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Protocolo de comunicação (AINDA EM CONSTRUÇÃO)

Definição geral do protocolo

O protocolo de comunicação definido para a comunicação entre robô e uma qualquer aplicação de controlo é baseado em dois tipos de mensagem: uma transmitida pelo robô para o controlador, outra transmitida pelo controlador para o robô.

Estas mensagens são na sua essência um fluxo de bytes, que têm que ser escritos de um lado e interpretados do outro em concordância. Foram definidos 3 bytes especias para que seja possível sincronizar os pacotes de dados:

  • 0x25 - Início de trama: o primeiro byte em qualquer mensagem, sinalizando o início de uma trama. É usado o valor 0x25 (carácter '%' na tabela ASCII)
  • 0x03 - Fim de trama: o último byte em qualquer mensagem, sinalizando o final de uma trama. É usado o valor 0x03 (carácter ETX na tabela ASCII)
  • 0x5C - Byte de escape: byte para retirar o significado especial ao seguinte, de forma a que o byte seguinte seja interpretado como dados. É usado o valor 0x5C (carácter '\' na tabela ASCII)
Assim, qualquer mensagem tem o formato:
0x25 ...(data bytes) Checksum 0x03

No entanto, qualquer valor do bloco de dados da mensagem pode ser igual a um dos bytes especiais. Nesse caso é necessário fazer o escape desse valor para que seja interpretado como dados. Nesse caso, é necessário adicionar o byte de escape antes do byte de dados. É necessário fazer o excape a qualquer byte de dados que tenha o mesmo valor que um especial, incluindo ao próprio byte de escape.

No cálculo do Checksum NÃO se incluem os valores dos bytes de escape.
O checksum é calculado pela soma de todos os bytes úteis a enviar, truncada a 1 byte e transformada em complemento para dois.

Mensages controlador -> robô

A definição base da mensagem do controlador para o robô é a seguinte:
0x25 Lmotor Rmotor beaconMotor Checksum 0x03

Assim, o tamanho padrão desta mensagem é 6 bytes. No pior caso, se todos os bytes de dados tiverem o valor de um byte especial, ficará com 10 bytes.
Quanto aos dados, seus domínos e significados:

  • Lmotor, Rmotor: valores no intervalo [-100, 100], indicando a percentagem de velocidade a aplicar à roda correspondente. O sinal define o sentido de rotação (para a frente ou para trás).
  • beaconMotor: comando para a posição do receptor do farol. O valor está no intervalo [-15, 15], onde -15 é aproximadamente 180º para a esquerda e 15 é aproximadamente 180º para a direita. Este valor terá que sofrer um shift à esquerda de uma posição, para que o bit menos significativo seja usado como flag de controlo:
    • 0 significa que não há envio de posição, o receptor fará automaticamente 1 varrimento a cada 4 segundos.
    • 1 significa que o robô deverá colocar o receptor no valor que está a ser enviado neste byte.

Exemplos

Consideremos o envio de uma ordem com valores para os motores de 50 e 80 e a posição 10 para o receptor do farol:
  • Neste caso, os valores do bytes para os motores serão 0x32 e 0x50 respectivamente.
  • Para o byte do receptor do farol, temos o valor 0x0A, que terá que sofrer um shift à esquerda para que o bit menos significativo seja colocado a 1, obtendo assim o byte final de 0x15.
  • O checksum terá um resultado de ~(0x32+0x50+0x15)+1 = 0x69.
    O pacote final terá a sequência de bytes: | 0x25 | 0x32 | 0x50 | 0x15 | 0x69 | 0x03 |
Consideremos um segundo exemplo, com valores para os motores de 37 e 92 e sem uma ordem explícita para a posição do receptor do farol:
  • Os valores para os motores serão 0x25 e 0x5C respectivamente.
  • O byte do receptor do farol, como não queresmo controlá-lo, será 0x00;
  • O checksum terá o resultado de ~(0x25+0x5C+0x00)+1 = 0x7F.
  • Neste exemplo temos dois valores que são caracteres especiais e portanto, na construção do pacote, é necessário colocar caracteres de escape antes desses valores
    O pacote final terá a sequência de bytes: | 0x25 | 0x5C | 0x25 | 0x5C | 0x5C | 0x00 | 0x7F | 0x03 |

Mensagens robô -> controlador

A definição base da mensagem do robô para o controlador é a seguinte:
0x25 Lsensor Csensor Rsensor Ground Beacon Bat xOdoHigh xOdoLow yOdoHigh yOdoLow thetaOdoHigh thetaOdoLow Checksum 0x03

O tamanho padrão desta mensagem é 15 bytes. No pior caso, terá 28 bytes.
Os dados, seus domínios e interpretação:

  • Lsensor, Csensor, Rsensor: valores sem sinal em toda a gama do byte [0; 255] que representam aproximadamente a tensão lida pelos sensores de distância frontais esquerdo, central e direito respectivamente. O valor de tensão é multiplicado por 100. Os valores enviados pelo robô são na verdade apenas os 8 bits mais significativos, dos 10 que os sensores utilizam. A aproximação da distância é feita de acordo com as características apresentadas no datasheet dos sensores (nome do modelo)
  • Ground: valores dos sensores de "detecção de chão"- Estes são, na plataforma actual, 5 sensores de reflexão, que têm o valor 0 quando estão sobre uma superfície reflectora (branco) e 1 quando estão sobre uma superfície não reflectora (preto). Os valores dos 5 sensores são os bits menos significativos deste byte, sendo o menos significativo o sensor da direita.
  • Beacon: De forma semelhante ao comando do receptor do farol, este valor está no mesmo intervalo de [-15; 15]. Como no comando, este valor sofreu um shift à esquerda e o bit menos significativo serve para sinalizar se o farol foi detectado nesta posição (1) ou não (0).
  • Bat: Este byte é um valor sem sinal que indica a tensão da bateria, uma vez mais multiplicado por 100.
Os 6 bytes seguintes indicam a posição do robô dada pela odometria. O sistema de coordenadas é centrado na posição inicial do robô, sendo o sentido positivo de XX a frente do robô e YY a esquerda do robô. Os valores de posição em XX e YY são valores inteiros (short) expressos em milimetros e portanto na gama [-32768; 32767]. A orientação é também um valor inteiro (short) na gama [-180; 180].
  • xOdoHigh, xOdoLow: os bytes mais e menos significativos, respectivamente, da posição do robô ao longo do eixo XX.
  • yOdoHigh, yOdoLow: os bytes mais e menos significativos, respectivamente, da posição do robô ao longo do eixo YY.
  • thetaOdoHigh, thetaOdoLow: os bytes mais e menos significativos, respectivamente, da orientação do robô.

Exemplos (brevemente)