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# AutolaborM2串口通讯协议
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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。
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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
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***角速度***
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，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 =
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10 * 0.15 = 1.5m/s
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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***
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，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。
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M2底盘为阿卡曼转向结构，机器人的运动控制采用***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
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***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
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v = 1/2 = 0.5。
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机器人速度控制时，会检查TCU，左电机ECU，右电机ECU状态，如果状态异常，则不会执行控制指令。此时，会向上位机报告异常状态，异常状态中包括急停、编码器数据异常、电流保护和机械刹车。
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## 1、两种数据消息
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* 无数据域消息
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* 长度：6个字节(1个字节帧头FE + 4字节消息类型 + CRC8校验)
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* 有数据域消息
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* 长度：14个字节(1个字节帧头FE + 4字节消息类型 + 8字节数据(小端模式) + CRC8校验)
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## 2、查询指令
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* 查询指令：无数据域包
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* 反馈指令：有数据域包
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| 消息ID | 内容 | 反馈数据(8字节) | 数据含义 |
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|-------------|---------|--------------------------|--------------------------------------------|
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| 0D 00 80 00 | 状态 | [0]运行状态[1]-[7]保留 | 10:正常运行 ff：急停状态 |
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| 0D 00 11 00 | 剩余容量百分比 | [0] uint8 [1]-[7]保留 | [0 100]% （采样频率=1Hz） |
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| 0D 00 12 00 | 剩余可用时间 | [0]-[3] uint32 [4]-[7]保留 | [0 360000]s （采样频率=1Hz） |
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| 0D 00 13 00 | 剩余容量 | [0]-[3] uint32 [4]-[7]保留 | [0 5000000]mAh （采样频率=1Hz） |
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| 0D 00 14 00 | 电池电压 | [0][1] uint16 [2]-[7]保留 | [0 500000]mV （采样频率=1Hz） |
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| 0D 00 15 00 | 电池电流 | [0]-[3] uint32 [4]-[7]保留 | [-750000 750000]mA 正：电池充电，负：电池放电（采样频率=1Hz） |
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| 0D 00 17 00 | 急停开关 | [0]bool[1]-[7]保留 | 0：正常 1：急停 |
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| 0D 00 18 00 | 查询软急停 | [0]bool[1]-[7]保留 | 0：正常 1：急停 |
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| 0D 00 19 00 | 查询手柄急停 | [0]bool[1]-[7]保留 | 0：正常 1：急停 |
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| 0D 00 1a 00 | 查询最大线速度 | [0]-[3]float [4]-[7]保留 | 根据车轮大小计算出的最大线速度(m/s) |
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| 0D 00 1b 00 | 查询最大转角 | [0]-[3]float [4]-[7]保留 | 根据机械结构得到的最大转角(rad) |
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| 0D 00 1c 00 | 查询车辆宽度 | [0]-[3]float [4]-[7]保留 | 根据机械结构得到的车宽(m) |
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| 0D 00 1d 00 | 查询车辆长度 | [0]-[3]float [4]-[7]保留 | 根据机械结构得到的车长(m) |
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| 0D 00 1e 00 | 查询轮半径 | [0]-[3]float [4]-[7]保留 | 根据机械结构得到的车轮半径(m) |
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***查询范例***
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| 指令 | 单位 | 写字节流 |
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|---------|------|---------------------|
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| 状态查询 | | `FE 0D 00 08 00 B2` |
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| 剩余容量百分比 | | `FE 0D 00 11 00 B5` |
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| 剩余可用时间 | 秒 | `FE 0D 00 12 00 E0` |
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| 剩余容量 | mAh | `FE 0D 00 13 00 2A` |
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| 电池电压 | 10mV | `FE 0D 00 14 00 4A` |
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| 电池电流 | 1mA | `FE 0D 00 15 00 8E` |
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| 急停开关 | | `FE 0D 00 17 00 1F` |
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| 查询软急停 | | `FE 0D 00 18 00 07` |
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| 查询手柄急停 | | `FE 0D 00 19 00 C3` |
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| 查询最大线速度 | m/s | `FE 0D 00 1A 00 96` |
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| 查询最大转角 | rad | `FE 0D 00 1B 00 52` |
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| 查询车辆宽度 | m | `FE 0D 00 1C 00 3C` |
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| 查询车辆长度 | m | `FE 0D 00 1D 00 F8` |
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| 查询轮半径 | m | `FE 0D 00 1E 00 AD` |
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***查询结果：***
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| 指令 | 反馈字节流 | 含义 |
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|---------|---------------------------------------------|---------------|
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| 状态查询 | `FE 2D 00 80 00 10 00 00 00 00 00 00 00 09` | 状态正常 |
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| 剩余容量百分比 | `FE 2D 00 11 00 64 00 00 00 00 00 00 00 79` | 容量100% |
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| 剩余可用时间 | `FE 2D 00 12 00 50 C3 00 00 00 00 00 00 CC` | 剩余50000s |
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| 剩余容量 | `FE 2D 00 13 00 50 C3 00 00 00 00 00 00 02` | 剩余50000mAh |
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| 电池电压 | `FE 2D 00 14 00 7D 00 00 00 00 00 00 00 99` | 1.25V |
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| 电池电流 | `FE 2D 00 15 00 4D 08 00 00 00 00 00 00 5A` | 2.125A |
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| 急停开关 | `FE 2D 00 17 00 01 00 00 00 00 00 00 00 58` | 急停开关按下 |
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| 查询软急停 | `FE 2D 00 18 00 01 00 00 00 00 00 00 00 26` | 软急停触发 |
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| 查询手柄急停 | `FE 2D 00 19 00 01 00 00 00 00 00 00 00 E8` | 手柄急停按下 |
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| 查询最大线速度 | `FE 2D 00 1A 00 00 00 C0 3F 00 00 00 00 94` | 最大线速度1.5m/s |
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| 查询最大转角 | `FE 2D 00 1B 00 92 0A 06 3F 00 00 00 00 BC` | 最大转角：0.523Rad |
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| 查询车辆宽度 | `FE 2D 00 1C 00 00 00 00 3F 00 00 00 00 9D` | 0.5m |
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| 查询车辆长度 | `FE 2D 00 1D 00 66 66 26 3F 00 00 00 00 83` | 0.65m |
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| 查询轮半径 | `FE 2D 00 1E 00 9A 99 19 3E 00 00 00 00 D2` | 0.15m |
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## 3、控制指令(有数据域消息类型)
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* 运动控制(v theta)
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* 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。
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* 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。
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* theta: 前轮转角，单位rad，弧度制。车辆向左转为正。
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* 4字节消息类型：`2D 00 01 00`
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* 8字节数据：前4字节表示v，后4字节表示theta
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* 数据类型：float
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* 范例：`FE 2D 00 01 00 CD CC CC 3D CD CC 4C 3E 82`
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* 指令含义：v:0.1相对速度，theta:0.2rad
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* 重置里程计
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* 4字节消息类型：`0D 00 02 00`
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* 范例：`FE 0D 00 02 00 0C`
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* 驻车控制
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* 发送机械刹车指令
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* 4字节消息类型: `2D 00 03 00`
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* 8字节数据：第一个字节表示是否刹车，1为刹车，0为释放
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* 刹车指令：`FE 2D 00 03 00 01 00 00 00 00 00 00 00 07`
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* 释放刹车：`FE 2D 00 03 00 00 00 00 00 00 00 00 00 44`
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* 调整零位
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* 4字节消息类型: `2D 00 04 00`
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* 8字节数据：前4个字节表示float，偏移量
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* 逆时针偏移1度: `FE 2D 00 04 00 00 00 80 BF 00 00 00 00 D6`
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* 顺时针偏移1度: `FE 2D 00 04 00 00 00 80 3F 00 00 00 00 1D`
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* 紧急停止指令(Emergency)
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* 4字节消息类型：`2F FF FF 00`
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* 8字节数据：第1个字节表示急停类型，FF表示急停，10表示解除急停
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* 急停触发：`FE 2F FF FF 00 FF 00 00 00 00 00 00 00 DA`
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* 急停解除：`FE 2F FF FF 00 10 00 00 00 00 00 00 00 53`
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* 该消息可以直接关停底盘的电机输出。
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## 4、反馈消息
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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。
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* 整车速度和转角
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* 4字节消息类型：`2D 00 20 00`
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* 8字节数据内容：前4字节为车辆速度v，单位m/s。后4字节为前轮转角，单位rad。
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* 数据类型：float
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* 里程计xy坐标
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* 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。
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* 4字节消息类型：`2D 00 21 00`
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* 8字节数据内容：前4个字节为x坐标，单位m。后4字节为y坐标，单位m。
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* 数据类型为float
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* 范例：`FE 2D 00 21 00 CD CC CC 3D CD CC 4C 3E 1A`
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* 说明：x:0.1m y:0.2m
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* 里程计朝向
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* 车辆上电后的朝向为0度，逆时针为正。
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* 4字节消息类型：`2D 00 22 00`
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* 8字节数据内容：前4个字节为朝向角，单位为rad。
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* 数据类型为float
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* 范例：`FE 2D 00 22 00 9A 99 99 3E 00 00 00 00 D9`
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* 说明：0.3rad
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* 左电机速度
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* 4字节消息类型：`2D 11 11 00`
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* 8字节数据内容：前4个字节为速度，单位rad/s
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* 数据类型：float
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* 范例：`FE 2D 11 11 00 CD CC CC 3D 00 00 00 00 C5`
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* 含义：0.1rad/s，如果要转换为m/s，需要乘以车轮半径
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* 右电机速度：
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* 4字节消息类型:`2D 10 11 00`
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* 8字节数据内容：前4个字节为速度，单位rad/s
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* 数据类型：float
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* 范例：`FE 2D 10 11 00 CD CC 4C 3E 00 00 00 00 B4`
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* 含义：0.2rad/s，如果要转换为m/s，需要乘以车轮半径
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* 转向角度：
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* 4字节消息类型：`2D 20 11 00`
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* 8字节数据内容：前4个字节为角度，单位rad
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* 数据类型：float
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范例：`FE 2D 20 11 00 CD CC CC 3D 00 00 00 00 26`
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* 含义：0.1rad，正方向为向左转
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* 异常状态报告：
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* 4字节消息：`2D 00 23 00`
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* 8字节数据内容：[0]:TCU状态；[1]:左轮ECU状态 [2]:右轮ECU状态。每个字节0位为急停，1位为数据超时，2位为电流超限，3位为刹车状态
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* 范例：`FE 2D 00 23 00 01 02 05 00 00 00 00 00 0E`
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* 含义：TCU节点急停状态，左轮ECU编码器数据超时，右轮ECU急停状态且电流超限。
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## 5、CRC8校验
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* 使用CRC-8/MAXIM方式计算
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* 示例：在线计算crc8(http://www.ip33.com/crc.html)
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<span id = "crc8-table"></span>
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* 查表法计算crc8
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```
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const uint8_t CRC8Table[]={
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0 94 188 226 97 63 221 131 194 156 126 32 163 253 31 65
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157 195 33 127 252 162 64 30 95 1 227 189 62 96 130 220
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35 125 159 193 66 28 254 160 225 191 93 3 128 222 60 98
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190 224 2 92 223 129 99 61 124 34 192 158 29 67 161 255
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70 24 250 164 39 121 155 197 132 218 56 102 229 187 89 7
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219 133 103 57 186 228 6 88 25 71 165 251 120 38 196 154
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101 59 217 135 4 90 184 230 167 249 27 69 198 152 122 36
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248 166 68 26 153 199 37 123 58 100 134 216 91 5 231 185
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140 210 48 110 237 179 81 15 78 16 242 172 47 113 147 205
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17 79 173 243 112 46 204 146 211 141 111 49 178 236 14 80
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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
|
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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 };
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||
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uint8_t can_crc8_calculate(uint8_t *p uint8_t counter)
|
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{
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uint8_t crc8 = 0;
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for( ; counter > 0; counter--){
|
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crc8 = CRC8Table[crc8^*p];
|
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p++;
|
||
}
|
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return(crc8);
|
||
}
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||
```
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## 6 跨平台串口工具
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推荐一款跨平台的串口工具Comtools: (https://github.com/Neutree/COMTool)
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