嵌入式开发板RS485多节点串口编程——关节力矩传感器数据读取

嵌入式开发板RS485多节点串口编程——关节力矩传感器数据读取

最近学业繁忙，主要是准备找工作，有一段时间没分享了，今天给大家分享一下我最近利用TI AM4376开发板RS485串口读取两个关节力矩传感器的数据，我们这个关节力矩传感器用在外骨骼机器人上。后面我也会将我最近找工作的经历分享给大家，主要包括笔试、面试的准备，希望能给正在准备找工作的应届生一些帮助。

一、RS485通信协议原理

之前面试国电南京自动化时，面试官就问了有关串口和总线通信协议的问题，所以如果你是打算找嵌入式相关的工作，这方面一定要准备充分。今天我们先详细介绍一下RS485的通信协议。

1、RS485与RS232的异同

首先是逻辑电平的不同，RS232的逻辑正电平是-3_{-15，逻辑负电平为+3}+15，而RS485的逻辑正电平+2_{+6V，，负电平在-2}-6V，和RS232是相反的。

其次是工作方式不同，RS232是全双工，发送和接收可以同时进行，而RS485是半双工，发送和接收不能同时进行。

2、RS485可以挂载多少个节点

RS485可以外接最多32个设备，CAN可以外接110个节点，传统RS232只允许一对一的通信，不过利用modbus协议可以外接多个设备，

二、关节力矩传感器

1、通讯机制

在RS485总线通讯网络中，上级系统为主设备（调度端），各力矩传感器为从设备(被调度端)。采用轮询应答通讯机制，即：由主设备向从设备发送命令帧，从设备收到与其ID相对应的指令后才能进行响应，并向主设备发送当前工作状态数据。从设备在没有收到主设备数据帧或ID不符的情况下维持当前状态不变。默认id：01

各力矩传感器的超时判断时间为主设备发出指令后0.5ms。

2、写设备地址

因为我们要与两个设备节点通信，所以要区分两个出厂设备，通过写设备地址通信协议，改变关节力矩传感器的设备地址，这样我们以后发送数据和接收数据的时候就会以设备地址为校验，01设备只接收地址位为01的数据，02设备只接收地址位位02的数据。

下表展示的就是写地址指令，我们只需要修改第八个字节，即设置地址字节，一个设备设置为01，也就是默认的，另一个设置成02，这样就区分了两个设备。

字节 序号	信号名称	字长	数据类型	内容	备注
1	帧头	8位	无符号整型	AAH
2	帧头	8位	无符号整型	BBH
3	帧头	8位	无符号整型	CCH
4	帧头	8位	无符号整型	DDH
5	命令标识	8位	无符号整型	01H	01H工作指令
6	数据长度	8位	无符号整型	0EH	1个字节
7	传感器地址	8位	无符号整型	[0,FFH]	原始设备ID
8	设置地址	8位	无符号整型	[0,FFH]	更新后设备ID
9	CRC16校验	8位	无符号整型	[0,FFH]	CRC16高位
10	CRC16校验	8位	无符号整型	[0,FFH]	CRC16低位
11	帧尾	8位	无符号整型	DDH
12	帧尾	8位	无符号整型	CCH
13	帧尾	8位	无符号整型	BBH
14	帧尾	8位	无符号整型	AAH

3、力矩值读取

下表为力矩值读取协议：

字节序号	信号名称	字长	数据类型	内容	备注
1	帧头	8位	无符号整型	AAH
2	帧头	8位	无符号整型	BBH
3	帧头	8位	无符号整型	CCH
4	帧头	8位	无符号整型	DDH
5	指令字	8位	无符号整型	03H	03H—读取力矩值
6	数据长度	8位	无符号整型	0EH	1个字节
7	设备ID	8位	无符号整型	[0,FFH]
8	保留位	8位	无符号整型	[0,00H]	保留
9	CRC校验	8位	无符号整型	[0,FFH]	CRC16高位
10	CRC校验	8位	无符号整型	[0,FFH]	CRC16低位
11	帧尾	8位	无符号整型	DDH
12	帧尾	8位	无符号整型	CCH
13	帧尾	8位	无符号整型	BBH
14	帧尾	8位	无符号整型	AAH

根据上面我们设置的地址，我们要下发的指令即为：

	static char byteSend1[14];
    static char byteSend2[14];
	byteSend1[0] = 0xAA;
	byteSend1[1] = 0xBB;
	byteSend1[2] = 0xCC;
	byteSend1[3] = 0xDD;
	byteSend1[4] = 0x03;
	byteSend1[5] = 0x0E;
	byteSend1[6] = 0x01;//关节1设备地址
	byteSend1[7] = 0;
    byteSend1[8] = 0xAE;
    byteSend1[9] = 0xB3;
    byteSend1[10] = 0xDD;
    byteSend1[11] = 0xCC;
    byteSend1[12] = 0xBB;
    byteSend1[13] = 0xAA;

	byteSend2[0] = 0xAA;
	byteSend2[1] = 0xBB;
	byteSend2[2] = 0xCC;
	byteSend2[3] = 0xDD;
	byteSend2[4] = 0x03;
	byteSend2[5] = 0x0E;
	byteSend2[6] = 0x02;//关节2设备地址
	byteSend2[7] = 0;
    byteSend2[8] = 0xA4;
    byteSend2[9] = 0xB3;
    byteSend2[10] = 0xDD;
    byteSend2[11] = 0xCC;
    byteSend2[12] = 0xBB;
    byteSend2[13] = 0xAA;

4、力矩传感器数据读取

下表为力矩传感器返回的数据格式：

字节 序号	信号名称	标识	字长	数据类型	内容	单位	LSB****接口当量	备注
8~9	传感器数据	SNS_data	16位	有符号浮点数（保留一位小数）	[-300,300]	Nm	0.01	传感器输出范围为-300.0～300.0Nm

举例：传感器返回数据：AA BB CC DD 33 0F 01 09 23 64 DD CC BB AA。AA BB CC DD帧头；0F 数据长度4位，为33 01 23 09；33读取力矩成功；01为传感器ID；09 23为力矩数据，高位在前低位在后，16位整形表示为0923H，转换为10进制为2339/10，力矩值为233.9Nm。传感器数据为F756时，高位在前低位在后，16位整形表示为F756H，转换为10进制为-2217/10，力矩值为-221.7Nm。

三、测试程序

因为整个代码比较多，这里我只将主程序中的指令下发和接收贴上来，完整的代码我会放在公众号中：河边小乌龟爬，回复<关节力矩传感器数据读取>即可获取。

这里为了为了清楚的表示下发和接收过程，我没有写成函数接口的形式，按照代码的可读性来说，这样的代码可读性较差，优化就交给你们了。

	while (1)
	{
		while(flag == 0 && flag1 == 0){
			if(i > 13){
				flag = 1;
				i = 0;
				break;
			}
			context = byteSend[i];
			iRet = write(fd, &context, sizeof(context));
			i++;
		}
		bzero(r_buf, 15);
		while(flag == 1&& flag1 == 0){
			//读传感器发送过来的数据，并解析处理
			if(j > 14){
				flag = 0;
                j = 0;
                flag1 = 1;
				break;
			}
			iRet = read(fd, &readtext, sizeof(readtext));
			r_buf[j] = readtext;
			//printf("read：%02x\n", r_buf[j]);
			j++;
                                                
		}
        usleep(10000);
        while(flag == 0 && flag1 == 1){
			if(i > 13){
				flag = 1;
				i = 0;
				break;
			}
			context = byteSend2[i];
			iRet = write(fd, &context, sizeof(context));
			i++;
		}
		bzero(r_buf2, 15);
		while(flag == 1&& flag1 == 1){
			//读传感器发送过来的数据，并解析处理
			if(j > 14){
				flag = 0;
                j = 0;
                flag1 = 0;
				break;
			}
			iRet = read(fd, &readtext, sizeof(readtext));
			r_buf2[j] = readtext;
			//printf("read：%02x\n", r_buf[j]);
			j++;                                     
		}
		if(r_buf[0] == 0xAA && r_buf[1] == 0xBB){
			printf("this joint 1 POS：%7.3f\n", ((float)((r_buf[7]<<8) | r_buf[8])/100));		
		}
		if(r_buf2[0] == 0xAA && r_buf2[1] == 0xBB){
			printf("this joint 2 POS：%7.3f\n", ((float)((r_buf2[7]<<8) | r_buf2[8])/100));		
		}
	}

在ubantu中编译程序并下载到开发板中：

运行结果如下：

完整源码我放在公众号河边小乌龟爬中了，需要的自取，回复<关节力矩传感器数据读取>即可获得。

我是河边小乌龟爬，学习嵌入式软件开发路上的一名小学生，欢迎大家相互交流哇。公众号：河边小乌龟爬。