四. 軟體準備——ucos-iii作業系統
匆匆忙忙的2023年結束了，在機械人平台開發方面算是搞清了些端倪。近來總算有時間回顧過往，稍作整理。計畫寫乙個專題系列，內容即為「機械人控制系統設計與實現」，這將會是我的系列文章的宗旨。機械人平台從地面無人車到空中無人機到水下無人潛航器，這將是乙個可上九天攬月、可下五洋捉鱉的巨集大藍圖。講述內容從控制演算法到嵌入式軟體開發，從計算機**到微控制器實戰，從底層驅動到上層應用。所有的**源於專案實戰，講述方式將是雅俗共賞。記錄與分享心得的過程是快樂的，既是悅己、也可及人。如果有志同道合的朋友們可以動動小爪點個關注，我們一起成長、一起進步叭！
第一篇從實現乙個四輪四驅小車開始~
搭建四輪小車的機械部分就不細講了，有條件的自己設計機架機加工或3d列印，沒條件的直接買乙個四輪底盤即可，電機、輪子配套，成本不高。
電機選擇就很多了，小型四輪車常見的是編碼器電機，如圖1所示，一般是六根接線，兩根編碼器電源線，兩根電源線，兩根編碼器訊號線（a相b相）。只需要一路編碼器就可用於測速，兩路可以測方向，控制板需要解析編碼器訊號做速度閉環控制。
另外一種是匯流排電機，常見的是can匯流排電機、串列埠匯流排電機，這種電機一般會有配套的驅動器，控制板只需要給定速度、位置訊號。如圖所示是大疆的m3508行星減速電機與配套的c620電調（robomaster用的電機同一系列），可以使用can匯流排控制和pwm兩種控制方式。本篇我們就用這個電機，基於can匯流排方式去做速度閉環。
驅動板是小車的大腦，由於本篇所實現的功能只是實現基本運動，就是遙控器控制小車直行和轉彎，所以只需要乙個底層驅動控制板，在後續增加高階功能之後會疊加上層控制器（如樹莓派、英偉達）。
板子可以買，以可以畫。主要是要有iic、串列埠、can匯流排、編碼器介面等外設介面和電源介面。前述的編碼器電機的介面是通用的，**上有很多板子是帶了這種介面的，如果沒有的話將電機的線分別接到對應的io口即可，只是不太好看。
本文選擇自主開發的使用stm32f7主控的驅動板，時鐘頻率216mhz，一般的智慧型小車應用都足夠了。
感測器主要是需要姿態感測器，一般使用九軸慣性感測器，即三軸陀螺儀、三軸加速度計、三軸磁力計。最終目的就是解算三軸姿態角，這裡簡單粗暴，直接買了乙個姿態角感測器，如圖所示是維特智慧型的感測器，串列埠輸出三軸姿態角，其內部還是使用姿態解算演算法算出來的。如果使用mpu9250等模組就需要自己進行解算了，後面有時間專門寫一篇濾波演算法與姿態解算。
建議選用鋰電池。
本系列文章都會使用作業系統，ucos-iii和freertos原理差不多，只不過前者商用後者免費，我使用的是ucos-iii。如果沒有嵌入式作業系統的小夥伴們自行補補課叭，不會也沒關係。不影響核心**部分的閱讀。
在空的作業系統的工程模板中，建立4個任務，乙個communicatetask，sensortask，stabilizationtask，motortask，分別進行遙控器通訊、感測器資料讀取、姿態控制、電機控制。使用作業系統的優勢就是實時性，請大家牢記這個概念。在作業系統下，每個任務都像是同時執行的，其實是分時復用，只有在多核的處理器上才能實現真正的同時。
首先在main檔案的起始部分定義任務優先順序、任務堆疊、堆疊大小、任務函式等。這裡的starttask用於建立其他任務，建立完之後就掛起自己。
//任務優先順序
#define start_task_prio 3
//任務堆疊大小
#define start_stk_size 128
//任務控制塊
os_tcb starttasktcb;
//任務堆疊
cpu_stk start_task_stk[start_stk_size]
;//任務函式
void
start_task
(void
*p_arg)
;//communicate任務
//設定任務優先順序
#define communicate_task_prio 5
// sbus 訊號的更新是在串列埠中斷中進行的
//任務堆疊大小
#define communicate_stk_size 512
//任務控制塊
os_tcb communicatetasktcb;
//任務堆疊
cpu_stk communicate_task_stk[communicate_stk_size]
;//led0任務
void
communicate_task
(void
*p_arg)
;//stabalizer任務
//設定任務優先順序
#define stabilization_task_prio 4
//任務堆疊大小
#define stabilization_stk_size 2048
//任務控制塊
os_tcb stabilizationtasktcb;
//任務堆疊
cpu_stk stabilization_task_stk[stabilization_stk_size]
;//led0任務
void
stabilization_task
(void
*p_arg)
;//motor電機任務
//設定任務優先順序
#define motor_task_prio 7
//任務堆疊大小
#define motor_stk_size 512
//任務控制塊
os_tcb motortasktcb;
//任務堆疊
cpu_stk motor_task_stk[motor_stk_size]
;//motor任務
u8 motor_task
(void
*p_arg)
;//設定任務優先順序
#define sensor_task_prio 6
//任務堆疊大小
#define sensor_stk_size 512
//任務控制塊
os_tcb sensortasktcb;
//任務堆疊
cpu_stk sensor_task_stk[sensor_stk_size]
;//motor任務
u8 sensor_task
(void
*p_arg)
;
int
main
(void
)
//開始任務函式
void
start_task
(void
*p_arg)
//通訊任務
void
communicate_task
(void
*p_arg)
}void
stabilization_task
(void
*p_arg)
}u8 sensor_task
(void
*p_arg)
}u8 motor_task
(void
*p_arg)
}
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