摘要

運動底盤是移動機器人的重要組成部分，不像激光雷達、IMU、麥克風、音響、攝像頭這些通用部件可以直接買到，很難買到通用的底盤。一方面是因為底盤的尺寸結構和參數是要與具體機器人匹配的；另一方面是因為底盤包含軟硬件整套解決方案，是很多機器人公司的核心技術，一般不會隨便公開。出於強烈的求知欲與學習熱情，我想自己DIY一整套兩輪差分底盤，並且將完整的設計過程公開出去供大家學習。說干就干，本章節主要內容：

1.stm32主控硬件設計

2.stm32主控軟件設計

3.底盤通信協議

4.底盤ROS驅動開發

5.底盤PID控制參數整定

6.底盤里程計標

2.stm32主控軟件設計

上一節搭建好了底盤的stm32主控硬件，現在就來說說怎么開發配套的stm32軟件。關於建立stm32工程、使用stm32開發庫、stm32軟件調試方法等基礎知識就不多說了，有需要的可以查閱相關資料學習，我覺得http://www.openedv.com《正點原子》的開發資料寫的還可以。我就直接從底盤控制的項目入手，直接進行項目中各個功能需求開始分析講解，如圖11，是我的底盤控制stm32工程項目。

（圖11）底盤控制stm32工程項目

2.1.電機控制

電機控制分為兩個部分（電機轉向控制、電機轉速控制），這些都集成在了電機驅動芯片TB6612FNG里面，所以只需要用單片機的IO口產生控制轉向的高低電平和控制轉速的PWM波就能實現。

首先，初始化IO口作為輸出腳，用於產生高低電平輸出來控制轉向，實例代碼如圖12。

（圖12）電機轉向控制IO口初始化

然后，用通用定時器TIM4的通道CH1和CH2分別產生兩路PWM輸出用於兩個電機的轉速控制，定時器默認引腳分配如圖13。

（圖13）stm32定時器通道默認引腳分配

初始化通用定時器TIM4的通道CH1和CH2為PWM輸出，實例代碼如14。

（圖14）電機轉速控制IO口初始化

最后，將電機轉向和速度控制的操作封裝在一個函數中，便於其它地方調用，實例代碼如圖15。

（圖15）電機轉向和速度控制封裝

2.2.編碼器數據讀取

編碼器對底盤來說至關重要，一方面底盤通過編碼器的反饋進行PID閉環速度控制，另一方面底盤通過編碼器進行航跡推演得到里程計用於后續的定位與導航等高級算法中。這里用到的編碼器是正交編碼器，所以直接使用通用定時器的輸入捕獲中的編碼器模式來讀取編碼器。采用通用定時器TIM2的通道CH1和CH2捕獲encoder1的A相和B相脈沖，采用通用定時器TIM3的通道CH1和CH2捕獲encoder2的A相和B相脈沖。

先初始化TIM2作為編碼器encoder1的捕獲，實例代碼如圖16。

（圖16）初始化TIM2作為編碼器encoder1的捕獲

然后，將讀取編碼器計數值的操作封裝在一個函數中，便於其它地方調用，實例代碼如圖17。

（圖17）讀取編碼器encoder1計數值封裝

最后，編寫TIM2計數溢出時的中斷處理函數，實例代碼如圖18。

（圖18）TIM2計數溢出中斷處理函數

同理可得TIM3捕獲encoder2的代碼實現，這里就不在贅述了。

2.3.串口數據收發

串口2是數據接口，負責接收上位機發送過來的控制指令，同時將編碼器值返回給上位機；串口1是debug接口，負責接收上位機發送過來的版本信息請求、PIDm默認值恢復、PID值設定等調試指令，同時將程序中的debug打印信息返回給上位機。但是在底盤正常工作時，只需要連接串口2；串口1是預留出來給有需要自己動手修改PID參數使用的。