简易机器人遥控器设计（兼容 RM 遥控器）

Junshuo

2023-05-15

机器人

本篇摘自Epoch战队知识库，作者：Junshuo

Github 仓库：NUC-Epoch-Robotics/Epoch-Remote-Controller: Epoch 机器人遥控器第一代 (github.com)

使用 & 维护

操作手必须熟知遥控器 & 机器人电控逻辑。
使用时戴好背带，四维摇杆较重，晃动会导致摇杆移动，可能误操作。
尽量避免灰尘进入遥控器，灰尘会损伤电位器，导致摇杆漂移。

方案选择

成品航模/车模遥控器

稳定
开箱即用，开发简单
不可定制
通道有限，且无拓展性，不能确保满足之后每一届的题目

软件方案

使用 Android 手机/平板遥控
灵活，拓展性强
方便显示图形化信息
优雅
开发难度大，实验室没有移动端上位机开发相关基础
物理层选择有限，只能使用 WiFi / Bluetooth
操控手感差，不适合半自动/全手动模式

硬件方案

开发简单，是我们擅长的领域
操控手感好
可拓展性好，可以根据操作手需求定制
物理层可选择范围广
前期版本可能没有成品和软件方案稳定
不方便显示图形化信息

其他：

软硬结合（Qt + 树莓派）：开发难度大

Robomaster 遥控器接电脑控制：不够优雅，~~RC赛场打RM，有点逆天~~

硬件选型

主控

选择 STM32F103R8 ，原因如下：

对计算性能要求不高
I/O 数量够用，能满足遥控器的拓展性
有 ADC
开发简单或有开发基础
价格不贵

通信模块

规则规定的三种通信协协议使用的频段均为 2.4GHz 。具体使用了什么协议，组委会也不会去检查，只要在 2.4GHz ISM公共频段即可。

作者选择E34-2G4D20D nRF24L01芯片2.4G无线串口模块-lora无线网关技术-亿佰特无线通信模块，该模块有以下优点：

模块软硬件封装完善，不需要关心无线通信，当成串口开发即可
可靠性和传输速率比较好
支持不间断传输，不限制包长

摇杆

摇杆有【航模摇杆】、【游戏手柄摇杆】、【四维摇杆】，

航模摇杆：适合精准控制（如底盘移动），尺寸大。拆机的航模遥感普遍电位器不太行，需要自己更换电位器。从淘宝买60度10kΩ的摇杆电位器就行。
游戏手柄摇杆：适合不需要很精准的控制，尺寸小。电位器也不太行
四维摇杆：有三个电位器，可以一个摇杆控制平移+旋转。X、Y轴电位器可调，Z轴电位器比较漂，电位器不可拆卸更换。价格较贵。

软件设计

摇杆通道采集

很常规的 ADC 配置。

通道数据处理

将 0~~2048 的数据映射到 364~~1864
滤波
限幅

控制帧结构

设计思路：在满足控制需求（通道数量）的前提下，为了方便移植、减少开发成本，作者采用和 Robomaster 遥控器相似的18字节控制帧结构。

通道0~3、S1、S2、按键（8个）、保留字段（其实是通道4-左上角拨轮）与 Robomaster 遥控控制帧完全相同。

只有两个电位器旋钮不一样，占用的是 RM 遥控器的鼠标X、Y轴。

其余的为保留字段，暂时没用上。

控制帧打包的C语言实现

以前 4 个通道为例：

void remote_control_packup(uint16_t* ch, uint8_t* buff)
{
  if (ch == NULL || buff == NULL)
  {
    return;
  }

  buff[0] = ch[0] & 0xFF;                                     // 通道0低8位
  buff[1] = ((ch[0] >> 8) & 0x07) | ((ch[1] << 3) & 0xF8);    // 通道0高3位 + 通道1低5位
  buff[2] = ((ch[1] >> 5) & 0x3F) | ((ch[2] << 6) & 0xC0);    // 通道1高6位 + 通道2低2位
  buff[3] = (ch[2] >> 2) & 0xFF;                              // 通道2中间8位
  buff[4] = ((ch[2] >> 10) & 0x01) | ((ch[3] << 1) & 0xFE);   // 通道2高1位 + 通道3低7位
  buff[5] = ((ch[3] >> 7) & 0x0F) | (0x00 & 0xF0);            // 通道3高4位 + 4位填充
  buff[6] = 0x00; // 填充字节
  buff[7] = 0x00; // 填充字节
  buff[8] = 0x00; // 填充字节
  buff[9] = 0x00; // 填充字节
  buff[10] = 0x00; // 填充字节
  buff[11] = 0x00; // 填充字节
  buff[12] = 0x00; // 填充字节
  buff[13] = 0x00; // 填充字节
  buff[14] = 0x00; // 填充字节
  buff[15] = 0x00; // 填充字节
  buff[16] = 0x00; // 填充字节
  buff[17] = 0x00; // 填充字节

}