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Autolabor_m2/car/CustomAutocan.md

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AutolaborM2串口通讯协议

AutolaborM2采用串口通讯，通讯波特率为115200。通讯消息分为无数据域和有数据域两种类型。其中无数据域类型主要用于查询指令。

串口连接成功后，能收到机器人上报的里程计消息和车辆速度、转角消息，可依此作为机器人连接的判断。当前车辆上报得到左轮轮速和右轮轮速是直接从编码器给出的角速度，单位为rad。如果需要知道车轮线速度，则需要查询车辆轮半径，根据轮半径计算出车轮线速度。比如，角速度10rad/s，车轮半径0.15m，则线速度v = 10 * 0.15 = 1.5m/s

机器人有三种急停方式：硬件开关急停、手柄远程急停、软件消息急停。三种急停均可使得车辆立即停止。其中硬件急停优先级最高，直接切断电机供电。在发送急停消息后，可根据查询机器人状态信息来判断是否成功进入急停。如果发现机器人进入急停状态，可根据查询消息，判定急停触发的来源。

车辆的运动控制采用两轮自行车模型，控制量为前轮转角和后轮转速。其中转速为相对速度，需要用户根据查询到的车辆最大速度，计算出相对速度大小。比如，查询到车辆最大速度为2m/s，想要让车辆按照1m/s的速度运行，则需要发送 v = 1/2 = 0.5。

1、两种数据消息

  • 无数据域消息

    • 长度：6字节(1字节帧头0xFE + 4字节消息类型 + CRC8校验)

  • 有数据域消息

    • 长度：14字节(1字节帧头0xFE + 4字节消息类型 + 8字节数据 + CRC8校验)

2、查询指令

  • 查询指令：
    • 4字节消息类型：0x0D,0x00,消息ID,0x00
  • 反馈指令：
    • 4字节消息类型:0x2D,0x00,消息ID,0x00
    • 8个字节的数据字节解析参考下面的表格，不同消息ID解析方式不同。
  • 针对不同指令，只有第三位消息ID不同。
消息ID 内容 格式 读/写 备注
0x80 状态 无数据域
[0]运行状态[1]-[7]保留		 写
读		 0x10:正常运行 0xff：急停状态
0x02 重置里程计 无数据域 写 里程计的方向清零，即车辆朝向清零
0x11 剩余容量百分比 无数据域
[0] uint8 [1]-[7]保留		 写
读
[0,100]% （采样频率=1Hz）
0x12 剩余可用时间 无数据域
[0][1][2][3] uint32 [4]-[7]保留		 写
读
[0,360000]s （采样频率=1Hz）
0x13 剩余容量 无数据域
[0][1][2][3] uint32 [4]-[7]保留		 写
读
[0,5000000]mAh （采样频率=1Hz）
0x14 电池电压 无数据域
[0][1] uint16 [2]-[7]保留		 写
读
[0,500000]mV （采样频率=1Hz）
0x15 电池电流 无数据域
[0][1][2][3] uint32 [4]-[7]保留		 写
读
[-750000,750000]mA 正：电池充电，负：电池放电（采样频率=1Hz）
0x16 手柄数据 无数据域
[0]-[7]详见 手柄消息结构定义		 写
读
0x17 急停开关 无数据域
[0]bool[1]-[7]保留		 写
读
0：正常 1：急停
0x18 查询软急停 无数据域
[0]bool[1]-[7]保留		 写
读
0：正常 1：急停
0x19 查询手柄急停 无数据域
[0]bool[1]-[7]保留		 写
读
0：正常 1：急停
0x1a 查询最大线速度 无数据域
[0]-[3]float [4]-[7]保留		 写
读		 根据车轮大小计算出的最大线速度(m/s)
0x1b 查询最大转角 无数据域
[0]-[3]float [4]-[7]保留		 写
读		 根据机械结构得到的最大转角(rad)
0x1c 查询车辆宽度 无数据域
[0]-[3]float [4]-[7]保留		 写
读		 根据机械结构得到的车宽(m)
0x1d 查询车辆长度 无数据域
[0]-[3]float [4]-[7]保留		 写
读		 根据机械结构得到的车长(m)
0x1e 查询轮半径 无数据域
[0]-[3]float [4]-[7]保留		 写
读		 根据机械结构得到的车轮半径(m)

范例

指令 单位 写字节流 反馈字节流 含义
状态查询 0xFE,0x0D,0x00,0x80,0x00,0xB2 0xFE,0x2D,0x00,0x80,0x00,0x10,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x09 状态正常
重置编码器 0xFE,0x0D,0x00,0x02,0x00,0x0C
剩余容量百分比 0xFE,0x0D,0x00,0x11,0x00,0xB5 0xFE,0x2D,0x00,0x11,0x00,0x64,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x79 容量100%
剩余可用时间 秒 0xFE,0x0D,0x00,0x12,0x00,0xE0 0xFE,0x2D,0x00,0x12,0x00,0x50,0xC3,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xCC 剩余50000s
剩余容量 mAh 0xFE,0x0D,0x00,0x13,0x00,0x24 0xFE,0x2D,0x00,0x13,0x00,0x50,0xC3,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x02 剩余50000mAh
电池电压 10mV 0xFE,0x0D,0x00,0x14,0x00,0x4A 0xFE,0x2D,0x00,0x14,0x00,0x7D,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x99 1.25V
电池电流 1mA 0xFE,0x0D,0x00,0x15,0x00,0x8E 0xFE,0x2D,0x00,0x15,0x00,0x4D,0x08,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x5A 2.125A
急停开关 0xFE,0x0D,0x00,0x17,0x00,0x1F 0xFE,0x2D,0x00,0x17,0x00,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x58 急停开关按下
查询软急停 0xFE,0x0D,0x00,0x18,0x00,0x07 0xFE,0x2D,0x00,0x18,0x00,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x26 软急停触发
查询手柄急停 0xFE,0x0D,0x00,0x19,0x00,0xC3 0xFE,0x2D,0x00,0x19,0x00,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xE8 手柄急停按下
查询最大线速度 m/s 0xFE,0x0D,0x00,0x1A,0x00,0x96 0xFE,0x2D,0x00,0x1A,0x00,0x00,0x00,0xC0,0x3F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x94 最大线速度1.5m/s
查询最大转角 rad 0xFE,0x0D,0x00,0x1B,0x00,0x52 0xFE,0x2D,0x00,0x1B,0x00,0x92,0x0A,0x06,0x3F,0x00,0x00,0x00,0x00,0xBC 最大转角：0.523Rad(30度)
查询车辆宽度 m 0xFE,0x0D,0x00,0x1C,0x00,0x3C 0xFE,0x2D,0x00,0x1C,0x00,0x00,0x00,0x00,0x3F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x9D 0.5m
查询车辆长度 m 0xFE,0x0D,0x00,0x1D,0x00,0xF8 0xFE,0x2D,0x00,0x1D,0x00,0x66,0x66,0x26,0x3F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x83 0.65m
查询轮半径 m 0xFE,0x0D,0x00,0x1E,0x00,0xAD 0xFE,0x2D,0x00,0x1E,0x00,0x9A,0x99,0x19,0x3E,0x00,0x00,0x00,0x00,0xD2 0.15m

3、控制指令(有数据域消息类型)

  • 运动控制(v,theta)

    • 运动控制具有超时机制，需要在200ms内发送一帧数据，否则会认为数据超时，车辆停止运动。
    • v: 车辆最大速度的百分比，取值范围[-1,-1]，对应从倒退最大速度到前进最大速度。
    • theta: 前轮转角，单位rad，弧度制。车辆向左转为正。
    • 4字节消息：0x2D,0x00,0x01,0x00
    • 8字节数据：前4字节表示v，后4字节表示theta
    • 数据类型：float
    • 范例：0xFE,0x2D,0x00,0x01,0x00,0xCD,0xCC,0xCC,0x3D,0xCD,0xCC,0x4C,0x3E,0x82
    • 指令含义：v:0.1相对速度，theta:0.2rad

  • 紧急停止指令(Emergency)

    • 急停触发：0xFE,0x2F,0xFF,0xFF,0x00,0xFF,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xDA
    • 急停解除：0xFE,0x2F,0xFF,0xFF,0x00,0x10,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x53
    • 该消息可以直接关停底盘的电机输出。

4、反馈消息

反馈消息将持续发送，40ms间隔。可以使用反馈消息作为车辆连接的依据。

  • 里程计xy坐标

    • 车辆上电后的位置，为里程计原点，车头方向为x，车左侧为y。
    • 4字节消息类型：0x2D,0x00,0x21,0x00
    • 8字节数据内容：前4个字节为x坐标，单位m。后字节为y坐标，单位m。
    • 数据类型为float
    • 范例：0xFE,0x2D,0x00,0x21,0x00,0xCD,0xCC,0xCC,0x3D,0xCD,0xCC,0x4C,0x3E,0x1A
    • 说明：x:0.1m y:0.2m

  • 里程计朝向

    • 车辆上电后的朝向，为0方向，逆时针为正。
    • 4字节消息类型：0x2D,0x00,0x22,0x00
    • 8字节数据内容：前4个字节为朝向角，单位为rad。
    • 数据类型为float
    • 范例：0xFE,0x2D,0x00,0x22,0x00,0x9A,0x99,0x99,0x3E,0x00,0x00,0x00,0x00,0xD9
    • 说明：0.3rad

  • 左电机速度

    • 4字节消息类型：0x2D,0x11,0x11,0x00
    • 8字节数据内容：前4个字节为速度，单位rad/s
    • 数据类型：float
    • 范例：0xFE,0x2D,0x11,0x11,0x00,0xCD,0xCC,0xCC,0x3D,0x00,0x00,0x00,0x00,0xC5
    • 含义：0.1rad/s，如果要转换为m/s，需要乘以车轮半径

  • 右电机速度：

    • 4字节消息类型:0x2D,0x10,0x11,0x00
    • 8字节数据内容：前4个字节为速度，单位rad/s
    • 数据类型：float
    • 范例：0xFE,0x2D,0x10,0x11,0x00,0xCD,0xCC,0x4C,0x3E,0x00,0x00,0x00,0x00,0xB4
    • 含义：0.2rad/s，如果要转换为m/s，需要乘以车轮半径

  • 转向角度：

    • 4字节消息类型：0x2D,0x20,0x11,0x00
    • 8字节数据内容：前4个字节为角度，单位rad
    • 数据类型：float 范例：0xFE,0x2D,0x20,0x11,0x00,0xCD,0xCC,0xCC,0x3D,0x00,0x00,0x00,0x00,0x26
    • 含义：0.1rad，正方向为向左转

5、CRC8校验

  • 使用CRC-8/MAXIM方式计算

  • 示例：在线计算crc8

img

  • 查表法计算crc8
const uint8_t CRC8Table[]={  
  0, 94, 188, 226, 97, 63, 221, 131, 194, 156, 126, 32, 163, 253, 31, 65,  
  157, 195, 33, 127, 252, 162, 64, 30, 95, 1, 227, 189, 62, 96, 130, 220,  
  35, 125, 159, 193, 66, 28, 254, 160, 225, 191, 93, 3, 128, 222, 60, 98,  
  190, 224, 2, 92, 223, 129, 99, 61, 124, 34, 192, 158, 29, 67, 161, 255,  
  70, 24, 250, 164, 39, 121, 155, 197, 132, 218, 56, 102, 229, 187, 89, 7,  
  219, 133, 103, 57, 186, 228, 6, 88, 25, 71, 165, 251, 120, 38, 196, 154,  
  101, 59, 217, 135, 4, 90, 184, 230, 167, 249, 27, 69, 198, 152, 122, 36,  
  248, 166, 68, 26, 153, 199, 37, 123, 58, 100, 134, 216, 91, 5, 231, 185,  
  140, 210, 48, 110, 237, 179, 81, 15, 78, 16, 242, 172, 47, 113, 147, 205,  
  17, 79, 173, 243, 112, 46, 204, 146, 211, 141, 111, 49, 178, 236, 14, 80,  
  175, 241, 19, 77, 206, 144, 114, 44, 109, 51, 209, 143, 12, 82, 176, 238,  
  50, 108, 142, 208, 83, 13, 239, 177, 240, 174, 76, 18, 145, 207, 45, 115,  
  202, 148, 118, 40, 171, 245, 23, 73, 8, 86, 180, 234, 105, 55, 213, 139,  
  87, 9, 235, 181, 54, 104, 138, 212, 149, 203, 41, 119, 244, 170, 72, 22,  
  233, 183, 85, 11, 136, 214, 52, 106, 43, 117, 151, 201, 74, 20, 246, 168,  
  116, 42, 200, 150, 21, 75, 169, 247, 182, 232, 10, 84, 215, 137, 107, 53 };  

uint8_t can_crc8_calculate(uint8_t  *p, uint8_t counter)  
{  
    uint8_t crc8 = 0;  
    for( ; counter > 0; counter--){  
        crc8 = CRC8Table[crc8^*p];  
        p++;  
    }  
    return(crc8);  
}