空地协同智能消防系统——无人机、小车协同

1 题目

1.1 任务

设计一个由四旋翼无人机及消防车构成的空地协同智能消防系统。无人机上安装垂直向下的激光笔，用于指示巡逻航迹。巡防区域为40dm×48dm。无人机巡逻时可覆盖地面8dm宽度区域。以缩短完成全覆盖巡逻时间为原则，无人机按照规划航线巡逻。发现火情后立即采取初步消防措施，并将火源地点位置信息发给消防车，使其前往熄灭火源。空地协同巡逻及消防工作完成时间越短越好。

1.2 任务点

1、基本要求（50分）

• （1）参赛队需自制模拟火源。模拟火源是用电池供电的红色光源，如LED等，用激光笔持续照射可控制开启或关闭：持续照射2秒左右开启，再持续照射2秒左右关闭。（5分）
• （2）展示规划的巡逻航线图，在消防车上按键启动无人机垂直起飞后，无
  人机以18dm左右高度，在巡防区域按规划的航线完成全覆盖巡逻。（22分）
• （3）无人机与消防车之间采用无线通信；巡逻期间无人机每秒向消防车发
  送1次位置坐标信息，消防车上显示器实时更新显示无人机位置坐标信息。（8分）
• （4）巡逻中，消防车显示器显示巡逻航迹曲线，计算并显示累计巡逻航程。（8分）
• （5）完成巡逻后，无人机返回，准确降落在起飞区域内。（7分）

2、发挥部分（50分）

• （1）手动操作激光笔点亮-一个火源。在消防车上启动无人机巡逻。无人机
  按规划航线巡逻，发现火情后，前往接近火源(水平距离≤5dm)识别确认，再在无人机上用LED指示灯示警。（8分）
• （2）无人机飞至火源地点上方，降低至10dm左右高度，悬停3s后抛洒灭
  火包，灭火包落在以火源点为中心、半径3dm圆形区域内；再将火源地点位置坐标发送给消防车，然后继续巡逻，完成后返航回到起飞点。（12分）
• （3）消防车接收到火情信息，显示火源地点位置坐标后，从消防站出发前
  往火源地点，途中不得碾压街区及其边界线，在5dm距离内以激光笔光束照射模拟火源将其熄灭。（15分）
• （4）熄灭模拟火源后消防车返回到出发区域内。发挥部分限时360s内完成。（10分）
• （5）其他。（5分）

1.3 设计部分

1.3.1 模拟火源

该部分的要求如下：
模拟火源可用电池供电的红色LED等，需带向上的喇叭形遮光罩，遮光罩角度约60°左右，高度不超过10cm。可用激光笔控制其开启或关闭。
示意图如下：

外部遮光罩可仿照宠物防咬罩进行修改：

内部LED灯罩是为了扩大灯光面积，以便系统内图像识别系统的工作。同时为了提高小车激光跟随算法的工作效率，需要扩大光敏传感器检测区域，建议使用人体微波检测模块上的塑料透镜，以达到聚光的效果。

电路设计图：STC8最小系统板加两节1.5V干电池，一个红色LED，300Ω左右的电阻，一个光敏传感器就差不多了。
程序设计：程序中用到一个GPIO输出、ADC、定时器。

1.3.2 小车部分

该部分要求如下：
消防车要求使用 4 轮电动小车，长宽投影尺寸不大于 20cm×35cm，高度不大于 40cm；不得使用麦克纳姆轮。

1、底盘与电机：
（1）底盘：自选。
（2）电机：最好使用带编码器的金属齿轮减速点击，能够得到转速和角度，以便估测小车位置，更好地控制小车。
（3）电机驱动：H桥电机驱动模块。
（4）电池：12V高倍率锂电池组。
最好找要带有电机驱动的、编码器接口、能够降压给主控供电的小车底板，比如开山斧电机驱动模块。
四轮小车的前两个轮子无动力，采用舵机控制方向，后两个轮子分别采用直流电机控制。

2、主控芯片
（1）盘古：
如果选择TI的，盘古这块系统板开发起来还是比较顺手的，用起来Bug少。板子上有OLED驱动芯片和加速度传感器、蜂鸣器、多个按键、串口接口多。

（2）TM4C123GXL：
这块板子十分不推荐，调试接口有问题，驱动也不好打（ICDI，要安装CCS），性能也比较差，供电端口也少，写代码的时候Keil闪退无数次，硬件跑程序也容易进中断卡死。
要是有别人改过的、开发好的成品，用用还是可以的。

3、电机驱动芯片：
使用的是无名创新的开山斧驱动板，以下是模块接口图：

• 电机控制信号接口：为四路PWM输入，两路PWM控制一个电机的转速和旋转方向。
• … …

3、显示屏
建议使用陶晶驰的串口屏，配置方便，代码简单，能够回传字符串。
引脚：5V、GND、TXD、RXD

4、无线模块
可以使用蓝牙、WIFI、Lora等等。
无线模块建议采用有广播功能的模块，这样多机调试更加方便。
引脚：VCC（5~3.3V）、GND、TXD、RXD

今年还允许使用UWB，能够实现无人机和小车的精确定位，还能够传输数据，只要来得及开发代码，可以说是降维打击，不过价格还是比较昂贵的。

5、机器视觉和舵机
对于模拟火源的检测，有OpenMV方案和K210方案。
OpenMV模块有控制舵机的例程，可以控制激光笔关闭模拟火源，但溢价过多，可以自己DIY。

6、IMU
这个主控板上有就最好，没有就用模块化的MPU6050，不过要安装在小车中心处。

7、其他模块：
（1）灰度传感器：白光照射不同颜色的地面，反射回的光强不同，可以进行巡线等任务。
（2）激光头。
（3）…

1.3.3 无人机部分

直接购买成品化的TI无人机，主控板可以使用前面提到的主控。

2 程序设计

我主要是做小车的，因此讲一下我小车的设计方案。
小车上主控板选用TI 盘古的开发板，板载芯片为TM4C123GH6PZT7，MCU内核为ARM Cortex-M4F，MCU最大主频为80 MHz，工作电压范围1.08 V-3.63 V，RAM为32 KB，Flash大小为256 KB，EEPROM为2 KB，核心位宽为32-Bit，ADC为12 bit。
外设和内部资源需要使用串口屏、蓝牙模块/UWB模块、定时器、PWM、LED输出、按键输入（这个可以使用串口屏的按键串口信息回传事件替代）、蜂鸣器驱动。

2.1 蓝牙模块配置

本人使用的是大熊智能的双模蓝牙模块，两个蓝牙模块配对的话需要设置一主机一从机，以下蓝牙模块连接CH340模块，在电脑上使用AT命令配置两个模块。默认使用115200波特率连接。

蓝牙从机，连接无人机：

AT+NAME=DX2003-S		# 设置从机名称
AT+MASTER=01			# 设置从机工作模式
AT+BAUD=115200			# 设置波特率为115200
AT+LADDR				# 读取从机蓝牙地址，以便主机连接

+LADDR=22345000891f

蓝牙主机，连接小车：

AT+NAME=DX2003-M		# 设置主机名称
AT+MASTER=04			# 设置主机工作模式
AT+BAUD=115200			# 设置波特率为115200
AT+CONN=22345000891f	# 主机连接从机地址

连接上之后：
(1)主机显示：

IM_CONN:0		# 0代表是BLE连接上，1代表是SPP连接上

(2)从机显示：

IM_CONN:8

蓝牙断开连接命令：

AT+DSCET=1	

2.2 小车串口屏界面设计

串口屏使用USART HMI软件绘制界面，需要进行界面排版，字库添加，程序编译。
软件下载及学习链接：

http://mall.micromove.cn/start/download_ide.html

2.2.1 串口通信协议

1、串口屏接收：
协议为：字符串+HEX标识符
HEX标识符为：\xff\xff\xff
USART HMI软件上仿真不需要添加HEX标识符（\xff\xff\xff）。
例子：
如果是串口屏使用CH340连接电脑，则电脑上的串口工具输入（不要加空格）：

t0.txt="陶晶驰电子"\xff\xff\xff
b0.txt="Hello World"\xff\xff\xff
j0.val=100\xff\xff\xff
page0.bco=WHITE\xff\xff\xff

如果是MCU串口发送数据：在2.4.2中详述。

2、串口屏发送：
（1）prints：从串口打印一个变量/常量。
（2）printh：从串口打印16进制。

2.2.2 绘图函数

主要使用的有：
（1）cirs：绘制实心圆

cirs x,y,radius,color\xff\xff\xff
cirs 160,266,6,RED\xff\xff\xff

（2）line：绘制直线

line x_start,y_start,x_end,y_end,color\xff\xff\xff
line 185,246,185,26,BLUE\xff\xff\xff

（3）插入图片

pic x,y,picid\xff\xff\xff					# picid为软件插入的ID号为x的图片
pic,123,150,0\xff\xff\xff

2.2.3 串口屏界面设计

小车能够通过蓝牙串口接收无人机传回的航点数据（协议A）和火灾位置数据（协议B），并在串口屏上显示出蓝色原点和红色六角形。

2.3 无人机与小车之间的通信协议设计

1、无人机通过串口发送给小车的字符串：

A,160,150,F			// 无人机航点坐标(160,150)
B,250,100,F			// 模拟火源坐标(250,100)
C,1,F				// 模拟火源ID: 1

A类表示无人机航点，F为结束标志位
B类表示无人机检测到的火源坐标，F为结束标志位。
C类表示无人机检测到的模拟火源所在的区域ID，F为结束标志位。这个协议可以不发送，直接小车通过B类协议计算模拟火源位置。

2、小车通过串口发给无人机的字符串只需要一个按键使能，使用按键输入或者串口屏的点击，通过蓝牙串口发送“TakeOff”字符串，无人机检测到就能起飞了。

2.4 小车程序设计

首先进行各个部分的初始化，然后进入while(1)循环，循环内写入大部分处理函数。中断处理函数中存放处理函数的使能位，当某些函数工作时间较长，需要在中断中使能标志位，然后在主函数main中进行处理，以免造成中断阻塞。

主函数：

#include "stdio.h"
#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
// ......

// 全局变量
char uart4_rec_temp[50];		// 接收到暂存的字符数组
bool uart4_rec_check_flag = 0;		// 接收数据解包的标志位

// ......

int main(void)
{
	ROM_FPUEnable();//使能浮点单元
	ROM_FPULazyStackingEnable();//浮点延迟堆栈,减少中断响应延迟  
	ROM_SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_2_5 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_XTAL_16MHZ | SYSCTL_OSC_MAIN);//配置系统时钟
	initTime();					// 初始化滴答定时器
	GPIO_Init();				// LED灯初始化
	// ......
	ConfigureUART4();			// 初始化蓝牙BLE-串口4
	ConfigureUART5();			// 初始化串口屏驱动-串口5
	UART4_BLE_CONNECT();		// 串口4连接蓝牙
	HMI_Init();					// 串口屏初始化
	
	// ......
	
	while(1)
	{
		// ......
		uart4_data_check();		//串口4数据包解包
		uart5_uav_point_write();	// 向串口屏写入无人机航点
		Control_UAV_flight_status();	// 小车控制无人机起飞
		// ......
	}
}

2.4.1 蓝牙串口程序

蓝牙串口程序包括串口初始化、串口发送、串口中断服务函数（串口接收）、串口数据解析等部分。

1、串口初始化：

// 蓝牙-串口4驱动 PC4/PC5
void ConfigureUART4(void)
{ 
    ROM_SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOC);// Enable the GPIO Peripheral used by the UART.
    ROM_SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_UART4);// Enable UART0
    ROM_GPIOPinConfigure(GPIO_PC4_U4RX);// Configure GPIO Pins for UART mode.
    ROM_GPIOPinConfigure(GPIO_PC5_U4TX);
    ROM_GPIOPinTypeUART(GPIO_PORTC_BASE, GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5);
	UARTConfigSetExpClk(UART4_BASE,SysCtlClockGet(),115200,
												(UART_CONFIG_WLEN_8 | UART_CONFIG_STOP_ONE | UART_CONFIG_PAR_NONE));
	UARTFIFODisable(UART4_BASE);			// 使能UART4中断
	UARTIntEnable(UART4_BASE,UART_INT_RX);	// 使能UART4接收中断
	UARTIntRegister(UART4_BASE,UART4_IRQHandler);	//UART4中断地址注册
	IntPrioritySet(INT_UART4,USER_INT3);			//中断优先级设置USER_INT3（0最高）
}

2、串口中断服务函数：

void UART4_IRQHandler(void)		//UART4中断函数-蓝牙BLE接收中断（无人机信息发送给小车）
{
	uint32_t flag = UARTIntStatus(UART4_BASE,1);//获取中断标志 原始中断状态 屏蔽中断标志		
	UARTIntClear(UART4_BASE,flag);//清除中断标志	
	char ch;
	while(UARTCharsAvail(UART4_BASE))//判断FIFO是否还有数据		
	{
		ch = UARTCharGet(UART4_BASE);	
		uart4_rec_temp[temp_cnt] = ch;
		temp_cnt ++;
 	}
	if(ch == 'F')
		uart4_rec_check_flag = 1;			// 接收数据解包的标志位置1
	if(temp_cnt >= 50)						//数组存满后清空
	{
		memset(uart4_rec_temp, 0, sizeof(uart4_rec_temp));		// 清空字符数组
		temp_cnt = 0;
	}
	bit_data = !bit_data;
	GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_5, bit_data);		//置低位点亮，保持闪烁，如果LED不闪烁了，表示程序卡死了
}

3、串口发送函数：

void UART4_SendString(const char *string)
{
	int len = strlen(string);
	while(len--)
	{
		// 等待UART发送缓冲区为空
		while(UARTSpaceAvail(UART4_BASE) == 0);
		
		// 发送字符到UART
		UARTCharPut(UART4_BASE, *string++);
	}
}

4、解析串口接收到的数据：
首先检测第一个数是否是“A”或“B”，然后检测字符串最后一个字符是否是“F”。接着索引字符串中的“,”，将中间的两个数字字符串拆分出来，使用atof()函数将字符串转换为浮点数。最后将获得的浮点数存入对应的变量中，或者使用调试接口输出，或使用OLED屏输出。

// 串口4数据包解包
void uart4_data_check(void)
{
	if(uart4_rec_check_flag == 1)		// 分析uart4_rec_temp中的数据
	{
		uart4_rec_check_flag = 0;
		if(uart4_rec_temp[0] == 'A')		// 是无人机XY坐标数据包
		{
			int len = strlen(uart4_rec_temp);
			if(uart4_rec_temp[len-1] == 'F')
			{
				char* token;
				token = strtok(uart4_rec_temp,",");
				token = strtok(NULL,",");
				uart4_rec_x[uav_cnt] = atof(token);
				token = strtok(NULL,",");
				uart4_rec_y[uav_cnt] = atof(token);
				uart4_flight_dist = uart4_flight_dist + sqrt(pow(uart4_rec_x[uav_cnt]-uart4_rec_x[uav_cnt-1],2) + pow(uart4_rec_y[uav_cnt]-uart4_rec_y[uav_cnt-1],2));
				printf("A-X: uart4_rec_x[%d]:%f\r\n",uav_cnt,uart4_rec_x[uav_cnt]);		// 测试
				printf("A-Y: uart4_rec_y[%d]:%f\r\n",uav_cnt,uart4_rec_y[uav_cnt]);		// 测试
				printf("A-D: uart4_flight_dist[%d]:%fm\r\n",uav_cnt,uart4_flight_dist/100);		// 测试
				// ......
			}
			// 处理完成后，清空uart4_rec_temp
			memset(uart4_rec_temp, 0, sizeof(uart4_rec_temp));
			temp_cnt = 0;
		}
		else if(uart4_rec_temp[0] == 'B')		// 是火源XY坐标数据包
		{
			int len = strlen(uart4_rec_temp);
			if(uart4_rec_temp[len-1] == 'F')
			{
				char* token;
				token = strtok(uart4_rec_temp,",");
				token = strtok(NULL,",");
				uart4_fire[0] = atof(token);
				token = strtok(NULL,",");
				uart4_fire[1] = atof(token);
				printf("B-X: uart4_fire[0]:%f\r\n",uart4_fire[0]);		// 测试
				printf("B-Y: uart4_fire[1]:%f\r\n",uart4_fire[1]);		// 测试
				// ......
			}
			// 处理完成后，清空uart4_rec_temp
			memset(uart4_rec_temp, 0, sizeof(uart4_rec_temp));
			temp_cnt = 0;
		}
		else
		{	// 没找到A/B数据包，清空uart4_rec_temp
			memset(uart4_rec_temp, 0, sizeof(uart4_rec_temp));
			temp_cnt = 0;
		}
	}
}

2.4.2 串口屏控制程序

串口屏界面：

1、串口驱动：

// 串口屏-串口5 PE4/PE5
void ConfigureUART5(void)
{ 
    ROM_SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOE);// Enable the GPIO Peripheral used by the UART.
    ROM_SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_UART5);// Enable UART6
    ROM_GPIOPinConfigure(GPIO_PE4_U5RX);// Configure GPIO Pins for UART mode.
    ROM_GPIOPinConfigure(GPIO_PE5_U5TX);
    ROM_GPIOPinTypeUART(GPIO_PORTE_BASE, GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5);
	UARTConfigSetExpClk(UART5_BASE,SysCtlClockGet(),115200,
		(UART_CONFIG_WLEN_8 | UART_CONFIG_STOP_ONE | UART_CONFIG_PAR_NONE));
	UARTFIFODisable(UART5_BASE);			// 使能UART6中断
	UARTIntEnable(UART5_BASE,UART_INT_RX);	// 使能UART6接收中断
	UARTIntRegister(UART5_BASE,UART5_IRQHandler);	//UART6中断地址注册
	IntPrioritySet(INT_UART5,USER_INT5);			// 中断优先级设置USER_INT6
}

2、串口中断服务函数：
函数内包含串口接收，由于接收数据分析较为简单，解析就在函数内解决了，如果数据解析较为复杂，建议在中断服务中给个flag，在主函数内处理。

void UART5_IRQHandler(void)
{
	uint32_t flag = UARTIntStatus(UART5_BASE,1);//获取中断标志 原始中断状态 屏蔽中断标志		
  UARTIntClear(UART5_BASE,flag);//清除中断标志	
	char ch;
  while(UARTCharsAvail(UART5_BASE))//判断FIFO是否还有数据		
  {
		ch = UARTCharGet(UART5_BASE);
		uart5_hmi_rec[uart5_cnt] = ch;	//串口屏发送回的数据存储到buffer中
  }
	uart5_cnt ++;
	if(strstr(uart5_hmi_rec,"TO"))		// 数据解析，如果uart5_hmi_rec中有"TO"，则设置flag
	{
		key_flag = 1;		// 蓝牙串口发送数据的flag
	}
	if(uart5_cnt >= 5)
	{
		uart5_cnt = 0;
		memset(uart5_hmi_rec,0,sizeof(uart5_hmi_rec));		// 清空buffer
	}
}

3、串口发动函数：

// UART5 主控串口5发送给串口屏HMI-----字符串
void UART5_SendString(const char *string)
{
	int len = strlen(string);
	while(len--)
	{
		// 等待UART发送缓冲区为空
		while(UARTSpaceAvail(UART5_BASE) == 0);
		
		// 发送字符到UART
		UARTCharPut(UART5_BASE, *string++);
	}
}

// UART5 主控串口5发送给串口屏HMI------二进制
void UART5_SendBinary(void)
{
	u8 i;
	for(i=0;i<3;i++)
	{
		// 等待UART发送缓冲区为空
		while(UARTSpaceAvail(UART5_BASE) == 0);
		// 发送二进制0xff到UART
		UARTCharPut(UART5_BASE, 0xff);
	}
}

4、串口屏启动程序：
函数UART5_SendString(cmd)的后面必须跟着函数UART5_SendBinary()，为的是给串口屏发送三个0xff结束标志符。

// 串口屏初始化
void HMI_Init(void)
{
	char cmd[50];
	const int point_num = 5;
	int UAVwaypoint[point_num][2] = {{185, 246},
									{185, 70},
									{400, 70},
									{400, 246},
									{185, 246}};
	UART5_SendString("rest");	// 重启屏幕
	UART5_SendBinary();
	Delay_Ms(1000);
	UART5_SendString("line 100,20,150,20,BLUE");	// 绘制巡逻轨迹样例
	UART5_SendBinary();
	
	for(int i=0;i<point_num-1;i++)					// 	绘制规划航点
	{
		sprintf(cmd,"line %d,%d,%d,%d,BLUE",UAVwaypoint[i][0],UAVwaypoint[i][1],UAVwaypoint[i+1][0],UAVwaypoint[i+1][1]);
		UART5_SendString(cmd);
		UART5_SendBinary();
		Delay_Ms(250);
	}
	sprintf(cmd,"line %d,%d,%d,%d,BLUE",UAVwaypoint[point_num-1][0],UAVwaypoint[point_num-1][1],UAVwaypoint[0][0],UAVwaypoint[0][1]);
	UART5_SendString(cmd);
	UART5_SendBinary();
}

5、向串口屏写入无人机航点位置和火源位置：

void uart5_uav_point_write(void)
{
	if(uav_flag == 1)  //无人机航点位置
	{
		uav_flag = 0;
		char cmd[30];
		memset(cmd,0,sizeof(cmd));
		// X、Y数据处理
		float x_fixed,y_fixed;
		if(uart4_rec_x[uav_cnt-1] > 480)
			x_fixed = 480;
		else if(uart4_rec_x[uav_cnt-1] < 0)
			x_fixed = 0;
		else
			x_fixed = uart4_rec_x[uav_cnt-1];
		uint16_t x_pixel = (uint16_t)(x_fixed/480*312);
		
		if(uart4_rec_y[uav_cnt-1] > 400)
			y_fixed = 400;
		else if(uart4_rec_y[uav_cnt-1] < 0)
			y_fixed = 0;
		else
			y_fixed = uart4_rec_y[uav_cnt-1];
		uint16_t y_pixel = (uint16_t)(y_fixed/256*400);
		
		sprintf(cmd,"cirs %d,%d,6,BLUE",160+x_pixel,262-y_pixel);
		//printf("uav_cmd:    %s\r\n\r\n",cmd);
		UART5_SendString(cmd);	// 绘制蓝色圆形 x,y,radius,color
		UART5_SendBinary();
		
		sprintf(cmd,"t16.txt=\"(%d,%d)\"",(int)(x_fixed/10),(int)(y_fixed/10));
		//printf("uav_position:    %s\r\n\r\n",cmd);
		UART5_SendString(cmd);	// 写入无人机位置坐标(x,y)
		UART5_SendBinary();
		
		sprintf(cmd,"t10.txt=\"%.3f\"",uart4_flight_dist/100);
		//printf("uav_flight_dist:    %s\r\n\r\n",cmd);
		UART5_SendString(cmd);	// 写入无人机航程
		UART5_SendBinary();
	}
	if(fire_flag == 1)	// 火源位置
	{
		fire_flag = 0;
		char cmd[30];
		memset(cmd,0,sizeof(cmd));
		
		float x_fixed,y_fixed;
		if(uart4_fire[0] > 480)
			x_fixed = 480;
		else if(uart4_fire[0] < 0)
			x_fixed = 0;
		else
			x_fixed = uart4_fire[0];
		uint16_t x_pixel = (uint16_t)(x_fixed*312/480);
		
		if(uart4_fire[1] > 400)
			y_fixed = 400;
		else if(uart4_fire[1] < 0)
			y_fixed = 0;
		else
			y_fixed = uart4_fire[1];
		uint16_t y_pixel = (uint16_t)(y_fixed*256/400);
		
		sprintf(cmd,"pic %d,%d,1",160+x_pixel,262-y_pixel);
		//printf("fire_cmd:   %s\r\n\r\n",cmd);
		UART5_SendString(cmd);	// 绘制红色火灾图像
		UART5_SendBinary();
		
		sprintf(cmd,"t8.txt=\"(%d,%d)\"",(int)(x_fixed/10),(int)(y_fixed/10));
		//printf("fire_position:    %s\r\n\r\n",cmd);
		UART5_SendString(cmd);	// 写入火源位置坐标
		UART5_SendBinary();
	}
}

2.4.3 小车控制无人机

依旧是蓝牙串口的部分，蓝牙串口发送“TakeOff\r\n”字符串，无人机串口检测到后能够解锁。

// key_flag = 1时，小车控制无人机起飞
void Control_UAV_flight_status(void)
{
	if(key_flag == 1)
	{
		key_flag = 0;
		UART4_SendString("TakeOff\r\n");
	}
}

2.4.4 小车电机控制

小车控制电机最好需要检测编码器信号、读取IMU的姿态和加速度信号，但由于时间限制，这一些部分并没有编写，完全处于开环控制。

开山斧模块能够直接获取电机的转速和方向：

此处对小车直流电机进行控制，采用定时器控制PWM波占空比，以调整直流电机转速。

1、PWM初始化：

void PWM0_Init(void)
{
	SysCtlPWMClockSet(MOTOR_PWM_SYSCTL_PWMDIV); // Set divider to 80M/8=10M=0.1us
	SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_PWM0); // Enable PWM peripheral
	SysCtlDelay(2); // Insert a few cycles after enabling the peripheral to allow the clock to be fully activated
	SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOB); // Enable GPIOB peripheral
	SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOD); // Enable GPIOB peripheral
	SysCtlDelay(2); // Insert a few cycles after enabling the peripheral to allow the clock to be fully activated
	// Use alternate function
	GPIOPinConfigure(GPIO_PB4_M0PWM2);
	GPIOPinConfigure(GPIO_PB5_M0PWM3);
	GPIOPinConfigure(GPIO_PD0_M0PWM6);
	GPIOPinConfigure(GPIO_PD1_M0PWM7);
	
	// Use pin with PWM peripheral
	GPIOPinTypePWM(GPIO_PORTB_BASE, GPIO_PIN_4);//M0PWM2
	GPIOPinTypePWM(GPIO_PORTB_BASE, GPIO_PIN_5);//M0PWM3
	GPIOPinTypePWM(GPIO_PORTD_BASE, GPIO_PIN_0);//M0PWM6
	GPIOPinTypePWM(GPIO_PORTD_BASE, GPIO_PIN_1);//M0PWM7
	// Configure the PWM generator for count down mode with immediate updates to the parameters
	PWMGenConfigure(PWM0_BASE, PWM_GEN_0, PWM_GEN_MODE 
										| PWM_GEN_SYNC_MODE);
	PWMGenConfigure(PWM0_BASE, PWM_GEN_1, PWM_GEN_MODE 
										| PWM_GEN_SYNC_MODE);
	PWMGenConfigure(PWM0_BASE, PWM_GEN_2, PWM_GEN_MODE 
										| PWM_GEN_SYNC_MODE);
	PWMGenConfigure(PWM0_BASE, PWM_GEN_3, PWM_GEN_MODE 
										| PWM_GEN_SYNC_MODE);
	
	// The period is set to 100us (10 KHz)
	period = MOTOR_PERIOD_MAX_800US; 
	PWMGenPeriodSet(PWM0_BASE, PWM_GEN_0, period); // Set the period
	PWMGenPeriodSet(PWM0_BASE, PWM_GEN_1, period);
	PWMGenPeriodSet(PWM0_BASE, PWM_GEN_2, period);
	PWMGenPeriodSet(PWM0_BASE, PWM_GEN_3, period);
	// Start the timers in generator 0 and 1
	PWMGenEnable(PWM0_BASE, PWM_GEN_0);
	PWMGenEnable(PWM0_BASE, PWM_GEN_1);
	PWMGenEnable(PWM0_BASE, PWM_GEN_2);
	PWMGenEnable(PWM0_BASE, PWM_GEN_3);
	// Enable the outputs
	PWMOutputState(PWM0_BASE, 
					  PWM_OUT_0_BIT | PWM_OUT_1_BIT 
					| PWM_OUT_2_BIT | PWM_OUT_3_BIT
					| PWM_OUT_4_BIT | PWM_OUT_5_BIT
					| PWM_OUT_6_BIT | PWM_OUT_7_BIT
					,  true);									
}

2、PWM输出：

// width1/2/3/4 为四个PWM通道设置的脉冲宽度（0-1000）
void PWM_Output(uint16_t width1, uint16_t width2, uint16_t width3, uint16_t width4)
{
	uint16_t pwm[4]={0};
	pwm[0]  = width1;
	pwm[1] = width2;
	pwm[2] = width3;
	pwm[3] = width4;

	//EPWM1端口M0PWM0、M0PWM1、M0PWM2、M0PWM3
	PWMPulseWidthSet(PWM0_BASE,PWM_OUT_2, pwm[0]);//PH0——M0PWM0 
	PWMPulseWidthSet(PWM0_BASE,PWM_OUT_3, pwm[1]);//PH1——M0PWM1 
	PWMPulseWidthSet(PWM0_BASE,PWM_OUT_6, pwm[2]);//PH2——M0PWM2 
	PWMPulseWidthSet(PWM0_BASE,PWM_OUT_7, pwm[3]);//PH3——M0PWM3
}      

3、小车运动：
简单编写了小车向前/后/左/右运动的函数。

// 向前，value为脉宽，换算一下相当于速度；delay_ms为持续时间
void Car_Forward(int value,int delay_ms)
{
	PWM_Output(0,0,0,0);
	PWM_Output(0,value,value,0);
	Delay_Ms(delay_ms);
	PWM_Output(0,0,0,0);
}
// 向后，value为脉宽，换算一下相当于速度；delay_ms为持续时间
void Car_Backward(int value,int delay_ms)
{
	PWM_Output(0,0,0,0);
	PWM_Output(value,0,0,value);
	Delay_Ms(delay_ms);
	PWM_Output(0,0,0,0);
}
// 左转，value为脉宽，换算一下相当于转速；delay_ms为持续时间
void Car_TurnLeft(int value,int delay_ms)
{
	PWM_Output(0,0,0,0);
	PWM_Output(0,value,0,value);
	Delay_Ms(delay_ms);
	PWM_Output(0,0,0,0);
}
//右转，value为脉宽，换算一下相当于转速；delay_ms为持续时间
void Car_TurnRight(int value,int delay_ms)
{
	PWM_Output(0,0,0,0);
	PWM_Output(value,0,value,0);
	Delay_Ms(delay_ms);
	PWM_Output(0,0,0,0);
}

4、小车移动到指定街区的函数：
这一部分就是整活了，近处的街区还能将就一下，远的街区很容易跑偏。

int WaitTime = 10000;		// 小车静止等待的时间为10s
// 在小车等待的时候，视觉模块控制舵机上的激光笔照射模拟火源
void Car_Move(int position)	// position为火源id
{
	if(car_move_flag == 1)
	{
		car_move_flag = 0;
		switch(position){
			case 0:			//无火灾，不用动
			break;
			case 1:			// 1号街区
				Car_Forward(500,1000);
				Delay_Ms(1000);
				Car_TurnLeft(500,1000);
				Delay_Ms(WaitTime);
				Car_TurnRight(500,1000);
				Delay_Ms(1000);
				Car_Backward(500,1000);
				Delay_Ms(1000);
			break;
			case 2:			// 2号街区
				Car_TurnRight(500,1000);
				Delay_Ms(500);
				Car_Forward(500,500);
				Delay_Ms(500);
				Car_TurnLeft(500,500);
				Delay_Ms(500);
				Car_Forward(500,3000);
				Car_TurnLeft(500,1000);
				Delay_Ms(500);
				Delay_Ms(WaitTime);
				Car_TurnRight(500,1000);
				Delay_Ms(500);
				Car_Backward(500,3000);
				Delay_Ms(1000);
			break;
			case 3:			// 3号街区
				Car_TurnRight(500,1000);
				Delay_Ms(500);
				Car_Forward(500,1000);
				Delay_Ms(500);
				Car_TurnLeft(500,1000);
				Delay_Ms(500);
				Car_Forward(500,3000);
				Car_TurnRight(500,1000);
				Delay_Ms(500);
				Delay_Ms(WaitTime);
				Car_TurnLeft(500,1000);
				Delay_Ms(500);
				Car_Backward(500,3000);
				Delay_Ms(1000);
			break;
			case 4:		// 最远的4号街区，瞎跑
				Car_TurnRight(500,2000);
				Delay_Ms(500);
				Car_Forward(500,3000);
				Delay_Ms(500);
				Delay_Ms(WaitTime);
				Car_Backward(500,3000);
				Delay_Ms(1000);
			break;
			case 5:			// 5号街区
				Car_TurnRight(500,2000);
				Delay_Ms(500);
				Car_Forward(500,3000);
				Delay_Ms(500);
				Delay_Ms(WaitTime);
				Car_Backward(500,3000);
				Delay_Ms(1000);
			break;
			case 6:			// 6号街区
				Car_TurnRight(500,1000);
				Delay_Ms(500);
				Car_Forward(500,1500);
				Delay_Ms(500);
				Delay_Ms(WaitTime);
				Car_Backward(500,1000);
				Delay_Ms(1000);
			break;
			case 7:					// 旋转测试
				Car_TurnRight(500,6000);
				Delay_Ms(1000);
				Car_TurnRight(500,5000);
				Delay_Ms(1000);
			break;
			default:
			break;
		}
	}
}

2.5 无人机程序设计

由于无人机程序大部分已经编写的差不多了，直接使用购买无人机的代码修改。
无人机上需要安装蓝牙、光流、OpenMV或K210、激光笔、LED灯等外设。

2.5.1 蓝牙串口程序

用来发送无人机位置信息和无人机监测到的火源信息，接收小车发来的起飞解锁信息。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-629901.html

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