張旭

摘 要： 當前的桌球擺放采用人工擺放方法，準確定位和智能控制性不好。設(shè)計一種基于S3C2410的桌球自動擺放控制器，提高桌球擺放的人工智能性?？刂破鞯闹鳈C控制分為上位機和下位機兩部分組成，上位機實現(xiàn)對桌球臺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的自動對焦高清攝像頭，采用多線程串口傳輸方法桌球分布的標簽閱讀識別，實現(xiàn)對桌球定位擺放的多維數(shù)據(jù)的接收、存儲和傳輸。下位機是控制器的主機控制模塊，通過程序加載電路加載控制算法，進行桌球擺放信息感知和執(zhí)行器控制。下位機控制器采用低功耗的S3C2410作為主控芯片，實現(xiàn)控制器的集成設(shè)計。測試結(jié)果表明，該控制器具有較好的控制精度，對桌球定位擺放的準確性較高，時間開銷較小。

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

中圖分類號： TN876?34； TP273 文獻標識碼： A 文章編號： 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，也是一種競技體育運動，隨著桌球運動的普及，桌球吸引了人們越來越多的關(guān)注和熱愛。研究桌球場地和設(shè)備的智能化設(shè)計技術(shù)同時也受到人們的極大關(guān)注，桌球的擺放是影響桌球運動娛樂性和一體性的重要環(huán)節(jié)，當前對桌球擺放多采用的是三角架子固定或人工擺放的方法，智能性和準確定位性不高。研究桌球自動擺放控制器是解決桌球運動設(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。本文進行桌球自動擺放控制器優(yōu)化設(shè)計，首先進行控制器設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)分析，然后進行控制器的硬件設(shè)計和軟件開發(fā)，最后進行桌球擺放自動控制器的調(diào)試分析，展示了本文設(shè)計控制器的優(yōu)越性能。

1 控制器系統(tǒng)體系構(gòu)架與設(shè)計流程

桌球自動擺放控制器設(shè)計所需考慮的因素眾多，包括控制器的體積、質(zhì)量、對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)進行桌球自動擺放控制器優(yōu)化設(shè)計?？刂破饔缮稀⑾挛粰C兩部分組成[1]。上位機指桌球自動擺放控制器的視頻信息采集和對桌球的方位距離測量單元，包括直接控制器和顯示屏兩個模塊，采用電機驅(qū)動進行控制器的執(zhí)行器件操控。桌球自動擺放控制器的A/D采集模塊由兩個部分構(gòu)成：一是ARM嵌入式內(nèi)核控制信號調(diào)理部分；二是采集芯片部分。A/D模塊負責采集桌球臺面上的狀態(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)字信號并傳給主控系統(tǒng)，通過信號轉(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LCD屏顯示桌球自動擺放的效果。上位機的ARM主控系統(tǒng)模塊負責接收下位機數(shù)據(jù)并進行顯示、分析和管理，也可以直接調(diào)取下位機進行控制工作，綜上分析，得到本文設(shè)計的桌球自動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)計控制器的供電電路、放大電路、調(diào)理電路進行控制信號處理和MSComm 控件調(diào)制[3]。在軟件模塊設(shè)計中，協(xié)議棧通過配置 fSwConfig，由 DZDAPP_CONFIG_PAN_ID 指定終端傳感器節(jié)點進行控制執(zhí)行驅(qū)動，根據(jù)上述總體設(shè)計構(gòu)架原理分析，進行控制器設(shè)計。其中，主控系統(tǒng)選擇用GT8340嵌入式控制芯片控制上位機的自動對焦的高清攝像頭，進行桌球控制的原始信息采集。選擇三星公司的S3C2410A芯片進行控制器的控制執(zhí)行機構(gòu)的嵌入式設(shè)計[4]，該芯片是一款ARM9芯片，具備ARM嵌入式微處理性能，結(jié)合S3C2410A芯片進行上電加載，將A/D采集的桌球自動擺放的方位數(shù)據(jù)進行數(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，進行控制器的嵌入式設(shè)計，設(shè)計流程和功能模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。endprint

2 控制器的硬件集成設(shè)計

桌球自動擺放控制器的硬件設(shè)計部分采用嵌入式的ARM集成設(shè)計處理方案，控制器選擇了一款型號為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)控接口對桌球臺面的桌球分布位置和方位信息進行圖片、視頻、多維數(shù)據(jù)的接收，并呈現(xiàn)在顯示屏中。在上位機中控制著桌球監(jiān)控攝像頭的轉(zhuǎn)動方向，采用多線程串口傳輸方法桌球分布的標簽閱讀識別。桌球自動擺放的控制器的上、下位機控制單元硬件模塊分布如圖2所示。

由圖2可得，進行控制器的硬件模塊化設(shè)計，主要有A/D電路、程序加載電路、控制復位電路、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，自動檢測桌球的擺放位置，控制器的上、下位機的邏輯時序都是由輸入時鐘控制，利用 ADO 對象調(diào)整輸入電壓，外部激勵信號在1～5 V 范圍內(nèi)穩(wěn)定，用手指觸摸相應位置通斷來實現(xiàn)對電壓的控制，完成對桌球自動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。

（2） 程序加載電路。通過程序加載電路加載控制算法，進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 IC（TTP223B）模塊中，在程序加載電路中控制器自動檢測GT8340嵌入式控制芯片與被控組件的連接情況。使用RS 232串口通信方式進行程序加載，依照字節(jié)由短到長進行通信，采用感知傳感器技術(shù)進行控制器的多信道結(jié)構(gòu)設(shè)計，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。

（3） 控制復位電路。控制復位電路是實現(xiàn)桌球自動擺放的復位控制功能，分布在整個控制器的下位機中，首先給出控制復位電路的控制參數(shù)見表2。

表2 控制復位電路的控制參數(shù)

根據(jù)表2，桌球自動擺放控制復位電路可采用ITU?656 PPI模式和通用PPI模式，下位機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位并產(chǎn)生中斷信號，采用MC7660完成上電復位，得到電路設(shè)計如圖3所示。

（4） 控制中斷電路和控制執(zhí)行電路的集成設(shè)計?？刂浦袛嚯娐泛涂刂茍?zhí)行電路是整個桌球自動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的自動對焦的高清攝像頭。作為上位機的主機控制單元，采用S3C2410作為主控芯片進行控制中斷電路和控制執(zhí)行電路集成設(shè)計，使用ADM706S改變WDI引腳狀態(tài)。當上電復位后，DSP采樣BMODE2?0管腳，SPI存儲器進行16位或者24位地址尋址[6]，使用惟一的ID0xA0來選擇SPI主機引導程序，從外部的8位或16位存儲器中直接執(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主機引導，完成控制中斷電路和控制執(zhí)行電路的集成設(shè)計，設(shè)計電路如圖4所示。

3 控制器軟件設(shè)計

控制器軟件設(shè)計是實現(xiàn)桌球自動擺放控制器的數(shù)據(jù)采集、桌球位置定位測量和高壓控制等功能，在嵌入式ARM環(huán)境下完成程序驅(qū)動和中斷初始化操作。首先進行硬件模塊的PPI和DMA0初始化和協(xié)議棧初始化，通過電機驅(qū)動調(diào)整桌球分布的多維空間，判斷當前A/D采樣結(jié)果，進入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PLL_LOCKCNT設(shè)定的周期后，喚醒S3C2410，進行桌球自動擺放的控制器驅(qū)動操作，實現(xiàn)控制指令加載，得到基于S3C2410的桌球自動擺放控制器軟件實現(xiàn)流程如圖5所示。

4 性能測試分析

在進行桌球擺放控制器的實驗測試中，串口參數(shù)設(shè)置如下：TSPEN位為1，幀同步信號為低電平有效，字長設(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 控件進行人機操作。根據(jù)上述測試參量設(shè)定，在不同的桌球分布環(huán)境下進行多次測試，分別采用本文設(shè)計的控制器、基于視頻辨認方法的控制器和人工擺放方法進行桌球擺放，得到時間分析結(jié)果如圖6所示。桌球擺放定位誤差對比分析結(jié)果見表3。分析圖6得知，本文設(shè)計控制器進行桌球擺放的耗時最少。分析表3結(jié)果得知，本文方法定位準確度較高，起伏較低，人工擺放方法的誤差最大，不確定因素較多，且開銷時間最長。研究結(jié)果證明了本文設(shè)計的控制器的有效性和智能性。

5 結(jié) 語

本文設(shè)計基于S3C2410的桌球自動擺放控制器，提高桌球擺放的人工智能性。首先進行控制器設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)分析，然后進行控制器的硬件設(shè)計和軟件開發(fā)，主要對控制器的A/D電路、程序加載電路、控制復位電路、控制中斷電路和控制執(zhí)行電路進行詳細設(shè)計描述，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)。最后進行桌球擺放自動控制器的調(diào)試分析，研究得出，本文設(shè)計的控制器具有較好的控制精度，對桌球定位擺放的準確性較高，控制時間開銷較小，具有很好的實用價值。

參考文獻

[1] 陶俊豪，章鵬，蔡飛.一種基于LPC1788的互聯(lián)網(wǎng)遠程智能控制系統(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)字電路板自動測試系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機測量與控制，2014，22（7）：2040?2042.

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

[4] 韓光宇，瞿鋒，郭勁，等.衛(wèi)星激光測距中白天測距的分析與實現(xiàn)[J].儀器儀表學報，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雙筒激光測距望遠鏡控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（16）：1?7.endprint