一、介紹
??雖然如今或者將來(lái)，5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)帶來(lái)人工智能和工業(yè)自動(dòng)化的全面升級(jí)，生產(chǎn)活動(dòng)中勞動(dòng)力的需求大大減少，大量的勞動(dòng)力將向內(nèi)容生產(chǎn)行業(yè)和服務(wù)行業(yè)轉(zhuǎn)移。教育、醫(yī)療、娛樂(lè)、公共管理等諸多領(lǐng)域，乃至整個(gè)社會(huì)都將迎來(lái)巨大變革?？蓞㈤單业囊黄x書(shū)筆記5G社會(huì)：萬(wàn)物互聯(lián)新時(shí)代。
??但是，使用傳統(tǒng)無(wú)線電通信設(shè)備通信仍然是非常重要的通信方式，比如無(wú)線電臺(tái)、對(duì)講機(jī)，航模、車(chē)模、船模遙控等等。與手機(jī)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、WIFI連接相比，無(wú)線電連接有它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
??在樹(shù)莓派基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)38：邏輯分析儀分析PWM、UART信號(hào)中使用邏輯分析儀，對(duì)樹(shù)莓派的PWM信號(hào)和UART信號(hào)進(jìn)行分析，從中可以詳細(xì)了解邏輯分析儀分析的使用方法及PWM信號(hào)和UART信號(hào)。
??本實(shí)驗(yàn)中將使用邏輯分析儀、樹(shù)莓派，對(duì)航模無(wú)線電接收機(jī)輸出的PWM信號(hào)、SBUS信號(hào)進(jìn)行采集分析，以便樹(shù)莓派能夠接收無(wú)線電控制信號(hào)，進(jìn)而可以開(kāi)發(fā)基于無(wú)線電控制的樹(shù)莓派航模飛行控制系統(tǒng)、或者智能小車(chē)的無(wú)人駕駛系統(tǒng)。
二、組件
★Raspberry Pi 3 B+全套*1
★睿思凱Frsky X8R 接收機(jī)*1
★電平反向器模塊*1
★睿思凱Frsky Taranis X9D PLUS SE2019遙控器*1
★國(guó)產(chǎn)夢(mèng)源DSLogic Plus邏輯分析儀*1
★面包板*1（可選）
★40P軟排線*1
★跳線若干
三、實(shí)驗(yàn)原理
（一）航模無(wú)線電遙控系統(tǒng)
本實(shí)驗(yàn)中使用的遙控系統(tǒng)可以自行選擇其它品牌的產(chǎn)品，如國(guó)產(chǎn)的天地飛還不錯(cuò)。
航模的遙控器就是像電視機(jī)遙控器、空調(diào)遙控器一樣可以不用接觸到被控設(shè)備，而通過(guò)一個(gè)手持器件，使用無(wú)線電與被控設(shè)備進(jìn)行通信，從而達(dá)到對(duì)設(shè)備的控制。
遙控器想到達(dá)到與無(wú)人機(jī)通信的功能需要有兩部分配合完成。即：發(fā)射器（遙控器）與接收機(jī)。遙控器上的控制桿轉(zhuǎn)為無(wú)線電波發(fā)送給接收機(jī)，而接收機(jī)通過(guò)接收無(wú)線電波，讀取遙控器上控制桿的讀數(shù)，并轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)發(fā)送到航模的控制器中。
目前用于無(wú)人機(jī)遙控器主流的無(wú)線電頻率是2.4G，這樣的無(wú)線電波的波長(zhǎng)更長(zhǎng)，可以通信的距離較遠(yuǎn)，普通2.4G遙控器與接收機(jī)的通信距離在空曠的地方大概在1km以?xún)?nèi)。2.4GHz無(wú)線技術(shù)如今已經(jīng)成為了無(wú)線產(chǎn)品的主流傳輸技術(shù)。所謂的2.4GHz所指的是一個(gè)工作頻段2400M-2483M范圍，這個(gè)頻段是全世界免申請(qǐng)使用。
常見(jiàn)的Wifi、藍(lán)牙、ZigBee都是使用的2.4G頻率段，只不過(guò)他們采用的協(xié)議不同，導(dǎo)致其傳輸速率不同，所以運(yùn)用的范圍就不同。同樣是采用2.4G頻率作為載波，但不同的通訊協(xié)議衍生出的通訊方式會(huì)有著天壤之別；僅僅在傳輸數(shù)據(jù)量上，就有著從1M每秒到100M每秒的差別。
關(guān)于遙控器與無(wú)人機(jī)的通信協(xié)議也有很多種，常見(jiàn)的數(shù)據(jù)協(xié)議如下：
1.pwm：需要在接收機(jī)上接上全部pwm輸出通道，每一個(gè)通道就要接一組線，解析程序需要根據(jù)每一個(gè)通道的pwm高電平時(shí)長(zhǎng)（即占空比）計(jì)算通道數(shù)值。
2.ppm：按固定周期發(fā)送所有通道pwm脈寬的數(shù)據(jù)格式，一組接線，一個(gè)周期內(nèi)發(fā)送所有通道的pwm值，解析程序需要自行區(qū)分每一個(gè)通道的pwm時(shí)長(zhǎng)。PPM的頻率通常是50Hz，周期長(zhǎng)度20ms，每一個(gè)周期中可以存放最多10路PWM信號(hào)，每一路PWM的周期為2ms。
3.sbus：每11個(gè)bit位表示一個(gè)通道數(shù)值的協(xié)議，串口通信，但是sbus的接收機(jī)通常是反向電平，連接到航模時(shí)需要接電平反向器，大部分支持sbus的飛行控制板已經(jīng)集成了反向器。
4.xbus：常規(guī)通信協(xié)議，支持18個(gè)通道，數(shù)據(jù)包較大，串口通信有兩種模式，可以在遙控器的配置選項(xiàng)中配置。接收機(jī)無(wú)需做特殊配置。
然后，就是電調(diào)通過(guò)接收接收機(jī)輸出的這些信號(hào)，來(lái)將輸入的電源轉(zhuǎn)為不同的電壓，并輸出到電機(jī)，從而達(dá)到使電機(jī)產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)速的目的。有刷電調(diào)可以改變電流方向，從而可以改變電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向。而無(wú)刷電調(diào)卻不能改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，但是可以將直流電轉(zhuǎn)為三相交流電，從而輸出到無(wú)刷電機(jī)上。
所謂電調(diào)就是電壓調(diào)節(jié)器，也可以通俗的說(shuō)成是電機(jī)調(diào)節(jié)器，這里不做過(guò)多講解。
（二）接收機(jī)的PWM信號(hào)
PWM英文全稱(chēng)為（Pulse-width modulation）。也稱(chēng)占空比信號(hào)，它表示高電平時(shí)長(zhǎng)占整個(gè)信號(hào)周期的比例。
PWM信號(hào)的頻率是通常是沒(méi)有規(guī)定的，可以是50hz、100hz、200hz或500hz等等?？刂祁l率越高，其周期越短，控制間隔也就越短，電調(diào)和電機(jī)響應(yīng)速度也就越快。反之，控制頻率越低，其周期就越長(zhǎng)，控制間隔就越長(zhǎng)，電調(diào)和電機(jī)的響應(yīng)速度就越慢。早期電調(diào)響應(yīng)PWM信號(hào)的頻率是50hz，但隨著科技的發(fā)展和對(duì)控制流暢度的要求，現(xiàn)在多數(shù)電調(diào)都支持500hz以上的PWM信號(hào)，并且電調(diào)內(nèi)部自帶濾波器，可以很好的響應(yīng)并控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
傳統(tǒng)的遙控器接收機(jī)是采用多路PWM的方式進(jìn)行輸出的，遙控器中有多少個(gè)通道，接收機(jī)中就有多少路PWM輸出，睿思凱Frsky X8R接收機(jī)的1-8個(gè)PWM輸出通道，都是以PWM的形式輸出的，這就需要飛控能夠采集并解析這些PWM信號(hào)，并為飛控所用。
那么，睿思凱Frsky X8R接收機(jī)的PWM信號(hào)到底是怎樣的呢？我們使用邏輯分析儀看看吧，連接好遙控器、接收機(jī)、連接邏輯分析儀。
這里我只采集了1、3、5號(hào)通道的PWM信號(hào)。1號(hào)通道是右手油門(mén)搖桿左右晃動(dòng)，會(huì)自動(dòng)回中；3號(hào)通道是右手油門(mén)搖桿油門(mén)控制，由低到高表示油門(mén)由小到大，不會(huì)回中；5號(hào)通道是SA開(kāi)關(guān)，有上中下3個(gè)檔位。
首先來(lái)看1號(hào)通道，當(dāng)搖桿往左搖到底時(shí)，占空比約為5.5%，高電平時(shí)長(zhǎng)為0.99ms，信號(hào)周期為18ms。
1號(hào)通道，當(dāng)搖桿往右搖到底時(shí)，占空比約為11.2%，高電平時(shí)長(zhǎng)為2.01ms，信號(hào)周期為18ms。
再看3號(hào)通道，當(dāng)搖桿往下?lián)u到底時(shí)，油門(mén)為0，占空比約為5.5%，高電平時(shí)長(zhǎng)為0.99ms，信號(hào)周期為18ms。
3號(hào)通道，當(dāng)搖桿往上搖到底時(shí)，油門(mén)為最大，占空比約為11.2%，高電平時(shí)長(zhǎng)為2.01ms，信號(hào)周期為18ms。
那當(dāng)他們居中時(shí)呢？占空比約為8.3%，高電平時(shí)長(zhǎng)為1.50ms，信號(hào)周期還是為18ms。
5號(hào)通道為開(kāi)關(guān)，上中下三檔，與1/3通道的高中低三檔時(shí)的數(shù)值一樣，占空比依次約為11.2%、8.3%、5.5%，高電平時(shí)長(zhǎng)依次約為2ms、1.5ms、1ms，信號(hào)周期一直是穩(wěn)定的18ms。
在采集接收機(jī)PWM信號(hào)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)接收機(jī)剛通電時(shí)，接收機(jī)不輸出PWM信號(hào)，當(dāng)遙控器連接成功接收機(jī)后，接收機(jī)就立馬輸出遙控器的即時(shí)狀態(tài)信號(hào)，所以請(qǐng)注意，連接之前請(qǐng)注意將油門(mén)調(diào)至0，否則如果電調(diào)沒(méi)有保護(hù)機(jī)制，螺旋槳會(huì)立馬飛起來(lái)。
無(wú)線電波在傳輸過(guò)程中可能受到干擾或是數(shù)據(jù)丟失等等問(wèn)題，當(dāng)接收機(jī)無(wú)法接收到發(fā)射器的數(shù)據(jù)時(shí)，通常會(huì)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，也就是仍舊向無(wú)人機(jī)發(fā)送控制信號(hào)，此時(shí)的信號(hào)就是接收機(jī)收到遙控器發(fā)射器最后一次的有效數(shù)據(jù)。這樣因?yàn)樾盘?hào)丟失而發(fā)送的保護(hù)數(shù)數(shù)據(jù)通常叫做failsafe數(shù)據(jù)。
如果遙控器沒(méi)有設(shè)置failsafe mode，X8R接收機(jī)默認(rèn)HOLD模式，即保持?jǐn)嗦?lián)之前的信號(hào)一直輸出；可以在遙控器上設(shè)置No pulses模式，指斷聯(lián)后接收機(jī)不輸出信號(hào)；可以在遙控器上設(shè)置Custom模式，定制斷聯(lián)后接收機(jī)要輸出的控制信號(hào)，比如降低油門(mén)到比較低的程度，以便飛機(jī)自動(dòng)降落。
樹(shù)莓派輸出PWM信號(hào)很簡(jiǎn)單，但是如果我們需要使用樹(shù)莓派來(lái)讀取接收機(jī)輸出的PWM信號(hào)值怎么辦呢？
我們以第一個(gè)通道的PWM為例，講述樹(shù)莓派對(duì)其處理的具體方法：
（1）檢測(cè)引腳由低點(diǎn)平變?yōu)楦唠娖降臅r(shí)刻，并記錄當(dāng)前時(shí)間t0，表示高電平開(kāi)始；
（2）檢測(cè)引腳由高電平變?yōu)榈忘c(diǎn)平的時(shí)刻，并記錄當(dāng)前時(shí)間t1，表示高電平結(jié)束；
（3）繼續(xù)檢測(cè)引腳由低點(diǎn)平變?yōu)楦唠娖降臅r(shí)刻，并記錄當(dāng)前時(shí)間t2，表示一個(gè)PWM周期結(jié)束；
（4）計(jì)算高電平時(shí)長(zhǎng) = t1 - t0；
（5）計(jì)算整個(gè)PWM周期 = t2 - t0；
（6）計(jì)算PWM占空比 = 高電平時(shí)長(zhǎng) / PWM周期
每一個(gè)遙控器通道都需要一個(gè)PWM采集器進(jìn)行采集，但是對(duì)于樹(shù)莓派來(lái)說(shuō)不可能使用多個(gè)定時(shí)器來(lái)采集多個(gè)通道的PWM，這對(duì)于樹(shù)莓派的資源來(lái)說(shuō)十分浪費(fèi)，因此我優(yōu)先采用的就是SBUS編碼，可以在一個(gè)管腳中傳輸多路控制信號(hào)。
（三）SBUS信號(hào)
1.介紹
S.BUS是FUTABA提出的舵機(jī)控制總線，全稱(chēng)Serial Bus，別名S-BUS或SBUS，也稱(chēng) Futaba S.BUS。
S-BUS其實(shí)是一種串口通信協(xié)議，采用100000的波特率，數(shù)據(jù)位點(diǎn)8bits，停止位點(diǎn)2bits，偶效驗(yàn)，即8E2的串口通信。但是S-BUS采用的是反向電平傳輸，也就是說(shuō)，在S-BUS的發(fā)送端高低電平是反向的，協(xié)議中的所有高電平都被轉(zhuǎn)換成低電平，協(xié)議中的所有低電平都被轉(zhuǎn)換成高電平。所以在S-BUS的接收端需要增加一個(gè)高低電平反向器來(lái)進(jìn)行電平反轉(zhuǎn)。
實(shí)際上，有的飛控板上已經(jīng)集成了反向器，所以對(duì)于使用這種飛控的用戶來(lái)說(shuō)，可以忽略掉S-BUS的反向機(jī)制，但是對(duì)于其它沒(méi)有集成S-BUS反向器的硬件平臺(tái)上，就需要使用者增加一個(gè)反向器來(lái)處理數(shù)據(jù)，否則將無(wú)法讀取協(xié)議數(shù)據(jù)。
另外，100000的波特率并不是標(biāo)準(zhǔn)的波特率，這在一些只支持標(biāo)準(zhǔn)波特率的系統(tǒng)上無(wú)法實(shí)現(xiàn)，我們可以通過(guò)對(duì)設(shè)備節(jié)點(diǎn)的配置實(shí)現(xiàn)波特率的設(shè)定。
通信接口：USART（TTL）
通信參數(shù)：1個(gè)起始位+8個(gè)數(shù)據(jù)位+偶校驗(yàn)位+2個(gè)停止位，無(wú)控流，25個(gè)字節(jié)，波特率=100000bit/s,電平邏輯反轉(zhuǎn)。
X6R的SBUS通信速率：每6ms間隔發(fā)送數(shù)據(jù)，每數(shù)據(jù)幀時(shí)長(zhǎng)為3ms。
數(shù)據(jù)幀格式：
需要注意的是S-BUS中用11bits來(lái)表示一個(gè)遙控器通道的數(shù)值，22個(gè)字節(jié)就可以表示16通道（8 × 22 = 11 ×16）。11個(gè)bit可以表示的數(shù)值范圍為0～2047。
每幀25個(gè)字節(jié)，排列如下：
[start byte] [data1] [data2] [data3] ... [data22] [flag] [end byte]
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是，通道1數(shù)據(jù)在前，通道16數(shù)據(jù)最后；每通道的數(shù)據(jù)，低位在前面的字節(jié)中，高位在后面的字節(jié)中；每8bit數(shù)據(jù)中，低位是上一通道的數(shù)據(jù)，高位是下一通道的數(shù)據(jù)。
start byte = 0x0F
CH1 = [data2]的低3位 + [data1]的8位
????（678?+?12345678 = 678,12345678）
CH2 = [data3]的低6位 + [data2]的高5位
????（345678?+?12345 = 345678,12345 ）
CH3 = [data5]的低1位 + [data4]的8位 + [data3]的高2位
????（8 ? ?+? ?12345678 ?? +? ?12 = 8,12345678,12）
... ...
flag（由高位到低位：N/A N/A N/A N/A 故障保護(hù)激活位 幀丟失位 數(shù)字通道CH18 數(shù)字通道CH17 ）
end byte = 0x00
2.未做電平反向時(shí)的SBUS信號(hào)
可以看出字節(jié)數(shù)不對(duì)，只解析出23字節(jié)，起始字節(jié)不是正確的0x0F，而是0xF8，還有紅色的PE(Frame error)幀錯(cuò)誤，即是亂碼。
3.電平反向后的SBUS信號(hào)
可以看出一幀數(shù)據(jù)為25字節(jié)，起始字節(jié)是正確的0x0F，結(jié)束字節(jié)為0x00。
再詳細(xì)分析起始字節(jié)，要搞清楚每個(gè)字節(jié)的含義，先弄清UART的數(shù)據(jù)通信的字節(jié)格式：
其中各位的意義如下：
起始位：先發(fā)出一個(gè)邏輯”0”信號(hào)，表示傳輸字符的開(kāi)始。
數(shù)據(jù)位：可以是5~8位邏輯”0”或”1”。如ASCII碼（7位），擴(kuò)展BCD碼（8位），小端傳輸。
校驗(yàn)位：數(shù)據(jù)位加上這一位后，使得“1”的位數(shù)應(yīng)為偶數(shù)(偶校驗(yàn))或奇數(shù)(奇校驗(yàn))
停止位：它是一個(gè)字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志?？梢允?位、1.5位、2位的高電平。
空閑位：處于邏輯“1”狀態(tài)，表示當(dāng)前線路上沒(méi)有資料傳送。
傳輸方向：即數(shù)據(jù)是從高位(MSB)開(kāi)始傳輸還是從低位(LSB)開(kāi)始傳輸，X8R是從低位開(kāi)始傳輸?shù)摹?/p>
波特率：上圖中可以看出每位的時(shí)長(zhǎng)是10us，意思就是每秒傳輸100000比特位數(shù)(bit)，即波特率為100000。
起始位:先發(fā)出一個(gè)邏輯”0”的信號(hào)，即低電平，表示傳輸數(shù)據(jù)的開(kāi)始。
數(shù)據(jù)位:SBUS信號(hào)明顯為8位。
校驗(yàn)位：數(shù)據(jù)位加上這一位后，使得“1”的位數(shù)應(yīng)為偶數(shù)(偶校驗(yàn))或奇數(shù)(奇校驗(yàn))，以此來(lái)校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送的正確性。SBUS為偶校驗(yàn)，起始字節(jié)數(shù)據(jù)位中已有4個(gè)“1”，所以偶校驗(yàn)位為0。
停止位：它是一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志?？梢允?bit、1.5bit、2bit的空閑電平。SBUS信號(hào)是2位停止位，即2位高電平。
空閑位：沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)線路上的電平狀態(tài)。為邏輯1。
傳輸方向：uart傳輸數(shù)據(jù)的順序就是：剛開(kāi)始傳輸一個(gè)起始位，接著傳輸數(shù)據(jù)位，接著傳輸校驗(yàn)位(可不需要此位)，最后傳輸停止位。這樣一幀的數(shù)據(jù)就傳輸完了。所以上圖中Bits顯示的11110000，是從左到右是由低到高位顯示的，其值實(shí)際上是B00001111=0x0F。
幀間隔:即傳送數(shù)據(jù)的幀與幀之間的間隔大小，這里的間隔為6ms，每幀的周期可以以位為計(jì)量也可以用時(shí)間，（起始1位+數(shù)據(jù)8位+校驗(yàn)1位+中止2位=12位） x 25字節(jié)=300位，每位時(shí)長(zhǎng)為10us x 300位=3000us=3ms。
每幀數(shù)據(jù)時(shí)長(zhǎng)為2.990ms，有10us的誤差，應(yīng)該是3ms：
4. 關(guān)閉遙控器后接收機(jī)的反應(yīng)
為模擬接收機(jī)與遙控器失聯(lián)后的狀態(tài)，關(guān)閉遙控器的過(guò)程中，用邏輯分析儀分析了第24個(gè)字節(jié)的變化情況，在斷開(kāi)連接的前900ms內(nèi)，幀丟失位由0變?yōu)?，即第24個(gè)字節(jié)值為0x04。
之后，故障保護(hù)激活位由0變?yōu)?，幀丟失位仍為1，即第24個(gè)字節(jié)值為0x0C，此時(shí)如果設(shè)置了failsafe數(shù)據(jù)，接收機(jī)就按照f(shuō)ailsafe數(shù)據(jù)輸出信號(hào)。
比如我設(shè)置的為No pulses（無(wú)脈沖），所有的通道值變?yōu)?。
四、實(shí)驗(yàn)步驟
（一） 樹(shù)莓派解析接收機(jī)PWM信號(hào)
- 連接線路。將接收機(jī)的1/3/5通道分別連接到樹(shù)莓派面包板上的G17、G18、G19上，接收機(jī)的電源+、-接5V和GND。
| 樹(shù)莓派（name） | T型轉(zhuǎn)接板（BCM） | 接收機(jī) |
|---|---|---|
| GPIO.0 | G17 | Channel 1（SIG） |
| GPIO.1 | G18 | Channel 3（SIG） |
| GPIO.24 | G19 | Channel 5（SIG） |
| 5V | 5V | + |
| GND | GND | - |
連線很簡(jiǎn)單，電路圖就沒(méi)畫(huà)了，接收機(jī)上端接出的兩個(gè)黑色細(xì)長(zhǎng)薄片是天線。
- 編寫(xiě)樹(shù)莓派解析PWM信號(hào)的程序。為了不至于結(jié)果刷新太快，為了便于觀察，我設(shè)置了每次采集信號(hào)0.5秒的延遲，在實(shí)際信號(hào)使用過(guò)程中，顯然是不用的。
#!/usr/bin/env python
import RPi.GPIO as GPIO
import time
channel_1 = 17 #接收機(jī)1通道連接樹(shù)莓派G17針腳
channel_3 = 18 #接收機(jī)3通道連接樹(shù)莓派G18針腳
channel_5 = 19 #接收機(jī)5通道連接樹(shù)莓派G19針腳
def setup():
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(channel_1, GPIO.IN)
GPIO.setup(channel_3, GPIO.IN)
GPIO.setup(channel_5, GPIO.IN)
def duty_cycle_collect(pin):
#等待低電平結(jié)束，然后記錄時(shí)間
while GPIO.input(pin) == 0: #捕捉信號(hào)端輸出上升沿
pass
time1 = time.time()
#等待高電平結(jié)束，然后記錄時(shí)間
while GPIO.input(pin) == 1: #捕捉信號(hào)端輸出下降沿
pass
time2 = time.time()
#等待低電平結(jié)束，然后記錄時(shí)間
while GPIO.input(pin) == 0: #捕捉信號(hào)端輸出上升沿
pass
time3 = time.time()
period = time3 - time1
high_time = time2 - time1
low_time = time3 - time2
duty_cycle = high_time * 100 / period
#print period
return duty_cycle
def loop():
while True:
#調(diào)用占空比采集函數(shù)duty_cycle_collect()獲得各通道的信號(hào)占空比
duty_cycle_channel_1 = duty_cycle_collect(channel_1)
print 'duty_cycle_channel_1 =',duty_cycle_channel_1
duty_cycle_channel_3 = duty_cycle_collect(channel_3)
print 'duty_cycle_channel_3 =',duty_cycle_channel_3
duty_cycle_channel_5 = duty_cycle_collect(channel_5)
print 'duty_cycle_channel_5 =',duty_cycle_channel_5
print ''
time.sleep(0.5) #為了便于觀察結(jié)果設(shè)置了延遲
def destroy():
GPIO.cleanup()
if __name__ == "__main__":
setup()
try:
loop()
except KeyboardInterrupt:
destroy()
-
測(cè)試成功獲取接收機(jī)PWM信號(hào)的占空比。1/5通道的遙控均在中位，所以占空比約為8.3%，與邏輯分析儀的結(jié)果一致；3通道是油門(mén)，由大到小滑動(dòng)時(shí)，得到的占空比結(jié)果11.2%降至5.5%，與邏輯分析儀的結(jié)果一致。但是少數(shù)測(cè)量結(jié)果會(huì)有偏差，極少數(shù)情況偏差較大。
pwm_analyse - 當(dāng)遙控器與接收機(jī)失聯(lián)時(shí)，我定制了failsafe數(shù)據(jù)，油門(mén)降低。3號(hào)通道的占空比在開(kāi)始失聯(lián)的時(shí)候有抖動(dòng)，約3秒鐘后穩(wěn)定在設(shè)置的6.3%左右。
（二） 分析接收機(jī)SBUS信號(hào)
- 連接電路。與樹(shù)莓派基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)36：通用串口通信實(shí)驗(yàn)一樣設(shè)置樹(shù)莓派的串口為通用串口，恢復(fù)硬件串口（/dev/ttyAMA0）與GPIO 14/15的映射關(guān)系，使得我們能夠通過(guò)GPIO使用高性能的硬件串口來(lái)連接我們的SBUS信號(hào)輸入。
| T型轉(zhuǎn)接板（BCM） | 接收機(jī) | 電平反向模塊 | DSlogic邏輯分析儀 |
|---|---|---|---|
| - | SBUS | A6 | - |
| - | - | B6 | Channel 1（SIG） |
| 3.3V | - | 3.3V | - |
| 5V | 5V | - | - |
| GND | GND | GND | Channel 0（GND） |
電平反相模塊很便宜，某寶5元一個(gè)能買(mǎi)到6路的電平反相器。注意反向后的高電平是幾伏，反相器的VCC就接幾伏的電源，樹(shù)莓派GPIO接收3.3V高電平，不能接收5V高電平，所以這里電平反向模塊的VCC只能接3.3V電源。
- 這里樹(shù)莓派要使用pyserial模塊編程接收SBUS信號(hào)，有關(guān)基礎(chǔ)可以參考樹(shù)莓派基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)37：pyserial模塊通信實(shí)驗(yàn)。下面的程序只能在Python2.7的環(huán)境下運(yùn)行，Python3上會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。如果有更快更好的代碼，請(qǐng)留言。
#!/usr/bin/env python
#-*- coding: utf-8 -*-
import array #array模塊是python中實(shí)現(xiàn)的一種高效的數(shù)組存儲(chǔ)類(lèi)型
import serial #serial模塊封裝了對(duì)串行端口的訪問(wèn)
import codecs #Python中專(zhuān)門(mén)用作編碼轉(zhuǎn)換的模塊
import time
class SBUSReceiver():
def __init__(self, _uart_port='/dev/ttyAMA0'):
#初始化樹(shù)莓派串口參數(shù)
self.ser = serial.Serial(
port=_uart_port, #樹(shù)莓派的硬件串口/dev/ttyAMA0
baudrate = 100000, #波特率為100k
parity=serial.PARITY_EVEN, #偶校驗(yàn)
stopbits=serial.STOPBITS_TWO,#2個(gè)停止位
bytesize=serial.EIGHTBITS, #8個(gè)數(shù)據(jù)位
timeout = 0,
)
# 常數(shù)
self.START_BYTE = b'\x0f' #起始字節(jié)為0x0f
self.END_BYTE = b'\x00' #結(jié)束字節(jié)為0x00
self.SBUS_FRAME_LEN = 25 #SBUS幀有25個(gè)字節(jié)
self.SBUS_NUM_CHAN = 18 #18個(gè)通道
self.OUT_OF_SYNC_THD = 10
self.SBUS_NUM_CHANNELS = 18 #18個(gè)通道
self.SBUS_SIGNAL_OK = 0 #信號(hào)正常為0
self.SBUS_SIGNAL_LOST = 1 #信號(hào)丟失為1
self.SBUS_SIGNAL_FAILSAFE = 2 #輸出failsafe信號(hào)時(shí)為2
# 堆棧變量初始化
self.isReady = True
self.lastFrameTime = 0
self.sbusBuff = bytearray(1) # 用于同步的單個(gè)字節(jié)
#bytearray(n) 方法返回一個(gè)長(zhǎng)度為n的初始化數(shù)組；
self.sbusFrame = bytearray(25) # 單個(gè)SBUS數(shù)據(jù)幀，25個(gè)字節(jié)
self.sbusChannels = array.array('H', [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]) # 接收到的各頻道值
#array.array(typecode,[initializer]) --typecode:元素類(lèi)型代碼；initializer:初始化器，若數(shù)組為空，則省略初始化器
self.failSafeStatus = self.SBUS_SIGNAL_FAILSAFE
def get_rx_channels(self):
"""
用于讀取最后的SBUS通道值
返回:由18個(gè)無(wú)符號(hào)短元素組成的數(shù)組，包含16個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通道值+ 2個(gè)數(shù)字(ch17和18)
"""
return self.sbusChannels
def get_rx_channel(self, num_ch):
"""
用于讀取最后的SBUS某一特定通道的值
num_ch: 要讀取的某個(gè)通道的通道序號(hào)
返回:某一通道的值
"""
return self.sbusChannels[num_ch]
def get_failsafe_status(self):
"""
用于獲取最后的FAILSAFE狀態(tài)
返回: FAILSAFE狀態(tài)值
"""
return self.failSafeStatus
def decode_frame(self):
"""
對(duì)每幀數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，每個(gè)通道的值在兩個(gè)或三個(gè)不同的字節(jié)之間，要讀取出來(lái)很麻煩
不過(guò)futaba已經(jīng)發(fā)布了下面的解碼代碼
"""
def toInt(_from):
#encode() 方法以指定的編碼格式編碼字符串。
#int() 函數(shù)用于將一個(gè)字符串或數(shù)字轉(zhuǎn)換為整型。
return int(codecs.encode(_from, 'hex'), 16)
#CH1 = [data2]的低3位 + [data1]的8位（678+12345678 = 678,12345678）
self.sbusChannels[0] = ((toInt(self.sbusFrame[1]) |toInt(self.sbusFrame[2])<<8) & 0x07FF);
#CH2 = [data3]的低6位 + [data2]的高5位（345678+12345 = 345678,12345 ）
self.sbusChannels[1] = ((toInt(self.sbusFrame[2])>>3 |toInt(self.sbusFrame[3])<<5) & 0x07FF);
#CH3 = [data5]的低1位 + [data4]的8位 + [data3]的高2位（8+12345678+12 = 8,12345678,12）
self.sbusChannels[2] = ((toInt(self.sbusFrame[3])>>6 |toInt(self.sbusFrame[4])<<2 |toInt(self.sbusFrame[5])<<10) & 0x07FF);
self.sbusChannels[3] = ((toInt(self.sbusFrame[5])>>1 |toInt(self.sbusFrame[6])<<7) & 0x07FF);
self.sbusChannels[4] = ((toInt(self.sbusFrame[6])>>4 |toInt(self.sbusFrame[7])<<4) & 0x07FF);
self.sbusChannels[5] = ((toInt(self.sbusFrame[7])>>7 |toInt(self.sbusFrame[8])<<1 |toInt(self.sbusFrame[9])<<9) & 0x07FF);
self.sbusChannels[6] = ((toInt(self.sbusFrame[9])>>2 |toInt(self.sbusFrame[10])<<6) & 0x07FF);
self.sbusChannels[7] = ((toInt(self.sbusFrame[10])>>5 |toInt(self.sbusFrame[11])<<3) & 0x07FF);
self.sbusChannels[8] = ((toInt(self.sbusFrame[12]) |toInt(self.sbusFrame[13])<<8) & 0x07FF);
self.sbusChannels[9] = ((toInt(self.sbusFrame[13])>>3 |toInt(self.sbusFrame[14])<<5) & 0x07FF);
self.sbusChannels[10] = ((toInt(self.sbusFrame[14])>>6 |toInt(self.sbusFrame[15])<<2|toInt(self.sbusFrame[16])<<10) & 0x07FF);
self.sbusChannels[11] = ((toInt(self.sbusFrame[16])>>1 |toInt(self.sbusFrame[17])<<7) & 0x07FF);
self.sbusChannels[12] = ((toInt(self.sbusFrame[17])>>4 |toInt(self.sbusFrame[18])<<4) & 0x07FF);
self.sbusChannels[13] = ((toInt(self.sbusFrame[18])>>7 |toInt(self.sbusFrame[19])<<1|toInt(self.sbusFrame[20])<<9) & 0x07FF);
self.sbusChannels[14] = ((toInt(self.sbusFrame[20])>>2 |toInt(self.sbusFrame[21])<<6) & 0x07FF);
self.sbusChannels[15] = ((toInt(self.sbusFrame[21])>>5 |toInt(self.sbusFrame[22])<<3) & 0x07FF);
#17頻道，第24字節(jié)的最低一位
if toInt(self.sbusFrame[23]) & 0x0001 :
self.sbusChannels[16] = 2047
else:
self.sbusChannels[16] = 0
#18頻道，第24字節(jié)的低第二位，所以要右移一位
if (toInt(self.sbusFrame[23]) >> 1) & 0x0001 :
self.sbusChannels[17] = 2047
else:
self.sbusChannels[17] = 0
#幀丟失位為1時(shí)，第24字節(jié)的低第三位，與0x04進(jìn)行與運(yùn)算
self.failSafeStatus = self.SBUS_SIGNAL_OK
if toInt(self.sbusFrame[23]) & (1 << 2):
self.failSafeStatus = self.SBUS_SIGNAL_LOST
#故障保護(hù)激活位為1時(shí)，第24字節(jié)的低第四位，與0x08進(jìn)行與運(yùn)算
if toInt(self.sbusFrame[23]) & (1 << 3):
self.failSafeStatus = self.SBUS_SIGNAL_FAILSAFE
def update(self):
"""
我們需要至少2幀大小，以確保找到一個(gè)完整的幀
所以我們?nèi)〕鏊械木彺妫ㄇ蹇账?，讀取全部數(shù)據(jù)，直到捕獲新的數(shù)據(jù)
首先找到END BYTE并向后查找SBUS_FRAME_LEN，看看它是否是START BYTE
"""
#我們是否有足夠的數(shù)據(jù)在緩沖區(qū)和有沒(méi)有線程在后臺(tái)?
if self.ser.inWaiting() >= self.SBUS_FRAME_LEN*2 and self.isReady: #inWaiting()返回接收緩存中的字節(jié)數(shù)
self.isReady = False #表明有線程在運(yùn)行，isReady = False
# 讀取所有臨時(shí)幀數(shù)據(jù)
tempFrame = self.ser.read(self.ser.inWaiting())
# 在緩沖區(qū)幀的每個(gè)字符中，我們尋找結(jié)束字節(jié)
for end in range(0, self.SBUS_FRAME_LEN):
#尋找結(jié)束字節(jié)，從后向前查找
if tempFrame[len(tempFrame)-1-end] == self.END_BYTE :
#從最后的命中點(diǎn)減去SBUS_FRAME_LEN尋找起始字節(jié)
if tempFrame[len(tempFrame)-end-self.SBUS_FRAME_LEN] == self.START_BYTE :
# 如果相等，則幀數(shù)據(jù)正確，數(shù)據(jù)以8E2包到達(dá)，因此它已經(jīng)被校驗(yàn)過(guò)
# 從臨時(shí)幀數(shù)據(jù)中取出剛驗(yàn)證正確的一段正確幀數(shù)據(jù)
lastUpdate = tempFrame[len(tempFrame)-end-self.SBUS_FRAME_LEN:len(tempFrame)-1-end]
if not self.sbusFrame == lastUpdate: #相等即表示沒(méi)有操作，不用再次解碼
self.sbusFrame = lastUpdate
self.decode_frame() #調(diào)用解碼函數(shù)
self.lastFrameTime = time.time() # 跟蹤最近的更新時(shí)間
self.isReady = True
break
if __name__ == '__main__':
sbus = SBUSReceiver('/dev/ttyAMA0')
while True:
time.sleep(0.005)
# X8R的SBUS信號(hào)是間隔6ms發(fā)送一次，一次持續(xù)發(fā)送3ms；
# 不要調(diào)用sbus.update()太快，如果sbus.ser.inWaiting()>50,且增長(zhǎng)很多，可以調(diào)用sbus.update()快點(diǎn)，即time.sleep()延遲短點(diǎn)；
# 如果sbus.ser.inWaiting()<50,可以調(diào)用sbus.update()慢點(diǎn)，即time.sleep()延遲長(zhǎng)點(diǎn)；
sbus.update()
#在您的代碼中，您可以調(diào)用sbus.get_rx_channels()來(lái)獲取所有數(shù)據(jù)，或者調(diào)用sbus.get_rx_channels()[n]來(lái)獲取第n個(gè)通道的值；
#或get_rx_channel(self, num_ch)來(lái)獲得第num_ch個(gè)通道的值；
print sbus.get_failsafe_status(), sbus.get_rx_channels(), str(sbus.ser.inWaiting()).zfill(4) , (time.time()-sbus.lastFrameTime)
#str() 函數(shù)將對(duì)象轉(zhuǎn)化為適于人閱讀的形式，將指定的值轉(zhuǎn)換為字符串。
#zfill() 方法返回指定長(zhǎng)度的字符串，原字符串右對(duì)齊，前面填充0。
#(time.time()-sbus.lastFrameTime)用于展示得到最近這次數(shù)據(jù)的延遲
-
運(yùn)行程序后，依次打印出了failsafe狀態(tài)值、所有通道的10進(jìn)制數(shù)組、讀取緩存中的字節(jié)數(shù)、當(dāng)次數(shù)據(jù)更新的延遲時(shí)間?？刂七b控器搖桿晃動(dòng)，能夠及時(shí)得到該通道的數(shù)值變化。
從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出，三個(gè)檔位的通道的下檔值為172，中間檔位時(shí)值為992，上檔位時(shí)值為1811；2個(gè)檔位的下檔值為172，上檔值為1811，搖桿在中間位置時(shí)值為992，向其它方向搖動(dòng)時(shí)，數(shù)值向172或1811變化。
使用上面的數(shù)值，通過(guò)函數(shù)轉(zhuǎn)換，就可以輸出相應(yīng)通道的PWM控制信號(hào)，或者其它開(kāi)關(guān)控制信號(hào)了！為什么不直接使用PWM輸出呢？因?yàn)檫@樣可以通過(guò)無(wú)線電遠(yuǎn)距離控制樹(shù)莓派了，再通過(guò)樹(shù)莓派編程，控制其他設(shè)備，比如樹(shù)莓派無(wú)人機(jī)或者樹(shù)莓派智能小車(chē)，特別是在沒(méi)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的時(shí)候。
遙控器的數(shù)字通道17/18沒(méi)有搞明白怎么用，所以這里沒(méi)有能夠測(cè)試，有知道的同學(xué)可以留言。
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