(jìn)入CAN中斷程序，判斷桌球的位置分布，調(diào)整模型能夠在三維空間中進(jìn)行桌球擺放定位[7]。由25 MHz的晶振頻率感知傳感器數(shù)據(jù)幀，根據(jù)收到的數(shù)值調(diào)節(jié)控制指令，到達(dá)PLL_LOCKCNT設(shè)定的周期后，喚醒S3C2410，進(jìn)行桌球自動(dòng)擺放的控制器驅(qū)動(dòng)操作，實(shí)現(xiàn)控制指令加載，得到基于S3C2410的桌球自動(dòng)擺放控制器軟件實(shí)現(xiàn)流程如圖5所示。

4 性能測(cè)試分析

在進(jìn)行桌球擺放控制器的實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，串口參數(shù)設(shè)置如下：TSPEN位為1，幀同步信號(hào)為低電平有效，字長(zhǎng)設(shè)為18位，DMA0_Y_MODIFY也設(shè)為2，控制命令區(qū)域從03位開始存執(zhí)構(gòu)建MapView 控件進(jìn)行人機(jī)操作。根據(jù)上述測(cè)試參量設(shè)定，在不同的桌球分布環(huán)境下進(jìn)行多次測(cè)試，分別采用本文設(shè)計(jì)的控制器、基于視頻辨認(rèn)方法的控制器和人工擺放方法進(jìn)行桌球擺放，得到時(shí)間分析結(jié)果如圖6所示。桌球擺放定位誤差對(duì)比分析結(jié)果見表3。分析圖6得知，本文設(shè)計(jì)控制器進(jìn)行桌球擺放的耗時(shí)最少。分析表3結(jié)果得知，本文方法定位準(zhǔn)確度較高，起伏較低，人工擺放方法的誤差最大，不確定因素較多，且開銷時(shí)間最長(zhǎng)。研究結(jié)果證明了本文設(shè)計(jì)的控制器的有效性和智能性。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)基于S3C2410的桌球自動(dòng)擺放控制器，提高桌球擺放的人工智能性。首先進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)分析，然后進(jìn)行控制器的硬件設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)，主要對(duì)控制器的A/D電路、程序加載電路、控制復(fù)位電路、控制中斷電路和控制執(zhí)行電路進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)描述，以S3C2410作為主控芯片，并在嵌入式ARM環(huán)境下完成軟件開發(fā)。最后進(jìn)行桌球擺放自動(dòng)控制器的調(diào)試分析，研究得出，本文設(shè)計(jì)的控制器具有較好的控制精度，對(duì)桌球定位擺放的準(zhǔn)確性較高，控制時(shí)間開銷較小，具有很好的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 陶俊豪，章鵬，蔡飛.一種基于LPC1788的互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2015，38（21）：76?79.

[2] 郭素敏，徐克寶，蘇春建，等.通用數(shù)字電路板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2014，22（7）：2040?2042.

[3] 劉海達(dá)，李靜，彭華.利用最大偏差比的LDPC碼識(shí)別算法[J].信號(hào)處理，2014，30（8）：908?913.

[4] 韓光宇，瞿鋒，郭勁，等.衛(wèi)星激光測(cè)距中白天測(cè)距的分析與實(shí)現(xiàn)[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2012，33（4）：885?890.

[5] HAYMAN M， THAYER J P. General description of polarization in lidar using Stokes vectors and polar decomposition of Mueller matrices [J]. JOSA A， 2012， 29（4）： 400?409.

[6] KIRCHNER G， KOIDL F， FRIEDERICH F， et al. Laser measurements to space debris from Graz SLR station [J]. Advances in space research， 2013， 51（1）： 21?24.

[7] 黃濤，李祝蓮，張海濤，等.53 cm雙筒激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（16）：1?7.endprint