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河北工业大学 RoboMaster 2023赛季 RMUL 步兵电控代码

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BriMonzZY/mas-infantry-firmware

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河北工业大学RMUL2023 步兵电控

autor:brimonzzy

硬件接线图

来自robomaster AI机器人2020标准版:

代码解读

typedef(为复杂的声明定义一个别名)

例如:int (*pFunc)(char *frame, int len); 定义了一个函数指针变量pFunc,它可以指向这样的函数:返回值为int,形参为char*、int。typedef int (*pFunc_t)(char *frame, int len); 定义了一个类型函数指针pFunc_t。

以代码中typedef int32_t (*fn_can_send)(enum device_can can, struct can_msg);为例:motor_can_send_registermotor_can_send指向函数形参的函数,motor_can_sendfn_can_send类型的,所以可以直接使用motor_can_send来代指设置的函数。这样提高了代码的复用性。

application中的infantry_cmd.h中定义着通信协议

底盘跟随云台:follow_relative_anglefollow_angle_info_rcv()中获取,数据类型为struct cmd_gimbal_info,函数follow_angle_info_rcv chassis_recv_cmd_table中指定为CMD_PUSH_GIMBAL_INFO消息的回调函数。在chassis_app_init中被初始化到app->recv_cmd_table

chassis_info_pushchassis_app_init注册到软件定时器,10ms执行一次,调用protocol_send发布位置、角度、速度数据到pc端

gimbal_info_pushgimbal_app_init注册到软件定时器,10ms执行一次,调用protocol_send发布云台信息到PROTOCOL_BROADCAST_ADDR

protocol_send

protocol_s_broadcast_add_nodeprotocol_s_add_sendnode将要传输的数据打包

send_list_add_callBack发送成功后的回调函数

GIMBAL的can地址为0x500,CHASSIS的can地址为0x600

protocol_can_interface_register初始化板间can通信,发送的回调函数为can1_std_transmit

can_fifo0_rx_callback_register函数注册can接收回调函数,在board_config被调用,注册can1和can2的接收回调函数为can1_msg_reccan2_msg_reccan1_msg_rec调用protocol_can_rcv_databoard_app->can1_msg_callback函数。can1_msg_callbackgimbal_app_init中初始化gimbal_can1_callback

can中断服务函数在drv_can.cHAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback

云台相关的角度限幅在gimbal.h

文件结构

.
├── README.md
├── application
|   ├── chassis
|   └── gimbal
├── bsp
|	├── boards
|   └── cubemx					// cubemx生成的bsp文件
|		├── Core
|		├── Drivers
|		├── MDK-ARM
|		├── Middlewares
|		├── USB_DEVICE
|		└── project.ioc
├── build
|	└── MDK-ARM
├── components					// 通用模块,包括命令行,驱动模块和系统组件
|	├── algorithms				// 算法类
|	├── bmi088
|	├── cli
|	├── devices
|	├── easyflash
|	├── event_mgr
|	├── log
|	├── modules
|	├── protocol
|	├── referee
|	├── soft_timer
|	├── support
|	└── systemview				// 虚拟分析嵌入式系统的工具包(SEGGER SystemView)
├── doc
|	├── image
|	├── ch
|	└── en
├── MDK-ARM
|	└── project.uvprojx
└── tools

Keil工程结构

.
├── application
|   ├── init.c					// 任务、系统设置、外设初始化函数
|   ├── app_manage.c			// ?
|   ├── communicate.c			// 通信任务(协议发送和解包任务)
|   ├── offline_service.c		// ?
|   ├── sensor_task.c			// 传感器更新任务(AHRS以及EventMsgPos)
|   ├── shell.c					// 命令行(cli)任务
|   ├── event.h
|   ├── infantry_cmd.h			// 定义了命令的形式
|   └── appcfg.h
├── chassis_app
|   ├── chassis_app.c			// 
|   ├── chassis_task.c			// 底盘控制任务
|   └── chassis_cmd.c			// 底盘命令响应
├── gimbal_app
|   ├── gimbal_app.c			// 
|   ├── gimbal_task.c			// 云台控制任务
|   ├── gimbal_cmd.c			// 云台命令响应
|   └── shoot_task.c			// 发射任务
├── boards
|   ├── board.c					// 开发板外设初始化
|   ├── stm32f4xx_it.c
|   ├── drv_can.c
|   ├── drv_uart.c				// uart1用于shell uart6用于裁判系统
|   ├── drv_dr16.c				// uart3用于遥控器dbus收据接收
|   ├── drv_flash.c
|   ├── drv_io.c
|   ├── drv_bmi088.c
|   └── usbd_cdc_if.c
├── bmi088
|   ├── AHRS_middleware.c		// 姿态解算中间层,为姿态解算提供相关函数
|   ├── BMI088driver.c			// BMI088驱动,提供了初始化和读取BMI088的接口
|   ├── BMI088Middleware.c		// BMI088驱动的中间层,对接HAL库为BMI088driver.c提供相关函数
|   ├── user_lib.c				// 实现一些用户定义的功能函数
|   ├── AHRS.lib				// 姿态解算库
|   └── arm_cortexM4lf_math.lib
├── device
|   ├── device.c				// ?
|   ├── motor.c					// 电机设备接口
|   ├── dbus.c					// dbus设备接口
|   ├── single_gyro.c			// gyro设备
├── ez_flash					// EasyFlash库
├── cli
|   ├── cli_history.c			// 管理命令行输入的历史记录
|   ├── cli_interpreter.c
|   └── cli_process.c			// 处理命令字符和键盘交互,外部只需调用cli_process即可
├── event_mgr					// 事件分发模块采用订阅发布模型,是观察者模式实现,用于数据解耦和传感器数据分发
|   ├── event_mgr.c
|   └── memory_mgr.c
├── log							// 日志打印模块
|   ├── log.c
|   ├── log.h
|   └── log_config.h
├── systemview
├── referee						// 裁判系统相关函数
|   ├── referee_system.c
|   └── referee_system.h
├── modules
|   ├── chassis.c				// 底盘控制相关函数
|   ├── gimbal.c				// 云台控制相关函数
|   └── shoot.c					// 发射控制相关函数
├── algorithm
|   ├── mecanum.c				// 麦克纳姆轮运动学解算
|   ├── pid.c					// PID算法实现
|   └── ramp.c					// 斜坡滤波器实现
├── soft_timer					// 软件定时器
|   ├── soft_timer.c
|   ├── os_timer.c
|   └── period.c
├── protocol					// 协议相关函数
|   ├── protocol.c
|   ├── protocol_common.c
|   ├── protocol_transmit.c
|   └── protocol_interface.c
├── support
|   ├── fifo.c					// FIFO实现
|   ├── mf_crc.c				// CRC校验实现
|   ├── linux_list.h			// 列表实现
|   └── mem_mang4.c				// freertos内存管理
├── freertos
├── cubemx
├── usb_device
└── stm32f4xx_hal 

TODO

  • [ ]
  • [ ]

概述

软件环境

  • Toolchain/IDE : MDK-ARM V5 / arm-none-eabi
  • package version: STM32Cube FW_F4 V1.24.0
  • FreeRTOS version: 10.0.0
  • CMSIS-RTOS version: 1.02

编程规范

  • 变量和函数命名方式遵循 Unix/Linux 风格
  • chassis_task与gimbal_task是强实时控制任务,优先级最高,禁止被其他任务抢占或者阻塞
  • 不需要精确计时的任务,采用自行实现的软件定时器实现,定时精度受任务调度影响

注意事项

1.由于发射机构触动开关阻力非常小,轻微转动拨弹电机就可能造成子弹越过触动开关触碰摩擦轮,导致摩擦轮摩擦过大无法启动,造成摩擦轮磨损和电机启动失败。因此,开电前务必检查是否有子弹已经越过触动开关。取出办法:用手按住一侧摩擦轮,旋转另一个摩擦轮。

2.由于snail电机初始化未成功时,电机产生叫声的频率在角速度响应范围内,会极大的干扰云台控制,导致无法正常控制。解决方法:可以对陀螺仪数据采用带阻滤波解决。(本版本未加入)

3.在云台控制逻辑中,考虑到调试视觉识别装甲时可能需要发射子弹功能,所以自动模式下开放了单发功能。但如果在单发后没有将左拨杆回中,会导致在从自动模式下切回手动模式立刻触发连发模式。因此,在自动模式下单发之后务必保证将拨杆拨回中间位置。

4.国际开发板C型上有一枚跳线帽,用于区分当前为底盘模块还是云台模块,插上跳线帽为底盘模块。出现不能控制且无声光报警请检查跳线帽是否松动,

兼容2019年车体结构

打开 appcfg.h 文件的宏 ICRA2019 可以使用2019年车体结构参数,包括轮距轴距,云台轴向等。

云台校准方法

国际开发板C型自带用户按键,短按可以进行陀螺仪校准。云台模块完成陀螺仪校准后,还会利用机械限位进行云台角度校准

触发条件:

1.开发板首次刷入程序或者参数区被清空

2.按下板载白色按键触发

注意:校准时务必将底盘放在水平地面,保证车体静止

模块离线说明

当车辆的某个模块离线时,可以根据声光指示进行问题定位

蜂鸣器鸣叫次数按照离线模块的优先级进行错误指示,例如云台电机优先级高于拨弹电机,如果同时发生离线,先指示当前离线设备是云台电机

注意:有且仅有在遥控器右上摇杆拨到下方,同时底盘C型板接入到机载电脑并运行相关驱动后,才能屏蔽电机模块离线功能

模块离线对应的状态如下,数字对应蜂鸣器每次鸣叫的次数,按照优先级排序:

底盘模块

  1. 右前轮电机掉线
  2. 左前轮电机掉线
  3. 左后轮电机掉线
  4. 右后轮电机掉线

云台模块

  1. 云台 YAW 电机掉线
  2. 云台 PITCH 电机掉线
  3. 拨盘电机掉线

遥控器离线

此时红灯常亮,所有执行器失效

妙算心跳离线

当右上角拨杆开关打下时,若没有收到妙算心跳,此时蓝灯常亮

文档

快速开始

硬件接口

主控板使用国际开发板 C 型,各个功能接口的位置如下:

云台接口 17: pwm pin 18: trigger pin

底盘接口 19: firmware config pin.

功能模块

手动模式:

提供遥控器基础控制。

全自动模式:

这种模式下底盘、云台、发射机构受到上层 PC 的完全控制,完全控制包含对这些执行机构以具体物理单位的控制。

操作档位说明:

手动档

遥控器控制(底盘跟随云台):右拨杆上 遥控器控制(云台跟随地盘):右拨杆中

  • 开、关摩擦轮(左拨杆上拨)
  • 单发、连发射击(左拨杆下拨)
自动档

正常比赛时使用(拨杆右下)

左拨杆位置对应功能:

  • 上:摩擦轮打开,其他全接管
  • 中:摩擦轮关闭,其他全接管
  • 下:只具有单发功能

程序说明

程序体系结构

体系框架

  1. 使用免费及开源的 freertos 操作系统,兼容其他开源协议 license;
  2. 使用标准 CMSIS-RTOS 接口,方便不同操作系统或平台间程序移植;
  3. 提供一套抽象步兵机器人bsp,简化上层逻辑;

application:上层应用任务,包括系统任务

bsp:C型开发板适配包

components:通用机器人模块,包括命令行,驱动模块和系统组件

doc:说明文档

MDK-ARM:armcc工具链,注意:未购买license最多只能编译20kb大小固件

tools: cmake gnu toolchain. You should install make, cmake, arm-none-eabi and set env value.

软件体系

固件提供统一的机器人软件栈,所有业务逻辑包含在application中,使用观察者模式分发信息,软件框架如下:

硬件体系

  1. 主控 MCU:STM32F407IGHx,配置运行频率180MHz
  2. 模块通信方式:CAN;CAN设备:电机电调、陀螺仪模块
  3. 上下层通信方式:USB虚拟串口
  4. 麦轮安装方式:O型

协议数据

数据分类

协议数据按照通信方向可以分为两大类:

底层发送给上层的数据:

  1. 反馈信息:包含各个机构传感器反馈信息、底层计算出来的一些反馈信息;
  2. 底层状态信息:包含底层设备运行状态、底层对上层数据的一些响应等;
  3. 转发数据:包含裁判系统的全部信息、服务器端的自定义信息;

底层接收的上层数据:

  1. 控制信息:上层对底层 3 个执行机构的控制信息;

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河北工业大学 RoboMaster 2023赛季 RMUL 步兵电控代码

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