VREP Regular API提供了串口操作的相关函数,可以对串口进行打开、关闭和读写:

  下面使用一款淘宝上常见的AHRS(Attitude and heading reference system,航姿参考系统)模块来驱动VREP中的虚拟模型,控制其姿态。VREP通过串口读取传感器实时发送的数据并进行解析。

  传感器通过串口发送2种数据:

  1. 解算后的姿态角和气压高度等数据
  2. 原始的传感器ADC数据(直接从传感器读取出来的测量值,没有经过解算处理)

  下面是VREP中以16进制显示的接收到的串口数据:

  根据约定的通信协议,上位机要对接收到的字符串进行解析。关键的一步是要将2个byte型(8位)变量转换为int16型(有符号整型变量,16位),因为角度、高度、温度等数据都可以有正负。

  计算机中的符号数有三种表示方法,即原码、反码和补码。三种表示方法均有符号位和数值位两部分,符号位都是用0表示“正”,用1表示“负”,而数值位,三种表示方法各不相同。

  以0x8000为例,若用无符号数表达其值为32768,若用有符号数表达其值为-32768。 因为0x8000最高位为1是负数,其代表的值为-(0x7FFF + 1) = -(0x8000) = - 32768(负数的补码求原码和负数的原码求补码的方法一样:除符号位外,每位求反,末位加一

  • 原码就是符号位加上真值的绝对值,即用第一位表示符号,其余位表示值。比如:

[+1] = 0000 0001

[-1] = 1000 0001

  • 正数的反码是其本身,负数的反码是在其原码的基础上,符号位不变,其余各个位取反:

[+1] = [00000001] = [00000001]

[-1] = [10000001] = [11111110]

  • 正数的补码就是其本身,负数的补码是在其原码的基础上,符号位不变,其余各位取反后+1. (即在反码的基础上+1):

[+1] = [00000001] = [00000001] = [00000001]

[-1] = [10000001] = [11111110] = [11111111]

  补码运算的规则如下。采用补码表示数,在计算机的加、减法运算中,不必判断数的正负,只要符号位参加运算就能自动得到正确的结果。

[ x + y ]  =  x  +  y

[ x - y ]补   =  x  +  [-y]

  将两个2个byte数据转换为int16型的函数如下:

function make_int16(b1, b2)
  assert ( <= b1 and b1 <= 0xff)
  assert ( <= b1 and b2 <= 0xff)
  local mask = ( << )
  local res = (b1 << ) | (b2 << )
  return (res ~ mask) - mask
end

  其中mask = (1000 0000 0000 0000)b,将其与res进行异或操作(res~mask)只改变符号位,正数符号位变为1,负数符号位变为0。然后再减去mask,得到res的有符号数。

  以0x81和0xC3为例:

  res = 0x81<<8 | 0xC3 = (1000 0001 1100 0011)b

  res~mask = (0000 0001 1100 0011)b

  ((res~mask) - mask)  =  (res~mask)+(-mask )补 = (0000 0001 1100 0011)b补 + (1000 0000 0000 0000)b补 = (1000 0001 1100 0011)b补 = -32317

  Lua 5.3开始可以使用“<<”、“~”、“|”等运算符进行移位、取反、或等按位操作,而VREP 3.4中使用的是Lua 5.1还不支持按位操作运算符,可以下载合适的bitwise operation lib,下面使用了LuaBit来完成移位等操作。

代码如下:

require 'bit'

make_int16 = function(bh ,bl)

  assert ( <= bh and bh <= 0xff)
assert ( <= bl and bl <= 0xff)
local mask = bit.blshift(, ) -- mask = 1 << 15
local res = bit.bor(bit.blshift(bh,), bl) -- res = (bh << 8) | bl
return bit.bxor(res, mask) - mask -- (res ~ mask) - mask end HelicopterHandle = simGetObjectHandle("Helicopter") --defining the serial port number
port = simGetScriptSimulationParameter(sim_handle_self,'serialPortNumber')
portNumber = "COM"..port
baudrate = -- Opens a serial port (RS-232) for communication
serial = simSerialOpen(portNumber, baudrate) while (simGetSimulationState()~=sim_simulation_advancing_abouttostop) do -- Reads how many bytes are waiting to be read on a serial port
--local number =simSerialCheck(serial) -- Reads from a previously opened serial port (RS-232).
local str = simSerialRead(serial, , true, '', ) visibleString = ''
if str ~= nil then
for i=,#str, do
visibleString = visibleString..string.format("%02X ", string.byte(str,i))
end
--simAddStatusbarMessage(visibleString) yaw = make_int16(string.byte(str,), string.byte(str,))
pitch = make_int16(string.byte(str,), string.byte(str,))
roll = make_int16(string.byte(str,), string.byte(str,)) simAddStatusbarMessage(string.format("Yaw:%.1f Pitch:%.1f Roll:%.1f", yaw*0.1,pitch*0.1,roll*0.1))
simSetObjectOrientation(HelicopterHandle, -, {math.pi/-pitch*0.1*math.pi/,-yaw*0.1*math.pi/,roll*0.1*math.pi/}) end end -- Closes a serial port (RS-232). Port is automatically closed at simulation stop
simSerialClose(serial)

参考:
Bitwise Operators

原码, 反码, 补码 详解

Online Binary-Decimal Converter

How can I convert a pair of bytes into a signed 16-bit integer using Lua?

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