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基于RT-Thread+RA6M4的星球大战之BB-8机器人控制系统

发布于 2022-07-31 21:54:44 浏览：973 订阅该版

[tocm]

# 应用的背景：
基于星球大战原力觉醒中，有一位机器主角BB-8球形机器人，获得了超高的人气，该机器人由Sphero以其独有技术构建。获得迪士尼公司许可，Sphero还制作了令创客尖叫的BB-8同款玩具版机器人，可以通过手机App控制，并支持自定义编程控制：
![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220731/5394d6016aaf967b086872aef08836ab.png.webp)
我经过技术研究，参考公开分享的技术资料，实现了一个控制信息转发系统，可以通过网络转发指令，实现多种设备控制控制BB-8机器人。

# 实现功能：
本作品，基于RT-Thread系统和CPK-RA6M4开发板，通过ESP8266组网，通过MPU6050获取运动姿态，通过mqtt方式进行通讯，发送指令控制BB-8机器人。
该系统实现的MPU6050运动姿态获取和解码方案，同样可以应用与平衡车控制、飞行控制等系统。

# 整体系统框架：
![screenshot_RTT-BB8_概览.drawio.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220731/8733cebb49a797e19c4d4eb4f032886a.png)

# RT-Thread使用情况概述：
本作品基于RT-Thread 4.1.0进行开发，使用到了AT Device、netutil、MPU6xxx、umqtt，使用到的硬件接口包括UART7、UART4、I2C1、GPIO。
![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220731/e83660f731e511b6fb15e92e93cd937f.png)
使用umqtt软件报时，需要注意，应修改如下部分的代码，否则无法成功连接mqtt：
![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220731/767832978fede92e9d7d11ca0f3a43f0.png.webp)

# 硬件框架：
![screenshot_Snipaste_2022-07-31_20-55-19.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220731/950670e704696ef4b4b40c53dd2ddf25.png.webp)
除了使用上述ESP8266和MPU6050外，还使用了板载的USER INPUT按键和LED3。
ESP8266：连接到开发板UART4，P207、P206；应在FPS中配置开启UART4，并在RT-Thread Studio中设置开启UART4
MPU6050：连接到开发板P512、P511
串口终端：连接到开发板P614、P613
USER INPUT按键：用于控制测试程序退出
LED3：当控制BB-8移动时，处于熄灭状态；否则，点亮为红色。

在实际开发过程中，具体使用到的硬件和设备如下：
1. CPK-RA6M4 开发板
2. BB-8机器人
3. ESP8266-01：用于联网
4. ESP-Prog：用于烧录ESP8266-01
5. MPU6050：用于运动姿态获取
6. USB2TTL：用于串口终端调试
7. USB HUB：用于连接设备
8. 杜邦线：9根
10. USB数据线：microusb数据线，用于J-Link连接
11. Macbook Pro：用于开发和运行BB-8控制转发系统

# 软件框架说明：
![screenshot_RTT-BB8.drawio.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220731/6c544b4726a97d6f81abf8911cecca94.png.webp)

在实际开发过程中，具体用到的软件如下：
1. RT-Thread: 4.1.0
2. ESP82666 AT固件：1.7.1，https://docs.ai-thinker.com/%E5%9B%BA%E4%BB%B6%E6%B1%87%E6%80%BB
3. BB-8网页控制系统：https://gitee.com/honestqiao/bb8
4. BB-8控制转发系统：https://gitee.com/honestqiao/BB8_Proxy
5. EMQ消息队列系统：macOS版本，https://www.emqx.io/downloads
6. SEGGER J-Links：macOS版本，https://www.segger.com/news/cross-platform-freedom-seggers-j-flash-now-available-for-macos-linux/

# 软件模块说明：
## 代码说明：
hal_entry.c：系统默认入口文件，包括部分LED和按键测试代码
mqtt_test.c：umqtt客户端测试
mpu6050_test.c：mpu6050数据读取测试
mp6050_mqtt_bb8.c：核心代码

## 核心代码说明：
1. MQTT启动和停止
2. MPU6050数据读取和解码
3. BB-8控制数据生成
4. 按键和LED逻辑控制

## 具体使用时，请按照如下方式：
1. 编译下载
2. 串口终端：ifconfig查看是否联网成功，成功后再继续操作
![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220731/1095341cb8875cff1d1d32e52f6e1eed.png.webp)
3. 串口终端：list_device查看当前设备：
![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220731/d6caad07677221d95201f821b9798a0b.png)
4. 启动EMQX
5. 以WEB模式启动BB-8网页控制系统
![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220731/b7a1654ed2f9db6566284f1b54a4ee70.png.webp)
6. 启动BB-8控制转发系统，node proxy.js --http_port 1234 --tcp_port 2345
![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220731/da08d39953d9e17094c0d838ef7ba11e.png.webp)
7. 串口终端：执行mpu6050 10000 200，启动姿态控制检测
![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220731/629c4a23eeb14579f9319031e9f4f416.png.webp)
8. 改变MPU6050姿态，将控制BB-8运行
9. 运行时，按键可退出

# 作品完整图片：
![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220731/58b2dcd401fd0257afe78cc2897db5b0.png.webp)

上述作品图片中，中间的小板子为ESP8266-01，MPU6050内置到了黄蓝相间红色底座的控制手柄之中。
![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220731/e4f2b8c6250d0fb8e1fed6b31bcbc41d.png.webp)
该控制手柄，来自于一款废弃的儿童电动牙刷，取出电动牙刷的内芯后简单之作而成。

# 视频演示效果：

![演示1](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220731/46da9233fb17a75ecbeb19175bffd65b.gif "1659279262889821.gif")
![演示2](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220731/ea0fcb74772cfe8b0b9c4228c408d227.gif "1659279184560392.gif")
B站演示1视频地址：https://www.bilibili.com/video/BV1ma411Z7iA/
B站演示2视频地址：https://www.bilibili.com/video/BV17G4y1v7JP/

# 代码地址：
https://gitee.com/honestqiao/CPKRA6M4_RTT_BB-8

# 总结：
本次参加活动，是首次使用RT-Thread进行实际开发，在经过了一开始的阵痛之后，渐入佳境。RT-Thread系统强大的模块化架构，配合图形界面进行管理控制，对于实际开发来说，既方便快快捷，又节省了大量的时间。
同时，瑞萨的CPK-RA6M4开发板，配合专有的FSP工具，功能非常强大，而且提供了丰富的接口，非常适合进行实际开发应用验证。
因为是初次真正使用RT-Thread进行实际开发，也是初次使用瑞萨的开发板，所以相关的功能学习还处于菜鸟起步阶段，后续在研究透彻BB-8通讯协议以后，考虑使用HC-05蓝牙模块直接与BB-8通信，从而提供控制响应速度。

另外，也分享一下，在开发过程中遇到并解决的问题(包括但不限于)：
1. 软件包下载问题：可能由于网络不稳定造成的
2. ESP8266部分指令不支持问题：
    需要升级固件到及1.6.2以上版本，我更新到安信可提供的1.7.1版本可以正常使用
3. umqtt链接不成功的问题：[E/umqtt.transport]  iocontrol socket error!
    解决该问题，可以强制注释掉umqtt之中链接错误的处理，就能正常连接了：
![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220731/767832978fede92e9d7d11ca0f3a43f0.png.webp)
4. J-Link虚拟机使用问题：
    我的电脑是macOS系统，不能直接使用RT-Thread Stuido，所以需要使用Vmware运行Windows10，在虚拟机的Windows10中运行RT-Thread Stuido；但是将开发板连接到电脑，并将对应的J-Link设置到虚拟机时，在虚拟机内无法检测到。
	经过查找资料和学习，最终在macOS中运行J-Link Remote Server，在Windows10中通过IP连接J-link进行调试和下载：
	macOS运行：
    ![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220731/48a1f6ae536e64701a84170c18349308.png.webp)
    ![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220731/098a7db77d4cd9c3b165ecdc0ef22d26.png.webp)

Windows10 远程调用：
    ![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220731/077ddd1534963e51c68fed0cfdcd31ca.png)

# 感谢：
在学习研究过程中，参考了众多的资料，包括但不限于以下的链接，对所有作者表示深深的感谢:
* arduino陀螺仪蓝牙通讯手势小车：https://blog.csdn.net/weixin_52531699/article/details/118054747
* RT-Thread分析-时钟节拍和定时器管理：https://blog.csdn.net/u011638175/article/details/122418698
* Arduino 使用MPU6050做平衡小车：https://www.csdn.net/tags/MtTaAg3sNjAwMzU4LWJsb2cO0O0O.html
* RT-Thread Studio使用记录（六）ESP8266网络设备：https://club.rt-thread.org/ask/article/f98833cf961a8b6e.html
* 【Renesas RA6M4开发板之I2C驱动ssd1306 OLED屏幕】：https://club.rt-thread.org/ask/article/d90fcf63dc1f5d38.html
* 【Renesas RA6M4开发板之I2C读取mpu6050】：https://club.rt-thread.org/ask/article/718a59d40e0e272e.html
* 【RT-Thread开发之路】使用at_device软件包通过ESP8266连接到网络：https://aijishu.com/a/1060000000148640