柯蒂斯控制协议,相关集成

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CaiXiang
2025-11-15 16:05:59 +08:00
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# Curtis 电机控制器集成指南
## 概述
本指南介绍如何在 AGV 路径跟踪项目中集成柯蒂斯Curtis1298+1220C 电机控制器的 CAN 通讯功能。
**协议版本:** V4.0
**波特率:** 125 kbps
**厂商:** 上海诺力智能科技有限公司
---
## 目录
1. [快速开始](#快速开始)
2. [文件结构](#文件结构)
3. [编译和运行](#编译和运行)
4. [API 参考](#api-参考)
5. [完整调用流程](#完整调用流程)
6. [示例程序说明](#示例程序说明)
7. [故障排查](#故障排查)
8. [最佳实践](#最佳实践)
---
## 快速开始
### 1. 最简示例5行代码
```cpp
#include "include/can/CurtisMotorController.h"
CurtisMotorController curtis;
curtis.Connect(); // 连接
CurtisCommand cmd;
cmd.driveSpeed = CurtisMotorController::SpeedPercentToCAN(30.0f); // 前进30%
curtis.SendCommand(cmd); // 发送命令
curtis.ReceiveStatus(); // 接收状态
curtis.PrintStatus(); // 打印状态
curtis.Disconnect(); // 断开
```
### 2. 基本控制循环
```cpp
CurtisMotorController curtis;
curtis.Connect();
CurtisCommand cmd;
cmd.driveSpeed = CurtisMotorController::SpeedPercentToCAN(30.0f);
cmd.steerAngle = CurtisMotorController::AngleDegreeToCAN(15.0f);
while (running) {
curtis.ReceiveStatus(); // 接收状态
curtis.SendCommand(cmd); // 发送命令≤20ms周期
Sleep(15); // 15ms
}
curtis.Disconnect();
```
---
## 文件结构
### 核心文件
```
agv_path_tracking/
├── include/can/
│ └── CurtisMotorController.h # Curtis 控制器头文件
├── src/can/
│ └── CurtisMotorController.cpp # Curtis 控制器实现
├── examples/
│ ├── curtis_demo.cpp # 键盘控制示例
│ └── curtis_path_tracking_demo.cpp # 路径跟踪示例
├── lib/
│ ├── ControlCAN.h # CAN 接口库头文件
│ └── ControlCAN.dll # CAN 接口库
└── docs/curtis/
└── CURTIS_INTEGRATION_GUIDE.md # 本文档
```
### 技能文档
```
.claude/skills/
├── can-protocol.md # USB-CAN 接口函数库参考
└── curtis-motor-protocol.md # Curtis 协议详细说明
```
---
## 编译和运行
### 1. 编译
```bash
cd build
cmake ..
make
```
**编译目标:**
- `curtis_demo` - 键盘控制演示
- `curtis_path_tracking_demo` - 路径跟踪演示
### 2. 运行示例
**键盘控制演示:**
```bash
./curtis_demo
```
**路径跟踪演示:**
```bash
./curtis_path_tracking_demo
```
### 3. 在您的项目中使用
**在 CMakeLists.txt 中添加:**
```cmake
add_executable(your_program your_main.cpp
src/can/CurtisMotorController.cpp
)
target_link_libraries(your_program
${CMAKE_SOURCE_DIR}/lib/ControlCAN.dll
)
```
**在代码中包含头文件:**
```cpp
#include "include/can/CurtisMotorController.h"
```
---
## API 参考
### 核心类CurtisMotorController
#### 构造函数
```cpp
CurtisMotorController(DWORD deviceType = VCI_USBCAN2,
DWORD deviceIndex = 0,
DWORD canChannel = 0);
```
**参数:**
- `deviceType`: CAN 设备类型(默认 VCI_USBCAN2 = 4
- `deviceIndex`: 设备索引(默认 0 = 第一个设备)
- `canChannel`: CAN 通道(默认 0 = CAN1
#### 连接管理
```cpp
bool Connect(); // 连接到 Curtis 控制器
void Disconnect(); // 断开连接
bool IsConnected() const; // 检查是否已连接
```
#### 命令发送
```cpp
bool SendCommand(const CurtisCommand& cmd); // 发送控制命令
bool SendStopCommand(); // 发送停止命令
void EmergencyStop(); // 紧急停车
```
**重要:** 必须以 ≤20ms 周期持续发送命令,否则控制器会超时保护。
#### 状态接收
```cpp
bool ReceiveStatus(); // 接收状态反馈
const CurtisStatus& GetStatus() const; // 获取当前状态
void PrintStatus() const; // 打印状态到控制台
```
#### 故障检测
```cpp
bool HasError() const; // 检查是否有故障
bool IsTimeout(uint32_t timeoutMs) const; // 检查通讯超时
std::string GetErrorString() const; // 获取故障描述
```
#### 工具函数(静态)
```cpp
static int16_t SpeedPercentToCAN(float percent); // 速度百分比 → CAN值
static float SpeedCANToPercent(int16_t canValue); // CAN值 → 速度百分比
static int16_t AngleDegreeToCAN(float degrees); // 角度 → CAN值
static float AngleCANToDegree(int16_t canValue); // CAN值 → 角度
```
### 数据结构
#### CurtisCommand控制命令
```cpp
struct CurtisCommand {
int16_t driveSpeed; // 行走速度 -4096~4095
int16_t liftSpeedLeft; // 左侧提升速度 -4096~4095
int16_t liftSpeedRight; // 右侧提升速度 -4096~4095
int16_t steerAngle; // 转向角度 -900~900
uint8_t controlBits0; // 控制位0
uint8_t controlBits1; // 控制位1自动设置AGV标识
};
```
#### CurtisStatus状态反馈
```cpp
struct CurtisStatus {
uint8_t driveError; // 行走故障代码
uint8_t steerError; // 转向故障代码
float currentAngle; // 当前转向角度(度)
int16_t motorSpeed; // 电机转速
uint8_t batteryLevel; // 电量 0-100%
bool isAutoMode; // 是否自动模式
bool isEmergencyStop; // 是否急停状态
uint32_t lastUpdateTime; // 最后更新时间戳
};
```
---
## 完整调用流程
### 流程图
```
┌─────────────────────────────────────────────┐
│ 1. 创建 CurtisMotorController 对象 │
└─────────────────┬───────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────────┐
│ 2. Connect() │
│ ├─ VCI_OpenDevice() 打开CAN设备 │
│ ├─ VCI_InitCAN() 初始化(125kbps) │
│ ├─ VCI_StartCAN() 启动CAN通道 │
│ └─ VCI_ClearBuffer() 清空缓冲区 │
└─────────────────┬───────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────────┐
│ 3. 主循环≤15ms 周期) │
│ ┌──────────────────────────────────────┐ │
│ │ ① ReceiveStatus() │ │
│ │ └─ 接收并解析 0x260 状态帧 │ │
│ │ │ │
│ │ ② 检查故障和急停 │ │
│ │ ├─ HasError() │ │
│ │ ├─ IsTimeout() │ │
│ │ └─ 如有异常,执行 EmergencyStop() │ │
│ │ │ │
│ │ ③ 设置控制命令 │ │
│ │ ├─ SpeedPercentToCAN() │ │
│ │ └─ AngleDegreeToCAN() │ │
│ │ │ │
│ │ ④ SendCommand() │ │
│ │ ├─ 发送 0x1E5 行走/提升命令 │ │
│ │ └─ 发送 0x2E5 转向命令 │ │
│ │ │ │
│ │ ⑤ Sleep(15) │ │
│ └──────────────────────────────────────┘ │
└─────────────────┬───────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────────┐
│ 4. Disconnect() │
│ ├─ SendStopCommand() 发送停止命令 │
│ └─ VCI_CloseDevice() 关闭设备 │
└─────────────────────────────────────────────┘
```
### 详细步骤说明
#### 步骤1创建对象
```cpp
// 使用默认参数(设备类型=VCI_USBCAN2, 索引=0, 通道=0
CurtisMotorController curtis;
// 或指定参数
CurtisMotorController curtis(VCI_USBCAN2, 0, 0);
```
#### 步骤2连接
```cpp
if (!curtis.Connect()) {
std::cerr << "连接失败!" << std::endl;
return -1;
}
```
**内部执行:**
1. `VCI_OpenDevice()` - 打开 USB-CAN 设备
2. `VCI_InitCAN()` - 配置 125kbps 波特率
3. `VCI_StartCAN()` - 启动 CAN 通道
4. `VCI_ClearBuffer()` - 清空接收缓冲区
#### 步骤3主循环
```cpp
CurtisCommand cmd;
DWORD lastTime = GetTickCount();
while (running) {
// 3.1 接收状态
curtis.ReceiveStatus();
const CurtisStatus& status = curtis.GetStatus();
// 3.2 检查故障
if (curtis.HasError()) {
std::cout << curtis.GetErrorString() << std::endl;
}
// 3.3 检查急停
if (status.isEmergencyStop) {
cmd.driveSpeed = 0;
cmd.steerAngle = 0;
}
// 3.4 设置命令
cmd.driveSpeed = CurtisMotorController::SpeedPercentToCAN(30.0f);
cmd.steerAngle = CurtisMotorController::AngleDegreeToCAN(15.0f);
// 3.5 发送命令15ms周期
if (GetTickCount() - lastTime >= 15) {
curtis.SendCommand(cmd);
lastTime = GetTickCount();
}
Sleep(5);
}
```
**关键点:**
- **命令周期:** 必须 ≤20ms推荐 10-15ms
- **状态接收:** 每次循环都调用 `ReceiveStatus()`
- **故障检测:** 实时检查故障和急停状态
- **数值转换:** 使用工具函数进行单位转换
#### 步骤4断开连接
```cpp
curtis.Disconnect();
```
**内部执行:**
1. 发送停止命令(所有速度归零)
2. 等待 50ms 确保命令发送
3. 调用 `VCI_CloseDevice()` 关闭设备
---
## 示例程序说明
### 示例1键盘控制curtis_demo.cpp
**功能:**
- 键盘控制 AGV 运动
- 实时状态监控
- 故障和急停检测
**控制键:**
- `W/S` - 前进/后退30%
- `A/D` - 左转/右转30度
- `Q/E` - 提升/下降50%
- `H` - 鸣喇叭
- `T` - 切换龟速模式
- `空格` - 全部停止
- `P` - 打印状态
- `ESC` - 退出
**运行:**
```bash
cd build
./curtis_demo
```
**核心代码:**
```cpp
// 主循环
while (running) {
curtis.ReceiveStatus(); // 接收状态
if (_kbhit()) {
char ch = _getch();
switch (ch) {
case 'w':
cmd.driveSpeed = SpeedPercentToCAN(30.0f);
break;
// ... 其他键处理
}
}
if (GetTickCount() - lastSendTime >= 15) {
curtis.SendCommand(cmd); // 15ms周期
lastSendTime = GetTickCount();
}
Sleep(5);
}
```
### 示例2路径跟踪curtis_path_tracking_demo.cpp
**功能:**
- 矩形路径跟踪
- 圆形路径跟踪
- 实时位置控制
- 故障自动中止
**运行:**
```bash
cd build
./curtis_path_tracking_demo
```
**核心代码:**
```cpp
for (size_t i = 0; i < path.size(); i++) {
double targetX = path[i].x;
double targetY = path[i].y;
while (true) {
curtis.ReceiveStatus();
// 计算距离和方向
double dx = targetX - currentX;
double dy = targetY - currentY;
double distance = sqrt(dx*dx + dy*dy);
if (distance < 0.1) break; // 到达
// 计算转向角度和速度
double targetAngle = atan2(dy, dx);
cmd.steerAngle = AngleDegreeToCAN(angleError);
cmd.driveSpeed = SpeedPercentToCAN(30.0f);
curtis.SendCommand(cmd);
Sleep(15);
}
}
```
---
## 故障排查
### 常见问题
#### 1. 连接失败
**症状:** `Connect()` 返回 false
**解决方案:**
- 检查 USB-CAN 设备是否连接
- 检查驱动是否正确安装
- 确认 `ControlCAN.dll` 在正确位置
- 检查设备索引是否正确(通常为 0
**诊断命令:**
```cpp
VCI_BOARD_INFO info;
if (VCI_ReadBoardInfo(VCI_USBCAN2, 0, &info) == 1) {
cout << "设备序列号: " << info.str_Serial_Num << endl;
}
```
#### 2. 控制器无响应
**症状:** 发送命令后车辆不动
**检查清单:**
- [ ] AGV 标识位是否设置Byte1 Bit0 = 1
- [ ] 命令发送频率是否 ≤20ms
- [ ] 手动模式下 J9/SW_3 是否闭合
- [ ] 自动模式下 J24/SW_1 是否为 ON
- [ ] 波特率是否为 125kbps
**诊断代码:**
```cpp
const CurtisCommand& lastCmd = curtis.GetLastCommand();
cout << "最后命令: " << endl;
cout << " driveSpeed = " << lastCmd.driveSpeed << endl;
cout << " steerAngle = " << lastCmd.steerAngle << endl;
cout << " controlBits1 = 0x" << hex << (int)lastCmd.controlBits1 << endl;
```
#### 3. 频繁超时
**症状:** `IsTimeout()` 频繁返回 true
**原因:**
- 命令发送周期 > 20ms
- CAN 总线连接不稳定
- 控制器参数设置不正确
**解决方案:**
```cpp
// 检查发送周期
DWORD lastTime = GetTickCount();
curtis.SendCommand(cmd);
DWORD elapsed = GetTickCount() - lastTime;
cout << "发送耗时: " << elapsed << "ms" << endl; // 应 < 20ms
```
#### 4. 转向不准确
**症状:** 转向角度与预期不符
**解决方案:**
- 确认 1220C 参数配置:
```
can steer left stop to centre = -900
can steer right stop to centre = 900
```
- 检查角度转换:
```cpp
float degrees = 30.0f;
int16_t canValue = CurtisMotorController::AngleDegreeToCAN(degrees);
cout << "30° → CAN值 = " << canValue << endl; // 应为 300
```
#### 5. 收到故障代码
**症状:** `HasError()` 返回 true
**诊断:**
```cpp
const CurtisStatus& status = curtis.GetStatus();
cout << "行走故障: 0x" << hex << (int)status.driveError << endl;
cout << "转向故障: 0x" << hex << (int)status.steerError << endl;
cout << curtis.GetErrorString() << endl;
```
**处理:**
- 查阅 Curtis 故障代码手册
- 检查电机连接和电源
- 检查控制器参数配置
---
## 最佳实践
### 1. 命令发送频率
**推荐做法:**
```cpp
const int SEND_PERIOD_MS = 15; // 15ms周期
DWORD lastSendTime = GetTickCount();
while (running) {
if (GetTickCount() - lastSendTime >= SEND_PERIOD_MS) {
curtis.SendCommand(cmd);
lastSendTime = GetTickCount();
}
Sleep(5);
}
```
**避免:**
- ❌ 周期 > 20ms会超时
- ❌ 不规律的发送间隔
- ❌ 只发送一次就停止
### 2. 故障处理
**推荐做法:**
```cpp
curtis.ReceiveStatus();
const CurtisStatus& status = curtis.GetStatus();
// 实时检查故障
if (curtis.HasError()) {
cout << "[故障] " << curtis.GetErrorString() << endl;
curtis.EmergencyStop();
// 记录日志
logError(status.driveError, status.steerError);
// 通知上层
notifyError();
}
// 检查急停
if (status.isEmergencyStop) {
cout << "[急停] 停止所有运动" << endl;
cmd.driveSpeed = 0;
cmd.steerAngle = 0;
curtis.SendCommand(cmd);
}
```
### 3. 数值范围检查
**推荐做法:**
```cpp
// 使用工具函数自动限制范围
float speedPercent = 120.0f; // 超出范围
int16_t canSpeed = CurtisMotorController::SpeedPercentToCAN(speedPercent);
// 自动限制到 100% → 4095
// 或手动检查
cmd.driveSpeed = canSpeed;
if (cmd.driveSpeed > CURTIS_DRIVE_SPEED_MAX) {
cmd.driveSpeed = CURTIS_DRIVE_SPEED_MAX;
}
```
### 4. 状态回调
**推荐做法:**
```cpp
curtis.SetStatusCallback([](const CurtisStatus& status) {
// 状态更新时自动调用
if (status.batteryLevel < 20) {
cout << "[警告] 电量低: " << (int)status.batteryLevel << "%" << endl;
}
});
```
### 5. 安全断开
**推荐做法:**
```cpp
// 程序退出前
cout << "正在安全停止..." << endl;
curtis.SendStopCommand();
Sleep(100); // 等待停止生效
curtis.Disconnect();
```
### 6. 异常处理
**推荐做法:**
```cpp
try {
CurtisMotorController curtis;
if (!curtis.Connect()) {
throw runtime_error("连接失败");
}
// 主循环...
} catch (const exception& e) {
cerr << "异常: " << e.what() << endl;
curtis.Disconnect();
return -1;
}
```
### 7. 日志记录
**推荐做法:**
```cpp
void logStatus(const CurtisStatus& status) {
ofstream log("curtis_log.txt", ios::app);
log << GetTickCount() << ","
<< (int)status.driveError << ","
<< (int)status.steerError << ","
<< status.currentAngle << ","
<< status.motorSpeed << ","
<< (int)status.batteryLevel << endl;
}
// 定期调用
if (GetTickCount() - lastLogTime >= 1000) {
logStatus(curtis.GetStatus());
lastLogTime = GetTickCount();
}
```
---
## 附录
### A. CAN ID 映射表
| CAN ID | 方向 | 描述 | 数据内容 |
|--------|------|------|----------|
| 0x1E5 | AGV → Curtis | 控制命令 | 行走速度、提升速度、控制位 |
| 0x2E5 | AGV → Curtis | 转向命令 | 转向角度 |
| 0x260 | Curtis → AGV | 状态反馈 | 故障、角度、转速、电量、状态 |
| 0x360 | Curtis → AGV | 保留 | 保留字段 |
### B. 控制位定义
**控制位0Byte0**
| Bit | 功能 | 0 | 1 |
|-----|------|---|---|
| 0 | 调速开关 | 有效 | 无效 |
| 1 | 紧急反向 | 无效 | 有效 |
| 2 | 龟速模式 | 无效 | 有效 |
| 3 | 喇叭 | 无效 | 有效 |
| 4 | 左提升 | 无效 | 有效 |
| 5 | 左下降 | 无效 | 有效 |
| 6 | 右提升 | 无效 | 有效 |
| 7 | 右下降 | 无效 | 有效 |
**控制位1Byte1 - AGV专用**
| Bit | 功能 | 0 | 1 |
|-----|------|---|---|
| 0 | AGV标识 | 无效 | 连接(必须) |
| 1 | 紧急停车 | 无效 | 急停 |
| 2 | 找中完成 | - | 完成 |
| 3-7 | 保留 | - | - |
### C. 数据范围表
| 参数 | 最小值 | 最大值 | 单位 | 说明 |
|------|--------|--------|------|------|
| 行走速度 | -4096 | 4095 | - | 负值=后退 |
| 提升速度 | -4096 | 4095 | - | 负值=下降 |
| 转向角度(命令) | -900 | 900 | 0.1° | -900=-90° |
| 转向角度(反馈) | -16383 | 16383 | 0.1° | -16383=-90° |
| 电量 | 0 | 100 | % | 百分比 |
### D. 相关文档
- **can-protocol.md** - USB-CAN 接口函数库参考
- **curtis-motor-protocol.md** - Curtis 协议详细说明
- **CAN_Protocol.pdf** - CAN 通讯协议基础
- **柯蒂斯通信协议.pdf** - 原始协议文档
---
## 技术支持
如有问题,请参考:
1. `.claude/skills/curtis-motor-protocol.md` - 完整协议说明
2. `.claude/skills/can-protocol.md` - CAN 接口库文档
3. 示例程序源码
**厂商技术支持:** 上海诺力智能科技有限公司
---
**文档版本:** 1.0
**最后更新:** 2024-11-15
**作者:** AGV 路径跟踪项目组