本帖最后由 hellokity 于 2016-7-19 15:06 编辑
一、序言 其实，这次申请四驱车有几个目的： 1、本人在高校实验室工作，负责几个实验室的日常管理，同时为各个实验室准备实验器材，实验器材一般是一些常用的工具及一些材料，实验课门类比较多，因此本人的工作量就比较大。本人之前在企业做嵌入式系统软件设计，出于攻城狮的本能，想做一辆智能车来减轻日常的工作量，设想是通过设定不同的目的地，智能车能够把相关的实验器材送到指定的实验室。刚好论坛里搞四驱车的活动，就报名参加了，想通过此次活动做个验证性的实验。 2、之前在企业的时候，做的系统比较简单，只用过基于M0内核系列的恩智浦的单片机，没有接触过M4的。之前一直都想熟悉一下M4的单片机，可是手里没有，加上工作事情比较多，也就搁浅了。刚好这次的活动的主题是开发四驱车，又采用M4内核的单片机，于是怦然心动。 3、虽然在坛子里是“高级会员”了，但是很惭愧，这个“高级职称”靠本人每天勤劳地登陆论坛签到获得的，不是因为在坛子里发有用帖、帮助大家解决问题获得的。所以也想通过这次机会，参与一下社区的活动，和志同道合的朋友共同成长。 虽然有以上的目的驱使我报名参加此次活动，但我也很清楚，参加活动并不是只有激情就可以的，毕竟我能力不及论坛里的很多坛友，至于能够开发到什么程度，说实话呢，我心里没底，因为对我来说，单片机是陌生的，通信模块是陌生的。不过好在我接受能力还比较强，也用过一些常用的单片机，完成此项目应该是没问题的。
二、方案总体设计 本人申请的时候，也想通过手机控制四驱车，但是分析一下自己的条件，发现自己对App的开发还没入门，再加上对K64不熟悉，短期内绝对不可能完成此项目。后来仔细研究了一下FRDM-K64，发现其有个FXOS8700加速度磁力传感器，再想到自己还有一块YL-KL26，现在闲置在抽屉里没有用，于是豁然开朗。何不用KL-26作为四驱车的控制系统，采用K64作为遥控系统呢？K64上有了加速度传感器，完全可以实现手势遥控，于是整体的设计方案就出来了。见图1. file:///C:/Users/ThinkPad/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif
三、详细设计 1、四驱车控制系统设计 IO需求分析 四驱车需要四个驱动电机，因此需要4个H桥驱动，共需4路PWM输出；四驱车在运行时会需要控制前进、后退、转弯儿、刹车等情况，每个TB6612驱动桥需要4个控制信号，共要8个GPO；为便于判断系统的运行状态，需要显示WIFI的连接情况，车辆的转向指示。共计3个GPO，ESP8266WIFI模块用过UART0与单片机通信，需要2个引脚；综上，四驱车需要17个GPIO。其中配置成PWM的为4个，配置成GPO的为11个，配置成TX、RX的各一个。 IO资源分配 YL-KL26引出了48个引脚，因此足够控制四驱车。根据引脚复用情况，资源配置如下表1. 表1 四驱车控制系统引脚配置表
软件设计 软件设计分为主程序设计和中断程序设计，主程序主要完成系统的初始化、遥控数据的解码、电机的控制等三部分内容。中断服务开启了3个，分别是pit，Systick、uart0中断。Pit中断时间为100ms，用于处理指示灯；Systick为m0内核自带滴答时钟，定时为10ms，用于延时控制及通信超时控制；UART0开启了接收中断及OR（overrun）中断，至于为何开启OR中断，接下来会讲。UART0接收中断用于接收从ESP8266获得的遥控指令帧，此处只负责接收，不做解析处理。各部分流程图如图3，图4，图5，图6。 UART0参数：波特率9600,8位数据位，1位停止位，无校验，开启rx及or中断； Pit参数：100ms周期中断； Systick参数：10ms周期中断； TPM0参数：打开CH0、CH1、CH2、CH4通道PWM功能，边缘对齐模式输出； ESP8266配置参数：波特率9600，AP模式，设置无线名称为“romoter”，打开多连接，开启服务器功能，端口号是50000； 遥控解码软件算法：单片机从UART0接收到的遥控指令有帧头和帧尾，首先找到帧头，再判断帧尾，如果正确，则证明是有效的指令帧，进行解析处理，否则丢弃； 四驱车控制算法：根据接收到的指令帧，驱动相应电机的运动方向及速度控制； 指示灯控制算法：同四驱车算法类似； 连接超时控制算法：如果超过1s没有接收到遥控指令，则四驱车停止； file:///C:/Users/ThinkPad/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.gif file:///C:/Users/ThinkPad/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.gif file:///C:/Users/ThinkPad/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.gif
2、遥控控制系统设计 遥控控制系统采用FRDM-k64开发板，板子上集成了FXOS8700加速度磁力计传感器，采用I2C通信。板子上还集成了一个三色灯，可用于控制器的前进、转弯儿的指示。以上均不需更改硬件，唯一需要更改硬件的地方是在板子上的J199处焊接一个4脚的排针，不再接蓝牙，改成ESP8266WIFI模块。虽然《FRDMK64FUG.pdf》文档已经明确标出，为了便于查看，将资源分配再次列出。见表2 表2 遥控系统硬件资源分配表
软件设计 软件设计分为主程序设计和中断程序设计，主程序主要完成系统的初始化、FXOS8700传感器数据的读取、遥控指令发送、指示灯显示灯几部分内容。Pit中断只要提供定时服务，Systick中断用于控制传感器数据读取的频率及遥控指令发送的频率。 UART4参数：波特率115200,8位数据位，1位停止位，无校验； Pit参数：10ms周期中断； Systick：20ms定时中断； FXOS8700参数：波特率100k，地址0x1D（由于板子上SA0上拉，SA1下拉），其余参数按照FXOS8700数据手册配置即可； ESP8266参数：波特率115200，station模式，创建“TCP”,“192.168.4.1”,50000通信，透传模式下工作，最后不能忘记启动发送。 各程序算法较为简单，此处不重复列出，看源码即可。 file:///C:/Users/ThinkPad/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image014.gif
四、问题及解决方法总结 在开发过程中，本人遇到了这样或那样的问题，有一些是从论坛里获得的，一些是自己研究各种资料后解决的。新手可以参考，高手可以绕道，勿拍板砖。 问题1、没有示波器，只有一台万用表的情况下，如何判断PWM输出是否正常？ 解决方法：如果不了解PWM的原理，请先学习相关资料。PWM的周期是固定的，改变占空比，相应引脚输出的电压就会变化（开关电源的原理吧），通过设定已知的占空比，PWM对应引脚的电压即为VCC*占空比。此方法可以简单有效判断PWM功能是否正常。 问题2、KL26开启串口接收中断后，为何只能有限的几次能够进入中断？ 解决方法：接收中断正常响应的情况是，接收数据寄存器是空的，当新的数据进入数据寄存器后，向CPU发出中断申请。当有数据要进入数据寄存器，而此时数据寄存器的数据还没有被读取，此时OR（overrun）标志位会被置位，一旦此标志位置位，除非清零，此标志位会一直置位，影响硬件对RDRF置位，RDRF不能置位，就不能够产生接收中断。因此此问题的一个解决方法是打开OR中断，进入OR中断后清除OR的标志位，然后进行再进入接收中断处理函数。 问题3、初始化UART模块时，为何总是进入硬件中断？ 解决方法：UART的收发引脚与GPIO通用，进行配置UART模块时，如果没有开启PORT时钟，则相当于非法操作没有使能的硬件设备，因此会进入非屏蔽的硬件中断。所以此问题的解决方法是应先开启PORT的时钟，使能PORT。 问题4、程序初始化正常，但运行时，为何经常会不定时进入默认中断？ 解决方法：查找程序中定义的指针变量，检查指向的地址是否会出现违法的情况。如果程序运行在Linux系统上，则会抛出段错误的信息。即：指针越界访问。 问题5、为何坛子里KSDK初始化FXOS8700传感器的例程总是失败？ 解决方法：通过单步执行，可以发现，在初始化通信频率的时候，总是不成功，这是因为I2C模块SCL波特率不正确，导致不能够与FXOS8700通信失败，进而对此传感器的各种初始化也不会成功。修改的方法之一是修改I2C_HAL_SetBaudRate (uint32_t baseAddr, uint32_t sourceClockInHz,uint32_t kbps, uint32_t * absoluteError_Hz)函数，不要寻求BF_I2C_F_MULT和BF_I2C_F_ICR寄存器的最优值，自己根据已知I2C模块的时钟进行设置。 问题6、为何开启化了pit的中断，但还是无法进入中断函数？ 解决方法：忘记打开nvic里的中断开关。 五、后记 申请下这个项目，使我感到很意外。因为我的方案不怎么优秀，开发的质量也不能够保证，但是小九还是把我的申请pass了，谢谢给我这次学习的机会！在等待四驱车材料的过程中，出现了一个小插曲，那就是材料中只有FRDM-K64开发板和一个小车底盘，带减速机的电机和螺钉都没有，小九再次补发，不小心把地址填错了，当再次收到货时，已经是6.29了。进入7月份，原本要放假了，谁曾想事情反倒多了起来，监考、党员学习、期末考核材料、各种总结会以及为期3天的保密出差（电脑、手机没收）。忙里抽闲，先把各个部分的代码按照以上的方案设计编写完成，再连接调试。调试的过程中，出现了很多问题，先是硬件初始化的时候出错，再是程序莫名其妙进入中断，当然这些都不算什么。 最让我头疼的问题就是FXOS8700传感器的问题，虽说参考了恩智浦官网的例程，但是例程初始化FXOS8700总是失败，坛友们提供了一些建议，但并不能能够解决问题。由于白天工作，晚上调试时间有限，时间不集中加上没有示波器导致调试的效率大大降低了，好在后来凭借几年来的开发直觉找到了问题的根源，但是解决方法不是很好，有时间再研究下。 其次是KL26不能够进入接收中断的问题让我很费神，在坛子里没有搜到与我遇到的问题一致，因此放弃了从外部获得解决方法的想法，仔细地研究了KL26UART的寄存器，才发现这个问题的根源。 现在，软件调试完成，正在调试硬件，这次不可能按时完成项目了。不管怎么样，通过这几天的折腾，自己学习了不少东西。无论小九收走此开发套件还是别的处理方式，我都欣然接受。再次感谢曾经帮忙的各位坛友及小九坛主。
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发表于 2016-7-19 14:32:35
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