近一年的SRP项目：水声通信系统，包括潜水器框架、迷你PC和STM32主控板等硬件，以及RTX、CAN、Socket等软件 我

# Underwater-Acoustic-Communication-System 历时将近一年的srp项目：水声通信系统，硬件包括潜水器框架、迷你PC和STM32主控板等，软件包括RTX 、CAN、Socket等，现整理并复习项目知识 ### 总述 项目的目标是建立一个提供在水下自由平稳移动的水下测试平台。岸上使用自主设计的上位机控制工作状态，舱内搭载的是水下通信节点和换能器、Mini计算机、STM32主控板等硬件设施，采用的通信方式包括水声通信、Socket通信、UART通信、CAN通信。在岸上PC的控制下，一方面将岸上的人为控制信息传到水声节点，再分发给各潜水器，其中人为控制信息包括遥控器信号、ip地址、组网状态等；另一方面，岸上PC接收潜水器传回的数据，包括姿态信息、采集的外部信息等。除采集作业之外，岸上PC和多台水下PC之间能够使用时分多址方式或者随即接入方式搭建网络，进一步拓展水下无线通信的范围以及为拓展作业奠定基础。 潜水器的机械结构如下：  水声通信的总体架构如下：  程序数据流图如下：  整个团队包括多名来自电信学院和机汽学院学生，而本人负责的部分有遥控数据处理，Uart2Can转换板，电机驱动板、stm32主控，接着主要总结负责的部分。 ### 遥控器 使用stm32的adc功能接口依次采集手柄的5种电压数据，转换为控制数据即打包成NRF_PowerData_TypeDef结构体，通过Uart协议发送给PC 数据包结构体定义： ``` C //数据包格式:共凑足64位 //偏航角，就是在平面旋转；翻滚角；水中深度；前进 typedef struct { uint16_t delta_yaw; uint16_t roll; uint16_t heigth_power; uint16_t go_ahead_power:12; uint16_t Left_Key:2; uint16_t right_Key:2; }NRF_PowerData_TypeDef;//传输的数据结构体 ``` adc数据处理：均值滤波、死区处理 ``` C void ADC_Convert(NRF_PowerData_TypeDef*Nrf_Data) { uint8_t i; uint32_t front_power=0; //控制前的油门 uint32_t left_right_power=0; //控制左右的油门 uint32_t rotate_power=0; //控制旋转的油门 uint32_t throttle_power=0; //控制高低的油门 for(i=0;i<Initial_len/5;i++) { front_power+= ADC_InitialValue[Left_x+i*5]; left_right_power+= ADC_InitialValue[Left_y+i*5]; throttle_power+= ADC_InitialValue[Right_x+i*5]; rotate_power+= ADC_InitialValue[Right_y+i*5]; Power_Voltage+=(float) ADC_InitialValue[4+i*5]*2/4096*3.3; //Power_Voltage，由于分压故乘2才是真实电压 } Power_Voltage /=(Initial_len/5); front_power/=(Initial_len/5); left_right_power/=(Initial_len/5); throttle_power/=(Initial_len/5); rotate_power/= (Initial_len/5); throttle_power=4096-throttle_power; front_power=4096-front_power; //合法性检测 if(front_power<320) front_power=320; front_power-=320; //死区内 if(left_right_power>1900&&left_right_power<2196) left_right_power=2048; if(throttle_power>1900&&throttle_power<2196) throttle_power=2048; if(rotate_power>1900&&rotate_power<2196) rotate_power=2048; //死区外 if(left_right_power>2196) left_right_power-=148; else if(left_right_power<1900) left_right_power+=148; if(throttle_power>2196) throttle_power-=148; else if(throttle_power<1900) throttle_power+=148; if(rotate_power>2196) rotate_power-=148; else if(rotate_power<1900) rotate_power+=148; Nrf_Data->delta_yaw=rotate_power; Nrf_Data->go_ahead_power=front_power; Nrf_Data->heigth_power=throttle_power; Nrf_Data->roll=left_right_power; } ``` 通过uart发送给PC： ```C __task void AppTaskADC(void) { NRF_PowerData_TypeDef Nrf_Send; while(1) { ADC_Convert(&Nrf_Send); Nrf_Send.Left_Key=(KEY1 ? 1 : 0); Nrf_Send.right_Key=(KEY1 ? 1 : 0); //串口发送数据 if(Nrf_Send.Left_Key && Nrf_Send.right_Key){//两个按键同时往下拨才会发送数据 os_mut_wait (mutex1, 0xffff); printf("%lld\n",*((uint64_t *)&Nrf_Send));//直以64位发给PC os_mut_release (mutex1); } os_dly_wait(500); } } ``` ### Uart2Can转换板 整个通信框架常用Uart和Can两种协议，设计Uart2Can转换板及编写其代码，方便拓展硬件范围。 PCB图如下：  uart与can互相转换的代码：要熟悉can报文的设置，包括ID与滤波掩码、波特率 ```C /* Usart2CAN：接收上位机发来的消息，利用pMsg指向消息地址，并且传递给CAN数据包*/ __task void Usart2CAN(void)//通过CAN把NRF的数据转发下去 { uint8_t *pMsg;//定义一个指针，用于指向邮箱 Usart_PowerData_TypeDef* Usart_PowerData; CanTxMsg tx_message; u8 mbox; uint16_t i=0,j; /*CAN通信报文内容设置，需要清楚CAN协议数据帧报文格式*/ tx_message.DLC = 8; //数据长度为8字节，最多为8个字节 tx_message.StdId = SndCanID; // 标准标识符 0 到0x7FF tx_message.ExtId = 0x1314; // 设置扩展标示符 0 到0x3FFFF tx_message.IDE = CAN_ID_STD; //IDE 消息标识符的类型 CAN_ID_STD 使用标准标识符 CAN_ID_EXT 标准标识符 + 扩展标识符 tx_message.RTR = CAN_RTR_DATA; //数据帧 while(1) { if(Usart_receive(1,(void **)&pMsg,10000) != OS_R_TMO) { for(j=0;j<8;j++) tx_message.Data[j] = pMsg[j+1];//0x00;// //从[1]开始的原因是串口中断有处理，添加cnt在[0] pMsg=&tx_message.Data[0]; os_mut_wait (&u1_mutex, 0xffff); mbox= CAN_Transmit(CAN1, &tx_message); /* CAN cell did not provide an empty mailbox即无法发送*/ i = 0; while((CAN_TransmitStatus(CAN1, mbox)!= CAN_TxStatus_Ok)&&(i<0xffff)) { i++; bsp_LedOn(1); } } os_dly_wait(250); } } /* CAN_Receive：接收CAN消息，使用CanRxMsg指针msg_rece */ __task void CAN_Receive(void) { CanRxMsg *msg_rece; can_filter_Mask_config(CanFilter_0|CanFifo_0|Can_STDID|Can_DataType,RecvCanID,0x3ff);//配置CAN的筛选器 can_nvic_config(CAN1_R0);//配置CAN的中断：此处为接收FIFO0中断 while(1) { if (CAN_receive (1, 0,&msg_rece,1000) != OS_R_TMO)//接收到CAN数据 { /************CAN 查询帧处**********/ if(msg_rece->StdId == RecvCanID //本机ID为0x1314 { os_mut_wait (&u1_mutex, 0xffff; printf("Can Recev :%d\r\n"msg_rece->Data[0]); os_mut_release (&u1_mutex); } } os_dly_wait(100); } } ``` ### 电机驱动板 主控生成PWM信号驱动能力过弱，需要通过驱动板放大来控制电机。 PCB图如下：  ### stm32主控 stm32主控衔接迷你PC和电机等嵌入式模块，即外围设备的核心，负责驱动电机、检测漏水、获取腔体姿态等工作 PCB图如下：  主控代码：我的工作较少，只展示接收can数据帧，转换为控制电机的部分 ```C /** * [CAN1_Rec CAN1数据的处理] */ __task void CAN1_Rec(void) { Power_TypeDef Power; NRF_PowerData_TypeDef* NRF_Data_P; CanRxMsg *msg_rece ;//指向邮箱中的信息 can_filter_Mask_config(CanFilter_0|CanFifo_0|Can_STDID|Can_DataType,RecvCanID,0x3ff);//筛选器:|编号|FIFOx|ID类型|帧类型|ID|屏蔽位(0x3ff,0x1FFFFFFF)| while(1) { if (CAN_receive (1, 0,&msg_rece,200) != OS_R_TMO)//接收到CAN数据 { if(msg_rece->StdId == RecvCanID) { NRF_Data_P=(NRF_PowerData_TypeDef*)&msg_rece->Data[0]; //左右 Power.delta_yaw=((float)NRF_Data_P->delta_yaw-2048);//-2048--+2048 //翻滚，实际中不怎么用到 Power.roll=((float)NRF_Data_P->roll-2048);//-2048--+2048 //高低 Power.heigth_power=((float)NRF_Data_P->heigth_power-2048);//-2048--+2048 //前进 Power.go_ahead_power=(float)NRF_Data_P->go_ahead_power; Power.sw_left=(float)NRF_Data_P->Left_Key; Power.sw_right=(float)NRF_Data_P->right_Key; //潜水器深度+翻滚