一、主要內(nèi)容

結(jié)合阿克曼運動需求，本團(tuán)隊設(shè)計了阿克曼運動系統(tǒng)框圖如圖

主要包括阿克曼小車仿真設(shè)計和阿克曼小車實物實現(xiàn)。

圖 1 阿克曼運動系統(tǒng)框圖

1.1 阿克曼小車仿真設(shè)計

本節(jié)先介紹阿克曼小車模型，小車仿真設(shè)計包括SolidWorks和gazebo三維建模。

1.1.1 阿克曼小車

阿克曼小車是一款經(jīng)典的車模，小車模型后輪是通過電機直驅(qū)，前輪通過舵機控制前輪轉(zhuǎn)向角，前輪部分則是在模型中添加一個豎直的關(guān)節(jié)，使前輪能圍繞此關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動

1.1.2 SolidWorks三維模型

采用SolidWorks (2016版)設(shè)計軟件搭建阿克曼小車三維模型如圖 2圖 3圖 4，主體分為底板、電池、控制器、帶編碼電機的后輪、激光雷達(dá)、深度攝像頭、阿克曼前輪轉(zhuǎn)向7個部分如圖 5。

各部分零件都定義了材料屬性，選擇取小車底盤中心為模型的原點，配置了小車JRDF文件見附件3。

目前可以導(dǎo)入到gazebo環(huán)境中，可以實現(xiàn)小車的前進(jìn)與后退，但轉(zhuǎn)向無法實現(xiàn)，原因分析由于阿克曼轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)屬于空間四連桿結(jié)構(gòu) (并聯(lián)結(jié)構(gòu)不支持)如圖 6。

圖2正等測

圖3前視圖

圖4俯視圖

圖5爆炸視圖

圖6模型導(dǎo)入gazebo效果

1.1.3 gazebo三維建模

為了簡化小車的運動，直接調(diào)入用阿克曼模型，簡化小車的前后輪運動關(guān)系，搭配了里程計和攝像頭，可以實現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)向、直行和后退。

小車分別導(dǎo)入到gazebo和rviz效果分別如圖 7圖 8建模過程見附件1文檔

圖 7 加載到gazebo

圖8 加載到rvzi

1.2 阿克曼小車實物實現(xiàn)

小車底層搭載STM32F103系列單片機，運動控制算法采用阿克曼算法，解析后分別驅(qū)動舵機和編碼電機，可以通過審口通訊實現(xiàn)上下位機的人機交互，方便調(diào)試我們設(shè)計了PS2手柄控制模式。

實現(xiàn)小車的實物制作如圖 9。

圖9小車實物

1.2.1控制器

小車控制器采用意法半導(dǎo)體STM32F103C6，是一款 ARM 32位 Cortex-M3 微控制器，2MHz 32B 閃存，10KB SRAM，PLL，嵌入式內(nèi)部 RC 8MHz和 32KHz，實時時鐘，嵌套中斷控制器，省電式。

JTAG和SWD，2同步,具有輸入捕捉、輸出比和PWM的16位定時器、16位6通道高級定時器、2個16位看門狗定時器、SysTick定時器、SP112C、2個USART、USB2.0全速接口、CAN2.0B激活、2個12位10通道D轉(zhuǎn)換器。

快速 /0 端口如圖 10整體資源滿足小車求，10使用情況詳細(xì)說明，STM32核心板和底板原理圖見附件1。

圖 10 STM32F103引腳定義圖

1.2.2 阿克曼運動算法

阿克曼轉(zhuǎn)向是一種現(xiàn)代汽車的轉(zhuǎn)向方式，在汽車轉(zhuǎn)彎的時候，內(nèi)外輪轉(zhuǎn)過的角度不一樣，內(nèi)側(cè)輪胎轉(zhuǎn)彎半徑小于外側(cè)輪胎。理想的阿克曼轉(zhuǎn)向如圖 11，而本車模型采用反向的阿克曼模型。

圖 11 理想的阿克曼轉(zhuǎn)向

根據(jù)阿克曼轉(zhuǎn)向幾何設(shè)計轉(zhuǎn)向機構(gòu)，在車輛沿著彎道轉(zhuǎn)彎時，利用四連桿的相等曲柄，可以使內(nèi)側(cè)輪的轉(zhuǎn)向角比外側(cè)輪大大約 2~4度，使四個輪子路徑的圓心大致上交會于后軸的延長線上瞬時轉(zhuǎn)向中心，從而讓車輛可以順暢的轉(zhuǎn)彎。

阿克曼核心公式如下;

式中:B一汽車前外輪轉(zhuǎn)角，a 一汽車前內(nèi)輪轉(zhuǎn)角，K一兩主銷中心距，L一軸距如圖 12。

具體實現(xiàn)見附件2中control.c中Kinematic Analysis函數(shù)。

圖 12 阿克曼數(shù)學(xué)模型

control.c

#include "control.h" ?


//#define T 0.245f
//#define L 0.29f
//#define K 14.00f
#define T 0.156f
#define L 0.1445f
#define K 622.8f
u8 Flag_Target,Flag_Change; ?//相關(guān)標(biāo)志位
//float Voltage_Temp,Voltage_Count,Voltage_All; ?//電壓采樣相關(guān)變量
int j,sum;
/**************************************************************************
函數(shù)功能：小車運動數(shù)學(xué)模型
入口參數(shù)：速度和轉(zhuǎn)角
返回 ?值：無
**************************************************************************/
void Kinematic_Analysis(float velocity,float angle)
{
 ? ?Target_A=velocity*(1+T*tan(angle)/2/L); 
 ? ?Target_B=velocity*(1-T*tan(angle)/2/L); ? ? ?//后輪差速
 ? ?Servo=SERVO_INIT+angle*K; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//舵機轉(zhuǎn)向 ? 
}
/**************************************************************************
函數(shù)功能：所有的控制代碼都在這里面
 ? ? ? ? 定時中斷觸發(fā)
 ? ? ? ? 嚴(yán)格保證采樣和數(shù)據(jù)處理的時間同步 ? ? ? ? 
**************************************************************************/
void Control(void)
{
 ?oled_show(); ? ? ? ? ? ? ? //顯示屏打開
 ?Encoder_Left=Read_Encoder(2); ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
 ?Encoder_Right=-Read_Encoder(3); ? ? ?//讀取左右編碼器 ? 
 ?delay_ms(50); ? ? ? ? ? ? ? ? ?//=====延時等待穩(wěn)定 ?
 ?if(Turn_Off(Voltage)==0&&Flag_Way==0)
 ? { ? 
 ? ? ?jiexi();
 ? ? ?Kinematic_Analysis(Velocity,Angle); ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //小車運動學(xué)分析
 ? ? ?Motor_A=Target_A*20; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //===計算電機A最終PWM
 ? ? ?Motor_B=Target_B*20; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//===計算電機B最終PWM 
 ? ? ?Xianfu_Pwm(); ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//===PWM限幅
 ? ? ?Set_Pwm(Motor_A,Motor_B,Servo); ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//===賦值給PWM寄存器 ?
 ? ?
 ? } ? ? ? 
 ?else if(Turn_Off(Voltage)==0&&Flag_Way==1) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//===如果不存在異常
 ? ?{
 ? ? ?Get_RC();
 ? ? ?Kinematic_Analysis(Velocity,Angle); ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //小車運動學(xué)分析 
 ? ? ?Motor_A=Incremental_PI_Left(Encoder_Left,Target_A); ? ? ? ? ? ? ? ? ? //===速度閉環(huán)控制計算電機A最終PWM
 ? ? ?Motor_B=Incremental_PI_Right(Encoder_Right,Target_B); ? ? ? ? ? ? ? ? ?//===速度閉環(huán)控制計算電機B最終PWM 
 ? ? ?Xianfu_Pwm(); ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//===PWM限幅
 ? ? ?Set_Pwm(Motor_A,Motor_B,Servo); ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//===賦值給PWM寄存器 ?
 ? ?}
 ?else Set_Pwm(0,0,SERVO_INIT); ?//===賦值給PWM寄存器 ? ?
 ?Voltage_Temp=Get_battery_volt(); ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //=====讀取電池電壓 ? ?
 ?Voltage_Count++; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //=====平均值計數(shù)器
 ?Voltage_All+=Voltage_Temp; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //=====多次采樣累積
 ?if(Voltage_Count==10) Voltage=Voltage_All/10,Voltage_All=0,Voltage_Count=0;//=====求平均值 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 
 ?if(Flag_Show==0) ? ? ? ?Led_Flash(100);
 ?else if(Flag_Show==1) ?Led_Flash(0); ?//led閃爍
 ?Key(); ? ?//===掃描按鍵狀態(tài) 單擊雙擊可以改變小車運行狀態(tài)


}

/**************************************************************************
函數(shù)功能：賦值給PWM寄存器
入口參數(shù)：PWM
返回 ?值：無
**************************************************************************/
void Set_Pwm(int motor_a,int motor_b,int servo)
{
 ? ? ?if(motor_a<0) ? ? ?PWMA2=7200,PWMA1=7200+motor_a;
 ? ? ?else ? ? ? ? ? ? ? PWMA1=7200,PWMA2=7200-motor_a;
 ? ?
 ? ? ?if(motor_b<0) ? ? ?PWMB1=7200,PWMB2=7200+motor_b;
 ? ? ?else ? ? ? ? ? ? ? PWMB2=7200,PWMB1=7200-motor_b;
 ? ? SERVO=servo; ?
}
/**************************************************************************
函數(shù)功能：限制PWM賦值 
入口參數(shù)：幅值
返回 ?值：無
**************************************************************************/
void Xianfu_Pwm(void)
{ ?
 ? ?int Amplitude=6900; ? ?//===PWM滿幅是7200 限制在6900
 ? ?if(Motor_A<-Amplitude) Motor_A=-Amplitude; ?
 ? ?if(Motor_A>Amplitude) ?Motor_A=Amplitude; ?
 ? ?if(Motor_B<-Amplitude) Motor_B=-Amplitude; ?
 ? ?if(Motor_B>Amplitude) ?Motor_B=Amplitude; ? ?
 ? ?if(Servo<(SERVO_INIT-500)) ? ? Servo=SERVO_INIT-500; ? ?//舵機限幅
 ? ?if(Servo>(SERVO_INIT+500)) ? ? Servo=SERVO_INIT+500; ? ? ?//舵機限幅
}
/************************************************************************
函數(shù)功能：按鍵修改小車運行狀態(tài) 
入口參數(shù)：無
返回 ?值：無
**************************************************************************/
void Key(void)
{ ?
 ?u8 tmp,tmp2;
 ?tmp=click(); 
// ?tmp=click_N_Double(50); //雙擊，雙擊等待時間500ms
 ?if(tmp==1)Flag_Stop=!Flag_Stop;//單擊控制小車的啟停
 ?//if(tmp==2)Flag_Show=!Flag_Show;//雙擊控制小車的顯示狀態(tài)
 ?tmp2=Long_Press(); ?//長按 ? ? ? ?
 ?if(tmp2==1)Flag_Show=!Flag_Show;//控制小車的顯示狀態(tài) ? ? ? ? ? ? ? ? 
}
/**************************************************************************
函數(shù)功能：異常關(guān)閉電機
入口參數(shù)：電壓
返回 ?值：1：異常 ?0：正常
**************************************************************************/
u8 Turn_Off( int voltage)
{
 ? ? ?u8 temp;
 ? ? ?if(voltage<740||Flag_Stop==1)//電池電壓低于11.1V關(guān)閉電機
 ? ? ?{ ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
 ? ? ?temp=1; ?
 ? ? ?PWMA1=0; //電機控制位清零 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 
 ? ? ?PWMB1=0; //電機控制位清零
 ? ? ?PWMA2=0; //電機控制位清零
 ? ? ?PWMB2=0; //電機控制位清零 ? ? ? ? ? ?
 ? ? ?}
 ? ? ?else
 ? ? ?temp=0;
 ? ? ?return temp; ? ?
}


/**************************************************************************
函數(shù)功能：絕對值函數(shù)
入口參數(shù)：int
返回 ?值：unsigned int
**************************************************************************/
int myabs(int a)
{ ? ? ? ?
 ? ?int temp;
 ? ?if(a<0) ?temp=-a; ?
 ? ?else temp=a;
 ? ?return temp;
}
/**************************************************************************
函數(shù)功能：增量PI控制器
入口參數(shù)：編碼器測量值，目標(biāo)速度
返回 ?值：電機PWM
根據(jù)增量式離散PID公式 
pwm+=Kp[e（k）-e(k-1)]+Ki*e(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]
e(k)代表本次偏差 
e(k-1)代表上一次的偏差 ?以此類推 
pwm代表增量輸出
在我們的速度控制閉環(huán)系統(tǒng)里面，只使用PI控制
pwm+=Kp[e（k）-e(k-1)]+Ki*e(k)
**************************************************************************/
int Incremental_PI_Left (int Encoder,int Target)
{ ? 
 ? static int Bias,Pwm,Last_bias;
 ? Bias=Target-Encoder; ? ? ? ? ? ? ? ?//計算偏差
 ? Pwm+=Velocity_KP*(Bias-Last_bias)+Velocity_KI*Bias; ? //增量式PI控制器
 ? Last_bias=Bias; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //保存上一次偏差 
 ? return Pwm; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //增量輸出
}
int Incremental_PI_Right (int Encoder,int Target)
{ ? 
 ? static int Bias,Pwm,Last_bias;
 ? Bias=Target-Encoder; ? ? ? ? ? ? ? ?//計算偏差
 ? Pwm+=Velocity_KP*(Bias-Last_bias)+Velocity_KI*Bias; ? //增量式PI控制器
 ? Last_bias=Bias; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //保存上一次偏差 
 ? return Pwm; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //增量輸出
}
/**************************************************************************
函數(shù)功能：通過指令對小車進(jìn)行遙控
入口參數(shù)：PS2指令
返回 ?值：無 
**************************************************************************/
void Get_RC(void)//PS2控制
{
 ?int Yuzhi=2;
 ?float LY,RX;
 ?LY=PS2_LY-128; ? ? //計算偏差
 ?RX=PS2_RX-128;
 ?if(LY>-Yuzhi&&LY-Yuzhi&&RX

1.2.3 舵機驅(qū)動

腦機的控制由一個脈沖寬度調(diào)制信號(PWM)來實現(xiàn)，該信號由 stm32發(fā)出。

通常來說，夠機的控制信號周期為 20ms的脈寬調(diào)制信號其中脈沖寬度從 0.5-2.5對應(yīng)盤位置的 0-180度如圖 13，呈線性變化，也就是說給它提供一定的脈寬。

它的輸出軸就會保持在一定對應(yīng)角度上，無論外界力矩怎么改變，直到給它提供另外寬度的脈沖信號，它才會改變輸出角度到新的位置上。

圖 13 舵機輸出轉(zhuǎn)角與輸入信號脈沖寬度的關(guān)系

采用DSServo達(dá)盛金屬舵機如圖 14，型號為 DS3230，適用于航模、車模、船模及機器人的小型機，額定扭矩 3N.m，轉(zhuǎn)動角度 270度。

具體定義見附件2中motor.c，功能實現(xiàn)見control.c中Kinematic Analysis函數(shù)

圖 14 達(dá)盛金屬舵機

motor .c

#include "motor.h"
void Motor_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
{ ? ? ? ? 

 ?RCC->APB1ENR|=1<<2; ? ? ? //TIM4時鐘使能 ? ?
 ?RCC->APB2ENR|=1<<3; ? ? ? //PORTB時鐘使能 ? 
 ?GPIOB->CRL&=0X00FFFFFF; ? //PORTB6 7 ?8 9推挽輸出
 ?GPIOB->CRL|=0XBB000000; ? //PORTB6 7 ?8 9推挽輸出
 ?GPIOB->CRH&=0XFFFFFF00; ? //PORTB6 7 ?8 9推挽輸出
 ?GPIOB->CRH|=0X000000BB; ? //PORTB6 7 ?8 9推挽輸出
 ?TIM4->ARR=arr;//設(shè)定計數(shù)器自動重裝值 
 ?TIM4->PSC=psc;//預(yù)分頻器不分頻
 ?TIM4->CCMR1|=6<<4;//CH1 PWM1模式 ?
 ?TIM4->CCMR1|=6<<12; //CH2 PWM1模式 ?
 ?TIM4->CCMR2|=6<<4;//CH3 PWM1模式 ?
 ?TIM4->CCMR2|=6<<12; //CH4 PWM1模式 ?
 ?
 ?TIM4->CCMR1|=1<<3; //CH1預(yù)裝載使能 ? ?
 ?TIM4->CCMR1|=1<<11;//CH2預(yù)裝載使能 ? 
 ?TIM4->CCMR2|=1<<3; //CH3預(yù)裝載使能 ? ?
 ?TIM4->CCMR2|=1<<11;//CH4預(yù)裝載使能 ? 
 ?TIM4->CCER|=1<<0; ?//CH1輸出使能 ?
 ?TIM4->CCER|=1<<4; ?//CH2輸出使能 ? ? 
 ?TIM4->CCER|=1<<8; ?//CH3輸出使能 ?
 ?TIM4->CCER|=1<<12; //CH4輸出使能 ? ? 
 ?TIM4->CR1=0x80; ? ?//ARPE使能 
 ?TIM4->CR1|=0x01; ? //使能定時器
 
} 


/***************** ? *********************************************************
函數(shù)功能：舵機PWM以及定時中斷初始化
入口參數(shù)：入口參數(shù)：arr：自動重裝值  psc：時鐘預(yù)分頻數(shù) 
返回 ?值：無
**************************************************************************/
void Servo_PWM_Init(u16 arr,u16 psc) ?
{ ? 
 ?
 ?RCC->APB2ENR|=1<<11; ? ? ? //使能TIM1時鐘 ? ?
 ?RCC->APB2ENR|=1<<2; ? ? ? ?//PORTA時鐘使能 
 ?GPIOA->CRH&=0XFFFF0FFF; ? ?//PORTA11復(fù)用輸出
 ?GPIOA->CRH|=0X0000B000; ? ?//PORTA11復(fù)用輸出
 ?TIM1->ARR=arr; ? ? ? ? ? ? //設(shè)定計數(shù)器自動重裝值 
 ?TIM1->PSC=psc; ? ? ? ? ? ? //預(yù)分頻器不分頻
 ?TIM1->CCMR2|=6<<12; ? ? ? ?//CH4 PWM1模式 ?
 ?TIM1->CCMR2|=1<<11; ? ? ? ?//CH4預(yù)裝載使能 ? ? 
 ?TIM1->CCER|=1<<12; ? ? ? ? //CH4輸出使能 ? ? 
 ?TIM1->BDTR |= 1<<15; ? ? ? //TIM1必須要這句話才能輸出PWM
 ?TIM1->CR1 = 0x80; ? ? ? ? ? //ARPE使能 
 ?TIM1->DIER|=1<<0; ? ? ? ? //允許更新中斷 ?
 ?TIM1->CR1|=0x01; ? ? ? ? ?//使能定時器1 ? ? 
 ?TIM1->CCR4=1500; ?
// ?MY_NVIC_Init(1,1,TIM1_UP_IRQn,2);
}

1.2.4 編碼電機驅(qū)動

直流減速電機接口方式如圖 15，是一個帶編碼器的直流減速電機，編碼器的作用是測速。

一般包括六個接線端子，電機電源輸入 M1和電機電源輸入 M2是直流電機引腳，電機的旋轉(zhuǎn)和速度調(diào)節(jié)只需這兩個引腳即可。剩下中間的四個引腳是編碼器。

圖 15 編碼電機

STM32F103的高級控制定時器 TIM1和 TIM8在基本定時器的基礎(chǔ)上引入了外部腳，可以輸入捕獲和輸出比較功能。

高級定時器能夠完成輸入捕獲和輸出比較的功能，輸出比較包括翻轉(zhuǎn)、強制為有效電平、PWM1和 PWM2等模式，其中 PWM模時最常用的。

電機采用定時器TIM8，兩路編碼器分別采用定時器TIM2和TIM3。

電機具體定義見附件2中motr.c，編碼器具體定義見附件2中encoder.c，功能實現(xiàn)凡control.c中Kinematic Analysis函數(shù)。

encoder.c

#include "encoder.h"
#include "stm32f10x_gpio.h"
/**************************************************************************
函數(shù)功能：把TIM2初始化為編碼器接口模式
入口參數(shù)：無
返回  值：無
**************************************************************************/
void Encoder_Init_TIM2(void)
{
  TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;  
  TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;  
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);// 需要使能AFIO時鐘
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);//使能定時器2的時鐘
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);//使能PA端口時鐘
  //RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);//使能PB端口時鐘
  
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1;  //端口配置
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空輸入
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                //根據(jù)設(shè)定參數(shù)初始化GPIOA
  
  TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0x0; // 預(yù)分頻器 
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = ENCODER_TIM_PERIOD; //設(shè)定計數(shù)器自動重裝值
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//選擇時鐘分頻：不分頻
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;TIM向上計數(shù)  
  TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
  TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM2, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);//使用編碼器模式3
  TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);
  TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 10;
  TIM_ICInit(TIM2, &TIM_ICInitStructure);
  TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);//清除TIM的更新標(biāo)志位
  TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);
  //Reset counter
  TIM_SetCounter(TIM2,0);
  TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); 
  
}
/**************************************************************************
函數(shù)功能：把TIM3初始化為編碼器接口模式
入口參數(shù)：無
返回  值：無
**************************************************************************/
void Encoder_Init_TIM3(void)
{
  TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;  
  TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;  
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);//使能定時器3的時鐘
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);//使能PB端口時鐘
  
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;  //端口配置
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空輸入
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                //根據(jù)設(shè)定參數(shù)初始化GPIOA
  
  TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0x0; // 預(yù)分頻器 
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = ENCODER_TIM_PERIOD; //設(shè)定計數(shù)器自動重裝值
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//選擇時鐘分頻：不分頻
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;TIM向上計數(shù)  
  TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);
  
  TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);//使用編碼器模式3
  TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);
  TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 10;
  TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);
  TIM_ClearFlag(TIM3, TIM_FLAG_Update);//清除TIM的更新標(biāo)志位
  TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);
  //Reset counter
  TIM_SetCounter(TIM3,0);
  TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); 
}
/**************************************************************************
函數(shù)功能：單位時間讀取編碼器計數(shù)
入口參數(shù)：定時器
返回  值：速度值
**************************************************************************/
int Read_Encoder(u8 TIMX)
{
    int Encoder_TIM;    
   switch(TIMX)
   {
     case 2:  Encoder_TIM= (short)TIM2 -> CNT;  TIM2 -> CNT=0;break;  
     case 3:  Encoder_TIM= (short)TIM3 -> CNT;  TIM3 -> CNT=0;break;  
     default:  Encoder_TIM=0;
   }
    return Encoder_TIM;
}
/**************************************************************************
函數(shù)功能：TIM3中斷服務(wù)函數(shù)
入口參數(shù)：無
返回  值：無
**************************************************************************/
void TIM3_IRQHandler(void)
{                         
  if(TIM3->SR&0X0001)//溢出中斷
  {                                    
  }           
  TIM3->SR&=~(1<<0);//清除中斷標(biāo)志位       
}
/**************************************************************************
函數(shù)功能：TIM2中斷服務(wù)函數(shù)
入口參數(shù)：無
返回  值：無
**************************************************************************/
void TIM2_IRQHandler(void)
{                         
  if(TIM2->SR&0X0001)//溢出中斷
  {                                    
  }           
  TIM2->SR&=~(1<<0);//清除中斷標(biāo)志位       
}

1.2.5 串口通訊

小車采用有線的串口與電腦通訊,來模擬驅(qū)動板通過串口與工控機NANO板完成信息交互，使用STM32F103串口1實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

對應(yīng)輸出腳為 TXD-PA10，RXD-PA9，編寫中動板通過審口與工控機,NANO板完成信息交互。

通過輪詢的方式將驅(qū)動板采集到的傳感器數(shù)據(jù)等發(fā)送給工控機，通過中斷的方式接收工控機發(fā)來的串口控制量從而完成小車的運動控制。

通過CH340G芯片完成電平轉(zhuǎn)換，CH340是一人USB總線的轉(zhuǎn)換芯片，實現(xiàn) USB轉(zhuǎn)由口，CH340G州片中的 TXD和 RXD輕舟機器人學(xué)習(xí)教程5。

STM32F103的USART1RXD和USART1TXD相連接。

首先配置口參數(shù)及中斷優(yōu)先級，然后編寫發(fā)送函數(shù)，最后使能接收中斷。

具體定義見附件2中usart.c，功能實現(xiàn)見DataScope DP.c中USART TX和jiexi函數(shù)。

usart.c

#include "usart.h" ? ?
//加入以下代碼,支持printf函數(shù),而不需要選擇use MicroLIB ? ?
#if 1
#pragma import(__use_no_semihosting) ? ? ? ? ? ? 
//標(biāo)準(zhǔn)庫需要的支持函數(shù) ? ? ? ? ? ? ? ? 
struct __FILE 
{ 
 ?int handle; 
 ?/* Whatever you require here. If the only file you are using is */ 
 ?/* standard output using printf() for debugging, no file handling */ 
 ?/* is required. */ 
}; 
/* FILE is typedef’ d in stdio.h. */ 
FILE __stdout; ? ? ? 
//定義_sys_exit()以避免使用半主機模式 ? ?
_sys_exit(int x) 
{ 
 ?x = x; 
} 
//重定義fputc函數(shù) 
int fputc(int ch, FILE *f)
{ ? ? ?


 ?while((USART3->SR&0X40)==0);
 ?USART3->DR = (u8) ch; ? ? ?
 ?return ch;
}
#endif 
u8 Usart3_Receive=0X5A;
void usart1_init(u32 bound)
{
 ?//GPIO端口設(shè)置
 ?GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 ?USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
 ?NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
 ?RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); ?//使能USART1，GPIOA時鐘
 ?
 ?//USART1_TX ? GPIOA.9
 ?GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9
 ?GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
 ?GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; ?//復(fù)用推挽輸出
 ?GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.9
 ? 
 ?//USART1_RX ? ?GPIOA.10初始化
 ?GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;//PA10
 ?GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空輸入
 ?GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.10 ?
 ? //USART 初始化設(shè)置
//UsartNVIC 配置
 ?NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
 ?NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0 ;//搶占優(yōu)先級
 ?NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; ? ?//子優(yōu)先級
 ?NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; ? ? ?//IRQ通道使能
 ?NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); ?//根據(jù)指定的參數(shù)初始化VIC寄存器
 ?
 ?USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//串口波特率
 ?USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字長為8位數(shù)據(jù)格式
 ?USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一個停止位
 ?USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//無奇偶校驗位
 ?USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//無硬件數(shù)據(jù)流控制
 ?USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; ?//收發(fā)模式


 ?USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口1
 ?USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//開啟串口接受中斷
 ?USART_Cmd(USART1, ENABLE); ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//使能串口1 

}
 ?
/**************************************************************************
函數(shù)功能：串口1接收中斷
入口參數(shù)：無
返回 ?值：無
**************************************************************************/
int USART1_IRQHandler(void)
{ ?
 ?if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收到數(shù)據(jù)
 ?{ ? ? ? ? ? ?
 ? ? ? ?u8 temp;
 ? ? ? ?static u8 count,last_data,last_last_data,Usart_ON_Count;
 ? ? ? ?if(Usart_ON_Flag==0)
 ? ? ? ?{ ?
 ? ? ? ?if(++Usart_ON_Count>10)Usart_ON_Flag=1;
 ? ? ? ?}
 ? ? ? ?temp=USART1->DR;
 ? ? ? ? if(Usart_Flag==0)
 ? ? ? ? ?{ ?
 ? ? ? ? ?if(last_data==0x5a&&last_last_data==0xa5) 
 ? ? ? ? ? ? ?Usart_Flag=1,count=0; ?
 ? ? ? ? ?}
 ? ? ? ? if(Usart_Flag==1)
 ? ? ? ? ?{ ?
 ? ? ? ? ? ?Urxbuf[count]=temp; ? ? 
 ? ? ? ? ? ?count++; ? ? ? ? ? ? ? ?
 ? ? ? ? ? ?if(count==8)Usart_Flag=0;
 ? ? ? ? ?}
 ? ? ? ? ?last_last_data=last_data;
 ? ? ? ? ?last_data=temp;
 ? }
return 0; ?
}
//
/**************************實現(xiàn)函數(shù)**********************************************
*功 ? ?能: ? ?usart3發(fā)送一個字節(jié)
*********************************************************************************/
void usart3_send(u8 data)
{
 ?USART3->DR = data;
 ?while((USART3->SR&0x40)==0); ?
}
/**************************************************************************
函數(shù)功能：串口3初始化
入口參數(shù)：bound:波特率
返回 ?值：無
**************************************************************************/
void usart3_init(u32 bound)
{ ? ? 
 ? ?//GPIO端口設(shè)置
 ?GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 ?USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
 ?NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
 ?
 ?RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);// 需要使能AFIO時鐘
 ?RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE); ?//使能GPIO時鐘
 ?RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3, ENABLE); ?//使能USART時鐘
 ? ?GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_USART3, ENABLE);//引腳重映射
 ?//USART_TX ?
 ?GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; //C10
 ?GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
 ?GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; ?//復(fù)用推挽輸出
 ?GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); ? 
 ?//USART_RX ? ?
 ?GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;//PC11
 ?GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空輸入
 ?GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
 ?//UsartNVIC 配置
 ?NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART3_IRQn;
 ?NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0 ;//搶占優(yōu)先級
 ?NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; ? ?//子優(yōu)先級
 ?NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; ? ? ?//IRQ通道使能
 ?NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); ?//根據(jù)指定的參數(shù)初始化VIC寄存器
 ? //USART 初始化設(shè)置
 ?USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//串口波特率
 ?USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字長為8位數(shù)據(jù)格式
 ?USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一個停止位
 ?USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//無奇偶校驗位
 ?USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//無硬件數(shù)據(jù)流控制
 ?USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; ?//收發(fā)模式
 ?USART_Init(USART3, &USART_InitStructure); ? ? //初始化串口3
 ?USART_ITConfig(USART3, USART_IT_RXNE, ENABLE);//開啟串口接受中斷
 ?USART_Cmd(USART3, ENABLE); ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//使能串口3 
}

/**************************************************************************
函數(shù)功能：串口3接收中斷
入口參數(shù)：無
返回 ?值：無
**************************************************************************/
void USART3_IRQHandler(void)
{ ?
 ?if(USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收到數(shù)據(jù)
 ?{ ? ?
 ?static u8 Flag_PID,i,j,Receive[50];
 ? ? ?static float Data;
 ? ? ?Usart3_Receive=USART3->DR; 
 ? ? ?if(Usart3_Receive>=0x41&&Usart3_Receive<=0x48) ?
 ? ? ?Flag_Direction=Usart3_Receive-0x40;
 ? ? ?else ? ? 
 ? ? ?Flag_Direction=0; ?
 ? ? ?
 ? ? ? ?//以下是與APP調(diào)試界面通訊
 ? ?if(Usart3_Receive==0x7B) Flag_PID=1; ? //APP參數(shù)指令起始位
 ? ?if(Usart3_Receive==0x7D) Flag_PID=2; ? //APP參數(shù)指令停止位


 ? ? if(Flag_PID==1) ?//采集數(shù)據(jù)
 ? ? {
 ? ? ?Receive[i]=Usart3_Receive;
 ? ? ?i++;
 ? ? }
 ? ? if(Flag_PID==2) ?//分析數(shù)據(jù)
 ? ? {
 ? ? ? ? ? if(Receive[3]==0x50) ? ?PID_Send=1;
 ? ? ? ? ? else ?if(Receive[1]!=0x23) 
 ? ? ? ? ? { ? ? ? ? ? ? ? ?
 ? ? ? ? ? ?for(j=i;j>=4;j--)
 ? ? ? ? ? ?{
 ? ? ? ? ? ? ?Data+=(Receive[j-1]-48)*pow(10,i-j);
 ? ? ? ? ? ?}
 ? ? ? ? ? ?switch(Receive[1])
 ? ? ? ? ? ? {
 ? ? ? ? ? ? ? case 0x30: ?RC_Velocity=Data;break;
 ? ? ? ? ? ? ? case 0x31: ?Velocity_KP=Data;break;
 ? ? ? ? ? ? ? case 0x32: ?Velocity_KI=Data;break;
 ? ? ? ? ? ? ? case 0x33: ?break;
 ? ? ? ? ? ? ? case 0x34: ?break;
 ? ? ? ? ? ? ? case 0x35: ?break;
 ? ? ? ? ? ? ? case 0x36: ?break;
 ? ? ? ? ? ? ? case 0x37: ?break; //預(yù)留
 ? ? ? ? ? ? ? case 0x38: ?break; //預(yù)留
 ? ? ? ? ? ? }
 ? ? ? ? ? } ? ? ? ? 
 ? ? ? ? ? Flag_PID=0;//相關(guān)標(biāo)志位清零
 ? ? ? ? ? i=0;
 ? ? ? ? ? j=0;
 ? ? ? ? ? Data=0;
 ? ? ? ? ? memset(Receive, 0, sizeof(u8)*50);//數(shù)組清零
 ? ? } ? ? ? ? ?
 ?} ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 
}

Datascope DP.c

#include "DataScope_DP.h"
unsigned char DataScope_OutPut_Buffer[42] = {0}; ? ? //串口發(fā)送緩沖區(qū)
int send_cnt = 0;
static u8 Send_rasberry[60];
int re_Encoder_Left,re_Encoder_Right;
int Distance_A,Distance_B,Distance_C,Distance_D;
u8 Urxbuf[8],Usart_Flag,x=0;
short accelX,accelY,accelZ,gyroX,gyroY,gyroZ,magX,magY,magZ;
void USART_TX(void)
{
 ?Send_rasberry[0] = 0xA5; // 數(shù)據(jù)頭，固定值
 ?Send_rasberry[1] = 0x5A; // 數(shù)據(jù)頭，固定值
 ?Send_rasberry[2] = 0x33; // 發(fā)送數(shù)據(jù)的長度
 ?re_Encoder_Left = -Encoder_Left; 
 ?re_Encoder_Right = -Encoder_Right;
 ?for(send_cnt=0; send_cnt<4; send_cnt++) //左編碼器增量值
 ?{
 ?Send_rasberry[3+send_cnt] = ((unsigned char *)&re_Encoder_Left)[send_cnt]; 
 ?} 
 ?for(send_cnt=0; send_cnt<4; send_cnt++) //右編碼器增量值
 ?{ 
 ?Send_rasberry[7+send_cnt] = ((unsigned char *)&re_Encoder_Right)[send_cnt]; 
 ?} 
 ?for(send_cnt=0; send_cnt<4; send_cnt++) //電池電壓采樣
 ?{ ? 
 ?Send_rasberry[11+send_cnt] = ((unsigned char *)&Voltage)[send_cnt]; 
 ?} 
 ?for(send_cnt=0; send_cnt<2; send_cnt++) // X 軸加速度計值
 ?{ 
 ?Send_rasberry[15+send_cnt] = ((unsigned char *)&accelX)[send_cnt]; 
 ?}
 ?for(send_cnt=0; send_cnt<2; send_cnt++) // Y 軸加速度計值
 ?{ 
 ?Send_rasberry[17+send_cnt] = ((unsigned char *)&accelY)[send_cnt]; 
 ?}
 ?for(send_cnt=0; send_cnt<2; send_cnt++) // Y 軸加速度計值
 ?{ 
 ?Send_rasberry[19+send_cnt] = ((unsigned char *)&accelZ)[send_cnt]; 
 ?}
 ?//send gyro X Y Z
 ?for(send_cnt=0; send_cnt<2; send_cnt++) // X 軸角速度值
 ?{ 
 ?Send_rasberry[21+send_cnt] = ((unsigned char *)&gyroX)[send_cnt]; 
 ?}
 ?for(send_cnt=0; send_cnt<2; send_cnt++) // Y 軸角速度值
 ?{ 
 ?Send_rasberry[23+send_cnt] = ((unsigned char *)&gyroY)[send_cnt]; 
 ?}
 ?for(send_cnt=0; send_cnt<2; send_cnt++) // Z 軸角速度值
 ?{ 
 ?Send_rasberry[25+send_cnt] = ((unsigned char *)&gyroZ)[send_cnt]; 
 ?}
 ?//send MAG X Y Z
 ?for(send_cnt=0; send_cnt<2; send_cnt++) // X 軸磁力計值
 ?{ 
 ?Send_rasberry[27+send_cnt] = ((unsigned char *)&magX)[send_cnt]; 
 ?}
 ?for(send_cnt=0; send_cnt<2; send_cnt++) // Y 軸磁力計值
 ?{ 
 ?Send_rasberry[29+send_cnt] = ((unsigned char *)&magY)[send_cnt]; 
 ?}
 ?for(send_cnt=0; send_cnt<2; send_cnt++) // Z 軸磁力計值
 ?{ 
 ?Send_rasberry[31+send_cnt] = ((unsigned char *)&magZ)[send_cnt]; 
 ?}
 ? //send ultrasonic A B C D
 ?for(send_cnt=0; send_cnt<4; send_cnt++) // 超測量距離值 A
 ?{ 
 ?Send_rasberry[33+send_cnt] = ((unsigned char *)&Distance_A)[send_cnt]; 
 ?}
 ?for(send_cnt=0; send_cnt<4; send_cnt++) // 超測量距離值 B
 ?{ 
 ?Send_rasberry[37+send_cnt] = ((unsigned char *)&Distance_B)[send_cnt]; 
 ?}
 ?for(send_cnt=0; send_cnt<4; send_cnt++) // 超測量距離值 C
 ?{ 
 ?Send_rasberry[41+send_cnt] = ((unsigned char *)&Distance_C)[send_cnt]; 
 ?}
 ?for(send_cnt=0; send_cnt<4; send_cnt++) // 超測量距離值 D
 ?{ 
 ?Send_rasberry[45+send_cnt] = ((unsigned char *)&Distance_D)[send_cnt]; 
 ?}
 ?Send_rasberry[50]=x; 
 ?x++;
 ?//send Send_rasberry
 ? UartASendStr(Send_rasberry,51); 
 ?memset(Send_rasberry, 0, sizeof(u8)*51); //數(shù)組清零
}


void UartASendStr (u8 *pucStr, u8 ulNum) 
{ 
 ?u8 i; 
 ?for(i = 0;i

1.2.6 PS2通訊

為了方便調(diào)試，設(shè)計了PS2手柄控制。

PS2采用的是SPI通信協(xié)議如圖 16，SPI是串行外設(shè)接口的縮寫，是一種高速的、全雙工、同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線(D、DO、CS、CLK)，節(jié)約了芯片的管腳，同時為PCB的布局上節(jié)省空間。

具體定義見附件2中pstwo.c，功能實現(xiàn)風(fēng)control.c中Get RC函數(shù)。

圖 16 PS2無線手柄

pstwo.c

#include "pstwo.h"
#define DELAY_TIME ?delay_us(5); 
u16 Handkey; ?// 按鍵值讀取，零時存儲。
u8 Comd[2]={0x01,0x42}; ?//開始命令。請求數(shù)據(jù)
u8 Data[9]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}; //數(shù)據(jù)存儲數(shù)組
u16 MASK[]={
 ? ?PSB_SELECT,
 ? ?PSB_L3,
 ? ?PSB_R3 ,
 ? ?PSB_START,
 ? ?PSB_PAD_UP,
 ? ?PSB_PAD_RIGHT,
 ? ?PSB_PAD_DOWN,
 ? ?PSB_PAD_LEFT,
 ? ?PSB_L2,
 ? ?PSB_R2,
 ? ?PSB_L1,
 ? ?PSB_R1 ,
 ? ?PSB_GREEN,
 ? ?PSB_RED,
 ? ?PSB_BLUE,
 ? ?PSB_PINK
 ?}; ?//按鍵值與按鍵明
//c2改成b15 ?c1改成b14 ?c3改成c13 a4改成a12


void PS2_Init(void)
{
 ?GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 ?RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE); //使能端口時鐘
 ?GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13; ? ? ? ? ? ? ?//端口配置
 ?GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; ? ? ? ? //上拉輸入
 ?GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); ? ? ? ? ? ? ? ?//根據(jù)設(shè)定參數(shù)初始化GPIO
 ?
 ?GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15; ?//端口配置
 ?GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; ? ? ?//推挽輸出
 ?GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; ? ? //50M
 ?GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); ? ? ? ? ? ? ? ?//根據(jù)設(shè)定參數(shù)初始化GPIOB
 ?
 ?GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_12; ? ? ? ? ? ? ?//端口配置
 ?GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; ? ? ?//推挽輸出
 ?GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; ? ? //50M
 ?GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); ? ? ? ? ? ? ? ?//根據(jù)設(shè)定參數(shù)初始化GPIOA 
 ?
 ?
}


//向手柄發(fā)送命令
void PS2_Cmd(u8 CMD)
{
 ?volatile u16 ref=0x01;
 ?Data[1] = 0;
 ?for(ref=0x01;ref<0x0100;ref<<=1)
 ?{
 ? ?if(ref&CMD)
 ? ?{
 ? ? ?DO_H; ? ? ? ? ? ? ? ? ? //輸出一位控制位
 ? ?}
 ? ?else DO_L;


 ? ?CLK_H; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//時鐘拉高
 ? ?DELAY_TIME;
 ? ?CLK_L;
 ? ?DELAY_TIME;
 ? ?CLK_H;
 ? ?if(DI)
 ? ? ?Data[1] = ref|Data[1];
 ?}
 ?delay_us(16);
}
//判斷是否為紅燈模式,0x41=模擬綠燈，0x73=模擬紅燈
//返回值；0，紅燈模式
// ? ? ?其他，其他模式
u8 PS2_RedLight(void)
{
 ?CS_L;
 ?PS2_Cmd(Comd[0]); ?//開始命令
 ?PS2_Cmd(Comd[1]); ?//請求數(shù)據(jù)
 ?CS_H;
 ?if( Data[1] == 0X73) ? return 0 ;
 ?else return 1;


}
//讀取手柄數(shù)據(jù)
void PS2_ReadData(void)
{
 ?volatile u8 byte=0;
 ?volatile u16 ref=0x01;
 ?CS_L;
 ?PS2_Cmd(Comd[0]); ?//開始命令
 ?PS2_Cmd(Comd[1]); ?//請求數(shù)據(jù)
 ?for(byte=2;byte<9;byte++) ? ? ? ? ?//開始接受數(shù)據(jù)
 ?{
 ? ?for(ref=0x01;ref<0x100;ref<<=1)
 ? ?{
 ? ? ?CLK_H;
 ? ? ?DELAY_TIME;
 ? ? ?CLK_L;
 ? ? ?DELAY_TIME;
 ? ? ?CLK_H;
 ? ? ? ? ?if(DI)
 ? ? ? ? ?Data[byte] = ref|Data[byte];
 ? ?}
 ? ? ? ?delay_us(16);
 ?}
 ?CS_H;
}


//對讀出來的PS2的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,只處理按鍵部分 ?
//只有一個按鍵按下時按下為0， 未按下為1
u8 PS2_DataKey()
{
 ?u8 index;


 ?PS2_ClearData();
 ?PS2_ReadData();


 ?Handkey=(Data[4]<<8)|Data[3]; ? ? //這是16個按鍵 ?按下為0， 未按下為1
 ?for(index=0;index<16;index++)
 ?{ ? ? ?
 ? ?if((Handkey&(1<<(MASK[index]-1)))==0)
 ? ?return index+1;
 ?}
 ?return 0; ? ? ? ? ?//沒有任何按鍵按下
}


//得到一個搖桿的模擬量 ? 范圍0~256
u8 PS2_AnologData(u8 button)
{
 ?return Data[button];
}


//清除數(shù)據(jù)緩沖區(qū)
void PS2_ClearData()
{
 ?u8 a;
 ?for(a=0;a<9;a++)
 ? ?Data[a]=0x00;
}
/******************************************************
Function: ? ?void PS2_Vibration(u8 motor1, u8 motor2)
Description: 手柄震動函數(shù)，
Calls: ? ? void PS2_Cmd(u8 CMD);
Input: motor1:右側(cè)小震動電機 0x00關(guān)，其他開
 ? ? motor2:左側(cè)大震動電機 0x40~0xFF 電機開，值越大 震動越大
******************************************************/
void PS2_Vibration(u8 motor1, u8 motor2)
{
 ?CS_L;
 ?delay_us(16);
 ? ?PS2_Cmd(0x01); ?//開始命令
 ?PS2_Cmd(0x42); ?//請求數(shù)據(jù)
 ?PS2_Cmd(0X00);
 ?PS2_Cmd(motor1);
 ?PS2_Cmd(motor2);
 ?PS2_Cmd(0X00);
 ?PS2_Cmd(0X00);
 ?PS2_Cmd(0X00);
 ?PS2_Cmd(0X00);
 ?CS_H;
 ?delay_us(16); ?
}
//short poll
void PS2_ShortPoll(void)
{
 ?CS_L;
 ?delay_us(16);
 ?PS2_Cmd(0x01); ?
 ?PS2_Cmd(0x42); ?
 ?PS2_Cmd(0X00);
 ?PS2_Cmd(0x00);
 ?PS2_Cmd(0x00);
 ?CS_H;
 ?delay_us(16); ?
}
//進(jìn)入配置
void PS2_EnterConfing(void)
{
 ? ?CS_L;
 ?delay_us(16);
 ?PS2_Cmd(0x01); ?
 ?PS2_Cmd(0x43); ?
 ?PS2_Cmd(0X00);
 ?PS2_Cmd(0x01);
 ?PS2_Cmd(0x00);
 ?PS2_Cmd(0X00);
 ?PS2_Cmd(0X00);
 ?PS2_Cmd(0X00);
 ?PS2_Cmd(0X00);
 ?CS_H;
 ?delay_us(16);
}
//發(fā)送模式設(shè)置
void PS2_TurnOnAnalogMode(void)
{
 ?CS_L;
 ?PS2_Cmd(0x01); ?
 ?PS2_Cmd(0x44); ?
 ?PS2_Cmd(0X00);
 ?PS2_Cmd(0x01); //analog=0x01;digital=0x00 ?軟件設(shè)置發(fā)送模式
 ?PS2_Cmd(0x03); //Ox03鎖存設(shè)置，即不可通過按鍵“MODE”設(shè)置模式。
 ? ? ? ? ? //0xEE不鎖存軟件設(shè)置，可通過按鍵“MODE”設(shè)置模式。
 ?PS2_Cmd(0X00);
 ?PS2_Cmd(0X00);
 ?PS2_Cmd(0X00);
 ?PS2_Cmd(0X00);
 ?CS_H;
 ?delay_us(16);
}
//振動設(shè)置
void PS2_VibrationMode(void)
{
 ?CS_L;
 ?delay_us(16);
 ?PS2_Cmd(0x01); ?
 ?PS2_Cmd(0x4D); ?
 ?PS2_Cmd(0X00);
 ?PS2_Cmd(0x00);
 ?PS2_Cmd(0X01);
 ?CS_H;
 ?delay_us(16); ?
}
//完成并保存配置
void PS2_ExitConfing(void)
{
 ? ?CS_L;
 ?delay_us(16);
 ?PS2_Cmd(0x01); ?
 ?PS2_Cmd(0x43); ?
 ?PS2_Cmd(0X00);
 ?PS2_Cmd(0x00);
 ?PS2_Cmd(0x5A);
 ?PS2_Cmd(0x5A);
 ?PS2_Cmd(0x5A);
 ?PS2_Cmd(0x5A);
 ?PS2_Cmd(0x5A);
 ?CS_H;
 ?delay_us(16);
}
//手柄配置初始化
void PS2_SetInit(void)
{
 ?PS2_ShortPoll();
 ?PS2_ShortPoll();
 ?PS2_ShortPoll();
 ?PS2_EnterConfing(); ? ?//進(jìn)入配置模式
 ?PS2_TurnOnAnalogMode(); ?//“紅綠燈”配置模式，并選擇是否保存
 ?//PS2_VibrationMode(); ?//開啟震動模式
 ?PS2_ExitConfing(); ? ?//完成并保存配置
}

二、設(shè)計思路和流程

小車通過前期的仿真設(shè)計，結(jié)合實驗室材料情況，搭建的小車實物。

為了方演示串口通訊和PS二手柄控制，對此設(shè)計了控制程序流程圖如圖 17，來引導(dǎo)小車控制程序的設(shè)計。

圖 17 控制程序流程圖

控制程序流程圖理解如下，首先初始化小車，把電機舵機進(jìn)行歸零處理，定義對應(yīng)的傳感器，初始化OLED 屏幕。顯示屏?xí)崾灸Ｊ竭x怪，模式一是串口控制模式。

點擊確認(rèn)后，小車會自動一傳小車狀杰信息數(shù)提給上位機，一位機可以發(fā)送指令小車接收后會執(zhí)行對應(yīng)的運動控制，會進(jìn)行一次判斷小車是否異常。

如果正常會進(jìn)行二次判斷小車是否需要結(jié)束運動，那么小車與上位機進(jìn)行正常的人機交互。

通討串口助手和單片機通訊并下發(fā)電機運動指令，片機接收串口助手的指令并驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn)和差速控制。

單片機接收串口助手的指令控制能機和電機基于阿克曼運動算法的轉(zhuǎn)動。

如果是最后會初始化小車歸零結(jié)束程序。模式二是PS2控制模式，會通過顯示屏顯示小車的運動數(shù)據(jù)，用戶可以通過PS二手柄進(jìn)行遙控小車。

同樣會進(jìn)行二次判斷，當(dāng)用戶發(fā)出結(jié)束小車運動指令時，小車會歸零，最終結(jié)束程序。

小車完整程序見附件2中輕舟驅(qū)動板demo-OLED8.0

2.1 串口控制模式

串口控制和PS2控制如圖 18。在串口控制模式中，首先調(diào)用函數(shù)，接下來顯示屏打開，讀取左右編碼器，延時消除不穩(wěn)定。

接下來進(jìn)行數(shù)據(jù)解析、卡爾曼算法、限制pwm幅、輸出對應(yīng)的電機和機。

最后電機電壓顯示和單機單雙擊可以改變小車的運行狀態(tài)，以此循環(huán)往復(fù)，實現(xiàn)人機交互。具體串口協(xié)議見附件3中阿克曼運動串口協(xié)議。

圖 18 串口和PS2控制

2.2 PS2控制模式

PS2控制模式中與串口控制模式有不同的在于PS2數(shù)據(jù)解析，其他與串口通訊一致。

三、設(shè)計效果與呈現(xiàn)

本節(jié)綜合前面阿克曼小車的仿直設(shè)計，實物設(shè)計和程席設(shè)計。

最后到了實驗設(shè)計效果展示的環(huán)節(jié)，本環(huán)節(jié)由由口控制演示和PS2演示控制兩部分組成。

具體的演示見附件4的演示視頻。

3.1?串口控制演示

通過安卓數(shù)據(jù)線連接小車串口1.。本次審口控制演示采用的是友善串口助手如圖 19。

串口設(shè)置端口連接com8，波特率115200，數(shù)據(jù)為位，無校驗位，一位停止位，無流控，接收設(shè)置采用hex自動換行顯示發(fā)送和顯示時間，接收采用hex。串口收發(fā)控制如圖 20圖 21

圖 19串口設(shè)置

圖 20 左轉(zhuǎn)控制

圖 21 停止控制

3.2 PS2控制演示

在PS2控制中，首先打開手柄的開關(guān)電源，然后按一下stat開始控制小車。

通過搖動左右搖桿實現(xiàn)一個左右前進(jìn)控制，其中左搖桿前進(jìn)是油門兒，右搖桿是控制機轉(zhuǎn)向。

PS2控制操作如圖 22。

圖 22 PS2控制操作

演示視頻:

編輯：黃飛

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