【野火】第二期瑞萨RA MCU创意氛围赛

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1. 系统概述  
  1.1 GNSS系统
         GNSS(全球卫星导航系统 Global NavigaTIon Satellite System ）接收器出货量将在未来十年持续增长，从 2021 年的 18 亿台增加到2031 年的 25 亿台。2023年的卫星定位市场收入录得2,620亿欧元，保持着约15%的复合年增长率，预计未来十年复合年增长率8.4%。2033年可达5,800亿欧元。



  对国内而言，2023年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达到5362亿元人民币，较2022年增长7.09%。其中，包括与卫星导航技术研发和应用直接相关的芯片、器件、算法、软件、导航数据、终端设备、基础设施等在内的产业核心产值同比增长5.5%，达到1611 亿元人民币，在总体产值中占比为30.04%。由卫星导航应用和服务所衍生带动形成的关联产值同比增长 7.79%，达到3751亿元人民币，在总体产值中占比达到 69.96%。

   实时动态定位（Real-Time Kinematic，简称RTK）是一种用于提高全球导航卫星系统（如GPS、GLONASS、Galileo、北斗等）定位精度的技术。RTK系统通常由两部分组成：一个基准站（Base Station）和一个或多个流动站（Rover）。基准站位于已知精确坐标的位置上，它收集卫星数据并通过无线数据链路发送到流动站。流动站使用这些数据来纠正其自己的卫星测量值，从而达到厘米级的定位精度。
通过无线通信设备接收单基站或者网络 RTK 播发的北斗/GNSS 载波相位实时动态差分数据，自主进行实时解算，提供高精度定位结果的终端设备。

   1.2 OpenCAN电机控制OpenCAN是一款专为与各种CAN（Controller Area Network，控制区域网络）设备进行交互而设计的软件平台。OpenCAN提供了一个高度抽象化的C++接口，开发者无需深入了解CAN协议的具体细节，就能轻松地控制和管理CAN设备。这种抽象化的设计不仅降低了学习曲线，还提高了开发效率。OpenCAN的插件系统允许用户通过添加插件来扩展对特定设备的支持。这意味着无论开发者面对的是何种类型的CAN设备，OpenCAN都能够提供相应的支持，极大地扩展了其应用范围。OpenCAN提供了一套简洁的API，这些API经过精心设计，使得开发者能够快速上手，并且能够轻松地实现所需的功能。无论是简单的数据读取还是复杂的设备控制，OpenCAN的API都能提供必要的支持。
在高精度电机控制领域，OpenCAN平台可以通过其强大的功能和灵活的插件系统，实现对电机的精确控制和管理。精确控制：OpenCAN平台可以实现对电机的精确控制，包括速度、位置、扭矩等多个参数。这得益于其高效的数据传输和处理能力，以及对CAN协议的深度支持。实时监控：通过OpenCAN平台，开发者可以实时监控电机的运行状态，包括电流、电压、温度等关键参数。这有助于及时发现并处理潜在问题，提高系统的稳定性和可靠性。灵活配置：OpenCAN的插件系统使得开发者可以根据实际需求灵活配置电机控制参数。无论是调整控制算法还是修改通信协议，都可以通过简单的插件开发来实现。高效通信：OpenCAN平台支持高效的CAN通信协议，可以实现电机与控制器之间的快速数据传输。这有助于降低延迟，提高系统的响应速度和控制精度。

  本项目基于基于野火瑞萨耀阳RA8开发板设计，野火耀阳RA8开发板是一款功能强大的开发板，基于瑞萨电子的RA系列R7FA8D1BHECBD微控制器作为主控，该微控制器基于Arm Cortex-M85内核，具有高性能和低功耗的特点。开发板上集成了丰富的外设和接口，包括USB_OTG接口、USB_UART接口、16位SDRAM、32M字节容量QSPI Flash等,百兆网口，CANFD接口，RS485接口，OLED LCD显示屏接口，满足开发者多样化的需求。通过瑞萨的代码初始化工具（如RA Smart Configurator）进行图形化配置，方便开发者快速搭建项目框架和配置底层驱动。
本设计基于OpenCAN协议驱动无刷电机，融合RTK GNSS高精度定位系统，智能车实现高精度运控。场景落地很多，比如智慧农业，智能巡检，智慧交通划线。智能割草机领域。
   项目场景：
  割草是一项极其耗时费力的工作，在欧美国家，庭院内草坪的精致与否代表了这个家庭的门面。在自动化作业和高质量生活需求的催动下，更加智能化的割草机器人替代传统园林工具逐渐跻身主流。根据Statista数据显示，预计2024年全球割草机市场规模将达到374.3亿美元，并有望在2027年达到新峰值440.7亿美元。Grand View Research发布的数据显示，2021年全球割草机市场规模为304亿美元，年均复合增长率为5.7%。另有数据显示，2022年全球割草机市场规模约为310亿美元，到2032年将增长至563亿美元。


2 .系统总体设计
   

  

    2.1 @1是RTKGNSS接收机模块：支持RTK技术的GPS接收模块。这个模块能够接收来自多个GPS北斗等卫星的信号，并通过载波相位差分技术实现高精度定位。可以采用全系统全频高精度定位定向模块和芯星通科技UM982或者司南K823。这些模块通常具有串口（如UART、SPI等）或其他通信接口，通过串口与野火耀阳RA8开发板进行通讯，接受GPS数据。
   2.2 @2是物联网模组：野火耀阳RA8开发板通过串口解析配置RTK GPS接收模块，实现基站模式或者流动站模式。RA8开发板一路串口通过物联网模组CAT4 EG25全球通模块将测站点坐标、伪距观测值载波相位观测值、卫星跟踪状态和接收机工作状态等通过无线数据链发送给流动站，流动着接受差分数据实现固定解，实现高精度位置定位。可以解析来自第三方的千寻（如千寻位置网络）的差分数据，以提高其定位精度。也可以通过第三方位置服务比如千寻位置网络是一种基于CORS（连续运行参考站系统）技术的高精度位置服务网络，它通过覆盖全国的CORS基站，向用户提供实时、高精度的差分数据，野火耀阳RA8开发板驱动UM982配置流动站解析千寻差分数据，实现RTK接收机实现厘米级甚至毫米级的定位精度。
2.3 @3是基于OpenCAN协议高精度伺服电机
   野火耀阳RA8开发板支持多路CANFD，通过CANOPEN算法库，实现高精度电机控制。 CANOPEN作为一种广泛应用于工业自动化领域的现场总线协议，通过其高效的数据传输机制和标准化的对象字典，使得设备间的通信更加简洁、可靠。本项目对于在瑞萨RA平台上集成CANOPEN功能实现BLDC电机高精度闭环控制。
实物小车：

  
3.软件开发
  
  
     IDE基于keil+FSP

  

配置时钟和外设（IIC，CAN，UART用于串口通信），配置UART：在UART的配置选项中，设置波特率（如9600或更高，具体取决于RTK模块的要求）、数据位、停止位和校验位等。生成代码：
编写RTK解析代码初始化USART：在代码中初始化USART外设，以便与RTK模块进行通信。
接收RTK数据：通过USART中断或DMA（直接存储器访问）等方式接收RTK模块发送的数据。
解析RTK数据：根据RTK模块的数据协议（如NMEA 0183协议）解析接收到的数据，提取出纬度、经度、高度和精度等定位信息。
处理定位信息：将解析出的定位信息进行处理，如转换为特定的坐标系、进行滤波或平滑处理等。
发送定位信息：将处理后的定位信息通过串口、网络或其他方式发送给上位机或其他设备。
实现的NMEA数据解析函数。这解析GGA语句（GPS Fix Data），可以根据需要扩展以解析其他类型的NMEA语句。

1. <font face="宋体" size="3">#include <stdio.h>  
   
2. #include <stdlib.h>  
   
3. #include <string.h>  
   
4.   
   
5. void ParseNMEA(char *nmea)  
   
6. {  
   
7.     if (strncmp(nmea, "$GPGGA", 6) == 0) // 检查是否是GGA语句  
   
8.     {  
   
9.         char *token = strtok(nmea, ",");  
   
10.         int field = 0;  
    
11.         char utcTime[11];  
    
12.         char latitude[10];  
    
13.         char northSouth;  
    
14.         char longitude[11];  
    
15.         char eastWest;  
    
16.         int fixQuality;  
    
17.         int numSatellites;  
    
18.         float hdop;  
    
19.         float altitude;  
    
20.         float altitudeUnits;  
    
21.         float geoidHeight;  
    
22.         float geoidUnits;  
    
23.   
    
24.         while (token != NULL)  
    
25.         {  
    
26.             switch (field)  
    
27.             {  
    
28.                 case 1: strcpy(utcTime, token); break; // UTC时间  
    
29.                 case 2: // 纬度  
    
30.                     strncpy(latitude, token, 2);  
    
31.                     latitude[2] = '.';  
    
32.                     strncpy(latitude + 3, token + 2, strlen(token) - 2);  
    
33.                     break;  
    
34.                 case 3: northSouth = *token; break; // 北/南  
    
35.                 case 4: // 经度  
    
36.                     strncpy(longitude, token, 3);  
    
37.                     longitude[3] = '.';  
    
38.                     strncpy(longitude + 4, token + 3, strlen(token) - 3);  
    
39.                     break;  
    
40.                 case 5: eastWest = *token; break; // 东/西  
    
41.                 case 6: fixQuality = atoi(token); break; // 定位质量  
    
42.                 case 7: numSatellites = atoi(token); break; // 使用卫星数量  
    
43.                 case 8: hdop = atof(token); break; // 水平精度稀释  
    
44.                 case 9: altitude = atof(token); break; // 海拔高度  
    
45.                 case 10: altitudeUnits = atof(token); break; // 海拔单位（一般为米）  
    
46.                 case 11: geoidHeight = atof(token); break; // 大地水准面高度  
    
47.                 case 12: geoidUnits = atof(token); break; // 大地水准面高度单位（一般为米）  
    
48.             }  
    
49.             token = strtok(NULL, ",");  
    
50.             field++;  
    
51.         }  
    
52.   
    
53.         // 打印解析结果  
    
54.         printf("UTC Time: %s\n", utcTime);  
    
55.         printf("Latitude: %s %c\n", latitude, northSouth);  
    
56.         printf("Longitude: %s %c\n", longitude, eastWest);  
    
57.         printf("Fix Quality: %d\n", fixQuality);  
    
58.         printf("Number of Satellites: %d\n", numSatellites);  
    
59.         printf("HDOP: %.2f\n", hdop);  
    
60.         printf("Altitude: %.2f %c\n", altitude, (altitudeUnits == 1.0 ? 'm' : 'f')); // 假设单位是米或英尺  
    
61.         printf("Geoid Height: %.2f %c\n", geoidHeight, (geoidUnits == 1.0 ? 'm' : 'f'));  
    
62.     }  
    
63. }
    
64. 
    
65. 
    
66. </font>

复制代码

   系统成功实现固定解：

高精度定位数据

OpenCAN电机驱动设计 实现RTK位置高精度闭环控制
发送控制指令：RA8开发板通过发送SDO（服务数据对象）报文或配置好的PDO来设置电机的目标速度或位置。
读取状态信息：RA8开发板通过读取相应的PDO来获取电机的实时状态信息，如当前速度、当前位置等。
算法控制：根据应用需求，在RA8开发板实现相应的控制算法（PID控制算法），根据反馈的状态信息调整控制指令，以实现精确位置的电机控制。









成果展示：




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