基于RT-Thread的RoboMaster電控框架設(shè)計(jì)VIP

第第頁(yè)基于RT-Thread的RoboMaster電控框架設(shè)計(jì)

由于（RT-Thread）穩(wěn)定高效的內(nèi)核，豐富的文檔（教程），積極活躍的社區(qū)氛圍，以及設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架、Kconfig、Scons、日志系統(tǒng)、海量的軟件包……很難不選擇RT-Thread進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。但也正是因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)的覆蓋面較廣，很多初學(xué)者會(huì)覺(jué)得無(wú)從下手，但只要步入RT-Thread的大門(mén)，你就發(fā)現(xiàn)她的美好。這系列文檔將作為本人基于RT-Thread開(kāi)發(fā)（RoboMaster）電控框架的記錄與分享，希望能幫助到更多初識(shí)RT-Thread的小伙伴，也歡迎大家交流分享，指正不足，共同進(jìn)步。

背景

Robomaster（機(jī)器人）比賽包含多個(gè)兵種，為了提高研發(fā)效率，模塊化尤為重要，使用RT-Thread有助于面對(duì)對(duì)象思想開(kāi)發(fā)；通過(guò)配備的Kconfig，Scons等工具可以實(shí)現(xiàn)工程的靈活配置；軟件（定時(shí)器）可用作各（電機(jī)）等模塊監(jiān)控，RingBuffer可以實(shí)現(xiàn)（傳感器）信息的高效處理…….

使用的開(kāi)發(fā)板為（大疆）的RoboMaster-C型開(kāi)發(fā)板，基礎(chǔ)工程為rt-thread>bsp>（stm32）f407-robomaster-c

電機(jī)模塊開(kāi)發(fā)

使用電機(jī)和電調(diào)均為大疆官方出品，如2023，3508，6020等，采用（CAN）通訊方式。

構(gòu)建對(duì)象

首先我們根據(jù)使用的電機(jī)特性，構(gòu)建一個(gè)通用的電機(jī)對(duì)象

/**

@briefDJI（intel）ligentmotortypedef

/

typedefstructdji_motor_object

{

rt_device_tcan_dev;//電機(jī)CAN實(shí)例

dji_motor_measure_tmeasure;//電機(jī)測(cè)量值

uint32_ttx_id;//發(fā)送id(主發(fā))

uint32_trx_id;//接收id(主收)

/分組發(fā)送設(shè)置/

uint8_tsend_group;//同一幀報(bào)文分組

uint8_tmessage_num;//一幀報(bào)文中位置

motor_type_emotor_type;//電機(jī)類型

mot（or）_working_type_estop_flag;//啟停標(biāo)志

/監(jiān)控線程相關(guān)/

rt_（ti）mer_ttimer;//電機(jī)監(jiān)控定時(shí)器

/（電機(jī)控制）相關(guān)*/

void*controller;//電機(jī)控制器

int16_t(*control)(dji_motor_measure_tmeasure);//控制電機(jī)的（接口）用戶可以自定義,返回值為16位的電壓或（電流）值

}dji_motor_object_t;

因?yàn)檫@些電機(jī)我們均使用CAN方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，是CAN設(shè)備的延申，于是將rt_device_tcan_dev父類結(jié)構(gòu)體對(duì)象內(nèi)嵌。

dji_motor_measure_t結(jié)構(gòu)體中為，電機(jī)控制時(shí)需要用到的一些反饋值，包括電調(diào)直接反饋的數(shù)據(jù)以及進(jìn)一步解算的得出的：

/**

@briefDJImotorfeedb（ac）k

/

typedefstruct

{

/以下是處理得出的數(shù)據(jù)/

floatangle_single_round;//單圈角度

floatspeed_aps;//角速度,單位為:度/秒

floattotal_angle;//總角度,注意方向

int32_ttotal_round;//總?cè)?shù),注意方向

floattarget;//目標(biāo)值(輸出軸扭矩矩/速度/角度(單位度))

/以下是電調(diào)直接回傳的數(shù)據(jù)*/

uint16_tecd;//0-8191

uint16_tlast_ecd;//上一次讀取的（編碼器）值

int16_tspeed_rpm;//電機(jī)的轉(zhuǎn)速值

int16_treal_current;//實(shí)際轉(zhuǎn)矩電流

uint8_t（te）mperature;//Celsius

}dji_motor_measure_t;

注冊(cè)實(shí)例

通過(guò)dji_motor_object_t*dji_motor_register(motor_config_t*config,void*controller)注冊(cè)對(duì)應(yīng)的電機(jī)實(shí)例，用戶通過(guò)motor_config_t*config對(duì)實(shí)例進(jìn)行靈活配置：

/**

@brief電機(jī)初始化,返回一個(gè)電機(jī)實(shí)例

@pa（ram）config電機(jī)配置

@returndji_motor_object_t*電機(jī)實(shí)例指針

*/

dji_motor_object_t*dji_motor_register(motor_config_t*config,void*controller)

{

dji_motor_object_t*object=(dji_motor_object_t)rt_malloc(sizeof(dji_motor_object_t));

rt_（mems）et(object,0,sizeof(dji_motor_object_t));

//對(duì)接用戶配置的motor_config

object->motor_type=config->motor_type;//6020or2023or3508

object->rx_id=config->rx_id;//電機(jī)接收?qǐng)?bào)文的ID

object->control=controller;//電機(jī)控制器

/查找CAN設(shè)備/

object->can_dev=rt_device_find(config->can_name);

//電機(jī)分組,因?yàn)橹炼?個(gè)電機(jī)可以共用一幀CAN控制報(bào)文

motor_send_grou（pi）ng(object,config);

//電機(jī)離線檢測(cè)定時(shí)器相關(guān)

object->timer=rt_timer_create("motor1",

motor_lost_callback,

object,20,

RT_TIMER_FLAG_PERIODIC);

rt_timer_start(object->timer);

dji_motor_enable(object);

dji_motor_obj[idx++]=object;

returnobject;

}

/電機(jī)配置結(jié)構(gòu)體*/

typedefstruct

{

motor_type_emotor_type;

constchar*can_name;

uint32_ttx_id;//發(fā)送id(主發(fā))

uint32_trx_id;//接收id(主收)

void*controller;//電機(jī)控制器

}motor_config_t;

motor_config_t結(jié)構(gòu)體中的void*controller為電機(jī)所使用到的（控制器）集合，是一個(gè)控制器類型為其成員的結(jié)構(gòu)體變量，如下：

stat（ic）structchassis_controller_t{

pid_object_t*speed_pid;

}chassis_controller;

staticstructgimbal_controller_t{

pid_object_t*speed_pid;

pid_object_t*angle_pid;

}gimbal_controlelr;

調(diào)用dji_motor_object_t*dji_motor_register時(shí)傳入的void*controller為電機(jī)對(duì)應(yīng)的控制器具體實(shí)現(xiàn)，如進(jìn)行pid計(jì)算，濾波等，會(huì)賦值給電機(jī)對(duì)象對(duì)應(yīng)的函數(shù)指針，在進(jìn)行電機(jī)控制計(jì)算時(shí)被執(zhí)行，如下：

rt_int16_tchassis_control(dji_motor_measure_tmeasure){

staticrt_int16_tset=0;

set=pid_calculate(chassis_controller.speed_pid,measure.speed_rpm,1000);

returnset;

}

數(shù)據(jù)處理

電機(jī)對(duì)象離不開(kāi)對(duì)數(shù)據(jù)穩(wěn)定快速的收發(fā)和解析計(jì)算，接下來(lái)展開(kāi)討論使用RT-Thread的CAN設(shè)備驅(qū)動(dòng)收發(fā)數(shù)據(jù)的思路。

首先是數(shù)據(jù)的接收，stm32f4擁有2個(gè)CAN外設(shè)，所有電機(jī)和使用CAN總線的設(shè)備都掛載在這兩條總線上，但RT-Thread的每個(gè)CAN總線只能通過(guò)rt_device_set_rx_indicate(can_dev,can_rx_call);注冊(cè)一個(gè)對(duì)應(yīng)的接收回調(diào)函數(shù)。但不同類型電機(jī)，不同CAN設(shè)備的數(shù)據(jù)解析處理都是不一樣的，我這里的解決思路是：首先創(chuàng)建了一個(gè)usr_callback文件，用于統(tǒng)一管理CAN、串口等設(shè)備可能用到的用戶接收對(duì)調(diào)函數(shù)；將一個(gè)大的設(shè)備類型回調(diào)函數(shù)注冊(cè)到對(duì)應(yīng)CAN設(shè)備，其中再細(xì)分各掛載設(shè)備的數(shù)據(jù)解析，實(shí)現(xiàn)如下：

#ifdefBSP_USING_CAN

rt_err_tcan_rx_call(rt_device_tdev,rt_size_tsize)

{

structrt_can_msgrxmsg={0};

uint8_trxbuff=rxmsg.data;

/從CAN讀取一幀數(shù)據(jù)/

rt_device_re（ad）(dev,0,

/CAN接收到數(shù)據(jù)后產(chǎn)生中斷，調(diào)用此回調(diào)函數(shù)，然后發(fā)送接收（信號(hào)）量/

#ifdefBSP_USING_DJI_MOTOR

dji_motot_rx_callback(rxmsg.id,rxbuff);

#endif/BSP_USING_DJI_MOTOR/

returnRT_EOK;

}

#endif/BSP_USING_CAN*/

但是這其中也有一點(diǎn)問(wèn)題，rt_err_tcan_rx_call(rt_device_tdev,rt_size_tsize)傳入的參數(shù)無(wú)法判斷具體的CAN設(shè)備來(lái)源，因此所有使用到的CAN外設(shè)數(shù)據(jù)處理函數(shù)都會(huì)被調(diào)用，但目前問(wèn)題不大，因?yàn)橥粭l總線上不會(huì)掛載相同ID的設(shè)備，這也是一開(kāi)始就應(yīng)該避免的錯(cuò)誤。

接下來(lái)是CAN報(bào)文的發(fā)送，調(diào)用rt_device_write發(fā)送填充好的CAN報(bào)文幀即可。

離線檢測(cè)

這里使用RT-Thread的軟件定時(shí)器對(duì)電機(jī)進(jìn)行離線檢測(cè)，當(dāng)超過(guò)定時(shí)間沒(méi)有接收到對(duì)應(yīng)電機(jī)反饋報(bào)文，則進(jìn)入超時(shí)回調(diào)，并輸出警告日志：

/**

@brief電機(jī)定時(shí)器超時(shí)回調(diào)函數(shù)

@parammotor_ptr

*/

staticvoidmotor_lost_callback(void*motor_ptr)

{

dji_motor_object_t*motor=(dji_motor_object_t*)motor_ptr;

//dji_motor_stop(motor);

LOG_W("[dji_motor]Motorlost,canbus[%s],id0x[%x]",motor->can_dev->,motor->rx_id);

}

使用實(shí)例

封裝完成的電機(jī)模塊使用示例如下：

staticstructchassis_controller_t{

pid_object_t*speed_pid;

}chassis_controller;

staticstructgimbal_controller_t{

pid_object_t*speed_pid;

pid_object_t*angle_pid;

}gimbal_controlelr;

staticdji_motor_object_t*chassis_motor;

staticdji_motor_object_t*gimbal_motor;

rt_int16_tchassis_control(dji_motor_measure_tmeasure){

staticrt_int16_tset=0;

set=pid_calculate(chassis_controller.speed_pid,measure.speed_rpm,1000);

returnset;

}

rt_int16_tgimbal_control(dji_motor_measure_tmeasure){

staticrt_int16_tset=0;

set=pid_calculate(gimbal_controlelr.speed_pid,measure.speed_rpm,0);

returnset;

}

staticvoidexample_init()

{

pid_config_tchassis_speed_config={

.Kp=10,//4.5

.Ki=0,//0

.Kd=0,//0

.IntegralLimit=3000,

.Improve=PID_Trapezoid_Intergral|PID_Integral_Limit|PID_Derivative_On_Measurement,

.MaxOut=12000,

};

pid_config_tgimbal_speed_config={

.Kp=50,//50

.Ki=200,//200

.Kd=0,

.Improve=PID_Trapezoid_Intergral|PID_Integral_Limit|PID_Derivative_On_Measurement,

.IntegralLimit=3000,

.MaxOut=20000,