LiuHongKun
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RobotHardware-UESTC
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Code Pull Requests Activity
RobotHardware-UESTC/Hardware/Pibot驱动底盘/2.Pibot通信协议.md

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1. 说明

PIBOT底盘驱动板Ardunio Mega2560/STM32F1/STMF32F4与上位机(树莓派/Jetson nano/RK3399等)通过串口通讯

  • 通讯数据格式：
    • 波特率: STM32F1/Arduino: 115200, STM32F4:921600
    • 起始位： 1 位
    • 数据位： 8 位
    • 奇偶位： 无
    • 停止位： 1 位

2. 硬件板卡通讯协议定义

板卡通讯协议使用串口进行通信,每条消息包含消息头和消息体校验码三部分,所有数字采用小端序传递

2.1 消息定义

每条消息都由 [消息头]+[消息体]+[校验码] 三部分组成,每条消息最大长度为3+255+1字节,消息体最大255字节

消息头 消息体 校验
大小(字节） 3 N(0-255) 1

2.1.1 消息头

消息头C风格定义如下:

struct head
{
    unsigned char flag;// 头部标记,固定帧头:0X5A
    unsigned char msg_id;// 消息ID,表示消息具体作用,决定消息体具体格式
    unsigned char length;// 消息体长度
}

2.1.2 消息体

消息体为具体数据内容长度由消息头的消息体长度决定

2.1.3 校验码

校验码固定占一个字节空间,为消息头+消息体 每个字节相加得到的结果取低8位的值

3. 消息详细定义

3.1 命令ID

id description
0 读取固件版本
1 设置机器人配置参数
2 读取机器人配置参数
3 初始化里程
4 设置机器人实时速度
5 获取里程计信息
6 获取PID调速数据
7 获取IMU数据
8 获取编码器的计数
9 电机控制(调试用)

3.2 详细消息

  • Master: PC/树莓派等上位机
  • Board: STM32F1/F4/Arduino主板

3.2.1 查询固件版本信息

  • 请求:Master->Board
固定帧头 id 消息体长度 消息体 校验
内容 0x5a 0x00 0x00 - 1字节和校验码
  • 回复:Board->Master
固定帧头 id 消息体长度 消息体 校验
内容 0x5a 0x00 0x20 具体信息(见下面定义) 1字节和校验码 
{
        char version[16]; //固件版本
        char time[16];  //构建时间
}
  • 交互数据测试
    • 发送(十六进制): 5a 00 00 5a
    • 接收(十六进制): 5a 00 20 76 32 2e 30 2e 30 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 32 30 32 30 30 31 30 39 2d 6d 33 65 33 00 00 00 d1 get version
固定帧头:0x5a
消息id:0x00
消息体长度:0x20(32)
消息体:76 32 2e 30 2e 30 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 32 30 32 30 30  31 30 39 2d 6d 33 65 33 00 00 00
校验码: d1

version body

3.2.2 设置机器人配置参数

  • 请求:Master->Board
固定帧头 id 消息体长度 消息体 校验
内容 0x5a 0x01 0x40 具体信息(见下面定义) 1字节和校验码 
{
  union {
       char buff[64];
       struct
       {   
            unsigned short wheel_diameter;      //轮子直径  mm
            unsigned short wheel_track;         //差分：轮距， 三全向轮：直径，四全向：前后轮距+左右轮距 mm
            unsigned short encoder_resolution;  //编码器分辨率
            unsigned char do_pid_interval;      //pid间隔 (ms)
            unsigned short kp;
            unsigned short ki;
            unsigned short kd;
            unsigned short ko;                  //pid参数比例
            unsigned short cmd_last_time;       //命令持久时间ms 超过该时间会自动停止运动
            unsigned short max_v_liner_x;       // 最大x线速度
            unsigned short max_v_liner_y;       // 最大y线速度
            unsigned short max_v_angular_z;     // 最大角速度
            unsigned char imu_type;             // imu类型 gy85: 69, gy87:71,gy65:49
            unsigned short motor_ratio;         // 电机减速比
            unsigned char model_type;           // 运动模型类型 2wd-diff:1, 4wd-diff:2, 3wd-omni:101, 4wd-omni:102,4wd-mecanum:201
            unsigned char motor_nonexchange_flag;      // 电机标志参数        1 正接      0 反接(相当于电机线交换)
            unsigned char encoder_nonexchange_flag;    // 编码器标志参数      1 正接      0 反接(相当于编码器ab相交换)
        }
    }
}
  • 回复:Board->Master
固定帧头 id 消息体长度 消息体 校验
内容 0x5a 0x01 0x00 - 1字节和校验码

3.2.3 读取机器人配置参数

  • 请求:Master->Board
固定帧头 id 消息体长度 消息体 校验
内容 0x5a 0x02 0x00 - 1字节和校验码
  • 回复:Board->Master
固定帧头 id 消息体长度 消息体 校验
内容 0x5a 0x02 0x40 具体信息(同设置参数的消息体) 1字节和校验码
  • 交互数据测试
    • 发送(十六进制): 5a 02 00 5c
    • 接收(十六进制): 5a 02 40 41 00 af 00 2c 00 0a 40 01 8c 0a 00 00 0a 00 fa 00 32 00 00 00 c8 00 47 5a 00 01 0f 0f 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 34 35 36 82 get params
固定帧头:0x5a
消息id:0x02
消息体长度:0x40(64)
消息体:41 00 af 00 2c 00 0a 40 01 8c 0a 00 00 0a 00 fa 00 32 00 00 00 c8 00 47 5a 00 01 0f 0f 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 34 35   36 37 38 39 30 31 32 33  34 35 36
校验码: 82

params_body

消息体内容对应参数已经pibot_configure命令结果如下:

   wheel_diameter=0x0041;  // (65mm)  //轮子直径  mm
   wheel_track=0x00af; // (175mm)      //差分：轮距， 三全向轮：直径，四全向：前后轮距+左右轮距 mm
   encoder_resolution=0x002c; // 44 //编码器分辨率
   do_pid_interval=0x0a; // 10 //pid间隔 (ms)
   kp=0x0140; // 320
   ki=0x0a8c;  // 2700
   kd=0x0000; // 0
   ko=0x000a; // 0
   cmd_last_time=0x00fa;// 250 //命令持久时间ms 超过该时间会自动停止运动
   max_v_liner_x=0x0032; // 50  // 最大x线速度
   max_v_liner_x=0x0000; // 0   // 最大y线速度
   max_v_liner_x=0x00c8;// 200 // 最大角速度
   imu_type=0x47;    //71 (GY87)  // imu类型 参见gy85: 69, gy87:71,gy65:49
   motor_ratio=0x005a;    //90   // 电机减速比
   model_type=0x01;    //1(2wd-diff)  // 运动模型类型 2wd-diff:1, 4wd-diff:2, 3wd-omni:101, 4wd-omni:102,4wd-mecanum:201
  model_type=0x0f; // 0b1111(全部正接) // 电机标志参数        1 正接      0 反接(相当于电机线交换)
  encoder_nonexchange_flag=0x0f; // 0b1111(全部正接) // 编码器标志参数      1 正接      0 反接(相当于编码

3.2.4 初始化里程

  • 请求:Master->Board
固定帧头 id 消息体长度 消息体 校验
内容 0x5a 0x03 0x00 - 1字节和校验码
  • 回复:Board->Master
固定帧头 id 消息体长度 消息体 校验
内容 0x5a 0x03 0x00 - 1字节和校验码
init_odom

3.2.5 设置机器人实时速度

设置机器人速度为激励模式， 即需要一直发送，超过设定时间未接收到该命令，机器人会自动停止

  • 请求:Master->Board
固定帧头 id 消息体长度 消息体 校验
内容 0x5a 0x04 0x06 速度(见下面定义) 1字节和校验码
```C
{
short v_liner_x; //线速度 前>0 cm/s
short v_liner_y; //差分轮 为0 cm/s
short v_angular_z; //角速度 左>0 0.01rad/s 100 means 1 rad/s
}
```
  • 回复:Board->Master
固定帧头 id 消息体长度 消息体 校验
内容 0x5a 0x04 0x00 - 1字节和校验码
  • 交互数据测试
    • 发送(十六进制): 5a 04 06 14 00 00 00 00 00 78
    • 接收(十六进制): 5a 04 00 5e 
   v_liner_x=0x0014; //20cm/s 0.2m/s //线速度 前>0 cm/s
   v_liner_y=0x0000; //0cm/s  //线速度 前>0 cm/s
   v_angular_z=0x0000; //0rad/s  //角速度 左>0 0.01rad/s  100 means 1 rad/s

3.2.6 获取里程计信息

  • 请求:Master->Board
固定帧头 id 消息体长度 消息体 校验
内容 0x5a 0x05 0x00 - 1字节和校验码
  • 回应::Board->MASTER
固定帧头 id 消息体长度 消息体 校验
内容 0x5a 0x05 0x10 里程计信息(见下面说明) 1字节和校验码
```C
{
short v_liner_x; //线速度 前>0 后<0 cm/s
short v_liner_y; //差分轮 为0 cm/s
short v_angular_z; //角速度 左>0 右<0 0.01rad/s 100 means 1 rad/s
long x; //里程计坐标x cm (这里long为4字节，下同)
long y; //里程计坐标y cm
short yaw; //里程计航角 0.01rad 100 means 1 rad
}
```
  • 交互数据测试
    • 发送(十六进制): 5a 05 00 5f
    • 接收(十六进制): 5a 05 10 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 6f
固定帧头:0x5a
消息id:0x05
消息体长度:0x10(2+2+2+4+4+2=16)
消息体:00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 //初始化后全为0
校验码: 6f

3.2.7 获取PID调速数据

  • 请求:Master->Board
固定帧头 id 消息体长度 消息体 校验
内容 0x5a 0x06 0x00 - 1字节和校验码
  • 回应::Board->MASTER
固定帧头 id 消息体长度 消息体 校验
内容 0x5a 0x06 0x20 PID信息(见下面说明) 1字节和校验码 
{
     long input[4];  //各轮子驱动输入值
     long output[4]; //个轮子输出值
}

3.2.8 获取IMU数据

  • 请求:Master->Board
固定帧头 id 消息体长度 消息体 校验
内容 0x5a 0x07 0x00 - 1字节和校验码
  • 回应::Board->MASTER
固定帧头 id 消息体长度 消息体 校验
内容 0x5a 0x07 0x24 9轴IMU信息(见下面说明) 1字节和校验码 
{
   float ax, ay, az; // 三轴加速度计值 m/s2
   float gx, gy, gz;// 三轴陀螺仪计值 rad/s
   float mx, my, mz;// 三轴磁力计计值mg（0.001GAUSS)
}
  • 交互数据测试
    • 发送(十六进制): 5A 07 00 61
    • 接收(十六进制): 5a 07 24 49 32 8e 3d 4e a6 5c 3e 1e fc 12 41 58 a0 0b 3c 7e b6 c8 bc 58 a0 8b bb e1 7a 04 c2 8f 42 81 43 7b 94 94 c3 17
固定帧头:0x5a
消息id:0x07
消息体长度:0x24(4*9=36)
消息体:49 32 8e 3d 4e  a6 5c 3e 1e fc 12 41 58 a0 0b 3c 7e b6 c8 bc 58 a0 8b bb e1 7a 04 c2 8f 42 81 43 7b 94 94 c3
校验码: 17

// 三轴加速度计值 m/s2
ax=[49 32 8e 3d]  // 0.0694318488
ay=[4E A6 5C 3E]  // 0.215478152
az=[1E FC 12 41]  // 9.18655205

// 三轴陀螺仪计值 rad/s
gx=[58 A0 0B 3C] // 0.00852211565
gy=[7E B6 C8 BC] // -0.0245010816
gz=[58 A0 8B BB] // -0.00426105782

// 三轴磁力计计值mg（0.001GAUSS)
mx=[E1 7A 04 C2] // -33.1199989
my=[8F 42 81 43] // 258.519989
mz=[7B 94 94 C3] // -297.160004

3.2.9 获取编码器的计数数据

  • 请求:Master->Board
固定帧头 id 消息体长度 消息体 校验
内容 0x5a 0x08 0x00 - 1字节和校验码
  • 回应::Board->MASTER
固定帧头 id 消息体长度 消息体 校验
内容 0x5a 0x08 0x10 编码器计数(见下面说明) 1字节和校验码 
{
   float encoder_count[4]; // 各电机编码器计数
}

3.2.10 电机控制

  • 请求:Master->Board
固定帧头 id 消息体长度 消息体 校验
内容 0x5a 0x09 pwm(见下面说明) - 1字节和校验码 
 {
    short pwm[4]; // 各输出控制电机的pwm
 }
  • 回应::Board->MASTER
固定帧头 id 消息体长度 消息体 校验
内容 0x5a 0x09 0x00 - 1字节和校验码