第第頁基于RT-Thread的RoboMaster電控框架設計

由于（RT-Thread）穩(wěn)定高效的內核，豐富的文檔（教程），積極活躍的社區(qū)氛圍，以及設備驅動框架、Kconfig、Scons、日志系統、海量的軟件包……很難不選擇RT-Thread進行項目開發(fā)。但也正是因為這些優(yōu)點的覆蓋面較廣，很多初學者會覺得無從下手，但只要步入RT-Thread的大門，你就發(fā)現她的美好。這系列文檔將作為本人基于RT-Thread開發(fā)（RoboMaster）電控框架的記錄與分享，希望能幫助到更多初識RT-Thread的小伙伴，也歡迎大家交流分享，指正不足，共同進步。

背景

Robomaster（機器人）比賽包含多個兵種，為了提高研發(fā)效率，模塊化尤為重要，使用RT-Thread有助于面對對象思想開發(fā)；通過配備的Kconfig，Scons等工具可以實現工程的靈活配置；軟件（定時器）可用作各（電機）等模塊監(jiān)控，RingBuffer可以實現（傳感器）信息的高效處理…….

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

電機模塊開發(fā)

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

構建對象

首先我們根據使用的電機特性，構建一個通用的電機對象

/**

@briefDJI（intel）ligentmotortypedef

/

typedefstructdji_motor_object

{

rt_device_tcan_dev;//電機CAN實例

dji_motor_measure_tmeasure;//電機測量值

uint32_ttx_id;//發(fā)送id(主發(fā))

uint32_trx_id;//接收id(主收)

/分組發(fā)送設置/

uint8_tsend_group;//同一幀報文分組

uint8_tmessage_num;//一幀報文中位置

motor_type_emotor_type;//電機類型

mot（or）_working_type_estop_flag;//啟停標志

/監(jiān)控線程相關/

rt_（ti）mer_ttimer;//電機監(jiān)控定時器

/（電機控制）相關*/

void*controller;//電機控制器

int16_t(*control)(dji_motor_measure_tmeasure);//控制電機的（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;

因為這些電機我們均使用CAN方式進行驅動，是CAN設備的延申，于是將rt_device_tcan_dev父類結構體對象內嵌。

dji_motor_measure_t結構體中為，電機控制時需要用到的一些反饋值，包括電調直接反饋的數據以及進一步解算的得出的：

/**

@briefDJImotorfeedb（ac）k

/

typedefstruct

{

/以下是處理得出的數據/

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;//總圈數,注意方向

floattarget;//目標值(輸出軸扭矩矩/速度/角度(單位度))

/以下是電調直接回傳的數據*/

uint16_tecd;//0-8191

uint16_tlast_ecd;//上一次讀取的（編碼器）值

int16_tspeed_rpm;//電機的轉速值

int16_treal_current;//實際轉矩電流

uint8_t（te）mperature;//Celsius

}dji_motor_measure_t;

注冊實例

通過dji_motor_object_t*dji_motor_register(motor_config_t*config,void*controller)注冊對應的電機實例，用戶通過motor_config_t*config對實例進行靈活配置：

/**

@brief電機初始化,返回一個電機實例

@pa（ram）config電機配置

@returndji_motor_object_t*電機實例指針

*/

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));

//對接用戶配置的motor_config

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

object->rx_id=config->rx_id;//電機接收報文的ID

object->control=controller;//電機控制器

/查找CAN設備/

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

//電機分組,因為至多4個電機可以共用一幀CAN控制報文

motor_send_grou（pi）ng(object,config);

//電機離線檢測定時器相關

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;

}

/電機配置結構體*/

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;//電機控制器

}motor_config_t;

motor_config_t結構體中的void*controller為電機所使用到的（控制器）集合，是一個控制器類型為其成員的結構體變量，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;

調用dji_motor_object_t*dji_motor_register時傳入的void*controller為電機對應的控制器具體實現，如進行pid計算，濾波等，會賦值給電機對象對應的函數指針，在進行電機控制計算時被執(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;

}

數據處理

電機對象離不開對數據穩(wěn)定快速的收發(fā)和解析計算，接下來展開討論使用RT-Thread的CAN設備驅動收發(fā)數據的思路。

首先是數據的接收，stm32f4擁有2個CAN外設，所有電機和使用CAN總線的設備都掛載在這兩條總線上，但RT-Thread的每個CAN總線只能通過rt_device_set_rx_indicate(can_dev,can_rx_call);注冊一個對應的接收回調函數。但不同類型電機，不同CAN設備的數據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usr_callback文件，用于統一管理CAN、串口等設備可能用到的用戶接收對調函數；將一個大的設備類型回調函數注冊到對應CAN設備，其中再細分各掛載設備的數據解析，實現如下：

#ifdefBSP_USING_CAN

rt_err_tcan_rx_call(rt_device_tdev,rt_size_tsize)

{

structrt_can_msgrxmsg={0};

uint8_trxbuff=rxmsg.data;

/從CAN讀取一幀數據/

rt_device_re（ad）(dev,0,

/CAN接收到數據后產生中斷，調用此回調函數，然后發(fā)送接收（信號）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問題，rt_err_tcan_rx_call(rt_device_tdev,rt_size_tsize)傳入的參數無法判斷具體的CAN設備來源，因此所有使用到的CAN外設數據處理函數都會被調用，但目前問題不大，因為同一條總線上不會掛載相同ID的設備，這也是一開始就應該避免的錯誤。

接下來是CAN報文的發(fā)送，調用rt_device_write發(fā)送填充好的CAN報文幀即可。

離線檢測

這里使用RT-Thread的軟件定時器對電機進行離線檢測，當超過定時間沒有接收到對應電機反饋報文，則進入超時回調，并輸出警告日志：

/**

@brief電機定時器超時回調函數

@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);

}

使用實例

封裝完成的電機模塊使用示例如下：

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,