前言

時(shí)間同步是組合導(dǎo)航里不得不解決的問(wèn)題，為什么要做時(shí)間同步，用我自己的理解來(lái)說(shuō)就是：不做時(shí)間同步，那就是用從前的A傳感器信息來(lái)校正當(dāng)前的B傳感器信息，兩者都不是描述的同一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的物體，融合出來(lái)的結(jié)果能對(duì)才是見(jiàn)了鬼了。
（ps:以工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，其實(shí)不少人做法是：以gps10hz,imu100hz,低速車(chē)載環(huán)境為例，在程序端取一個(gè)gps數(shù)據(jù)再取10個(gè)imu數(shù)據(jù),這樣其實(shí)也可以粗糙的使用）
具體原理可以查看新手入門(mén)系列4——MEMS IMU原始數(shù)據(jù)采集和時(shí)間同步的那些坑，本文中只做具體的工程應(yīng)用，就是為了讓讀者能夠快速手搓板子實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，然后把精力放在組合導(dǎo)航算法研究上。

硬件平臺(tái)

STM32F407ZGT6+um982(gps設(shè)備）+mti300（imu設(shè)備）+stlink(下載器）
GPS設(shè)備需要能夠輸出PPS脈沖觸發(fā)，1s一次；IMU需要設(shè)置成觸發(fā)模式

軟件平臺(tái)

win10+STM32cubeIDE+micro-lab（串口調(diào)試助手，這玩意挺好用的）

最終效果

原理

時(shí)間同步準(zhǔn)確的說(shuō)是同步采樣。在GPS和imu中就是用GPS時(shí)間來(lái)uimu數(shù)據(jù)打上時(shí)間戳，但由于數(shù)據(jù)從串口來(lái)是需要耗時(shí)，且解算也需要耗時(shí)，以我使用的這款gps設(shè)備為例子：配置好后串口輸出為：

$KSXT,20190909084745.00,116.23662400,40.07897925,68.3830,299.22,67.03,190.28,0.022,,1,3,46,28,,,,-0.004,-0.021,-0.020,,*27

其中"20190909084745.00"為utc時(shí)間（yyyymmddhhmmss.ss），但GPS頻率為10hz,imu為高頻（以100hz為例），只用utc時(shí)間的話(huà)是沒(méi)法給imu打上時(shí)間戳的，且utc小數(shù)位后時(shí)間還要考慮各種延遲，并不準(zhǔn)確。最好的方法就是利用utc的整數(shù)秒，和stm32定時(shí)器來(lái)維持一個(gè)小數(shù)秒。拼接成一個(gè)完整得時(shí)間戳來(lái)給imu打上。
這里要有個(gè)概念，對(duì)于PPS的，其得益于衛(wèi)星的授時(shí)功能，精度很高，至于為啥這么高，俺不懂，就是誤差在納秒級(jí)，以它為基準(zhǔn)就很準(zhǔn)就成了。那我們寫(xiě)代碼的思路就來(lái)了：
1.PPS第一次來(lái)，因?yàn)槠淇煊诖趥鬏攣?lái)的UTC時(shí)間，那PPS第一次來(lái)后，記錄下稍晚來(lái)的utc時(shí)間整數(shù)秒作為IMU時(shí)間戳的整數(shù)秒（這可以從下面博客中上電瞬間串口5來(lái)的數(shù)據(jù)來(lái)看，明顯先PPS來(lái)了啟動(dòng)了定時(shí)器，然后后續(xù)含有UTC時(shí)間的GPS數(shù)據(jù)才來(lái)，整數(shù)秒有數(shù)據(jù)是因?yàn)榫彺鎱^(qū)存有以前的整數(shù)秒數(shù)據(jù)，會(huì)在第一次來(lái)UTC時(shí)間后被更新成最新的）

2.第一次PPS來(lái)的時(shí)候開(kāi)啟晶振定時(shí)器，讓晶振計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，并翻轉(zhuǎn)觸發(fā)口的電平，形成一個(gè)20ms一次的上升沿脈沖。
這里的定時(shí)時(shí)間設(shè)置為0.01s.怎么設(shè)置涉及到STM32定時(shí)器，后續(xù)會(huì)介紹到，參照這個(gè)鏈接里的公式

為了后續(xù)擴(kuò)展u盤(pán)存儲(chǔ)功能，我這里主頻設(shè)置為48Mhz，即我想設(shè)置定時(shí)器為0.01s。則在stm32cubeide中我的定時(shí)器兩個(gè)參數(shù)分別為47999和9

3、除了第一次PPS脈沖來(lái)，那后面每次PPS來(lái)都表示距離第一次運(yùn)行了一整秒了，則$$T_{\text{整數(shù)}}+1\text{秒}$$

注意：這里有個(gè)需要注意的邏輯是：PPS信號(hào)可能會(huì)丟失，那下一次PPS來(lái)則就不能單純+1s,需要檢測(cè)最后一次整數(shù)秒+1與當(dāng)前獲取到的串口utc時(shí)間差距是否在1s內(nèi)，如果在1s內(nèi)，說(shuō)明PPS中途沒(méi)有丟失，不是，則$$T_{\text{整數(shù)}}=ut{c}_{\text{時(shí)間當(dāng)前整數(shù)秒}}$$

4.從第二次開(kāi)始，PPS來(lái)一次需要重置一次定時(shí)器，小數(shù)秒ss001重置為0，防止長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行晶振定時(shí)器誤差累積，用PPS來(lái)校正
5.
$$t_{imu\text{時(shí)間戳}}=T_{\text{整數(shù)秒}}+ss001?0.01$$
6.最后都是通過(guò)串口5發(fā)射出去，為了防止同時(shí)來(lái)GPS數(shù)據(jù)和IMU數(shù)據(jù)時(shí)候串口被一個(gè)占用，另一個(gè)無(wú)法發(fā)射出去，使用了串口DMA的環(huán)形緩存區(qū)設(shè)計(jì)。注意TX RX都設(shè)置成normal模式，這里我翻了跟頭，設(shè)置成circle，導(dǎo)致數(shù)據(jù)循環(huán)發(fā)送，一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)幾遍
7.最后IMU觸發(fā)口波形

8.還有很多改進(jìn)空間，比如增加U盤(pán)存儲(chǔ)功能，比如弄成多線(xiàn)程，比如我這里還出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，比如是10hz的GPS，50hz的IMU,那時(shí)間戳在運(yùn)行過(guò)程中，雖然可以準(zhǔn)確保證一個(gè)GPS和5個(gè)imu數(shù)據(jù)一段一段的來(lái)，但時(shí)間戳上我不知道為啥會(huì)出現(xiàn)諸如這樣子的情況，會(huì)突變，

這也是我把這套系統(tǒng)開(kāi)源的原因，難度不是很大，我很久沒(méi)碰過(guò)單片機(jī)，然后stm32cubeide也是現(xiàn)學(xué)的，不少東西沒(méi)考慮周全，但用來(lái)同步采樣數(shù)據(jù)是沒(méi)啥大的問(wèn)題，也希望佬們能分享改進(jìn)后的源碼，不甚感激，能因?yàn)槲疫@篇博客解決你組合導(dǎo)航上一點(diǎn)點(diǎn)小問(wèn)題，甚是榮幸。

一步步手把手的復(fù)現(xiàn)我的板子和采集系統(tǒng)

下載好stm32cubeide 1.30.0(沒(méi)測(cè)試過(guò)其他版本，這里提供一個(gè)1.30.0版本的百度云鏈接）
確保沒(méi)有中文路徑安裝也沒(méi)有中文的項(xiàng)目名字
1.新建項(xiàng)目

2.選擇自己芯片，我用的是一塊140多元的stm32f407zgt6,淘寶鏈接

3.next后給定英文項(xiàng)目名

4.

5.按序號(hào)來(lái)

6.按照序號(hào)來(lái)，打開(kāi)后這樣

6.要一份自己所用單片機(jī)的電路原理圖，這個(gè)小系統(tǒng)用到的各個(gè)口子和序號(hào)如下：

當(dāng)然還有為了檢測(cè)用的GPIO口和蜂鳴器，這部分比較簡(jiǎn)單，具體可以看我放出的代碼

具體引腳、時(shí)鐘樹(shù)、代碼生成配置

這部分主要說(shuō)明怎么用剛建立好的新項(xiàng)目里配置新文件。要是用我得同款板子直接使用我的項(xiàng)目就成，這里寫(xiě)一下是為了讓讀者能夠適配自己的板子，能夠盡快的部署自己的時(shí)間同步系統(tǒng)。
1.基礎(chǔ)配置——先不管要干啥，按照我的圖配置，后面再解釋配置了啥子，畢竟我們的目標(biāo)是盡快實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步然后精力放在其他地方
a）仿真器選擇（這里我使用的stlink)

b)

c)gpio口設(shè)置
這里分兩種，一種是led0-2和BEED直接gpio_output和Imutriger,另一種是用來(lái)接收PPS的中斷，具體來(lái)說(shuō)就是


上述幾個(gè)都是GPIO_Output類(lèi)型，具體名字是使用了右擊修改的。
然后PPS信號(hào)由于是要由GPS引入，這里的gpio使用中斷，注意開(kāi)中斷

d)串口設(shè)置
這里使用了3個(gè)串口——串口1和2用來(lái)接收gps和imu數(shù)據(jù)，串口5用來(lái)發(fā)送處理后數(shù)據(jù)

串口2和5同樣配置，注意一個(gè)點(diǎn)是這里DMA模式都選擇normal

e)配置時(shí)鐘樹(shù)和定時(shí)器——注意這里的48Mhz就成，其他的按照我的圖來(lái)，使用外部晶振


為了配置成0.01s一次計(jì)數(shù)，

至于為啥這么配置，可以看這個(gè)教程
注意配置

到這里基本配置完成。生成代碼即可


保存即可生成代碼

2.功能說(shuō)明（簡(jiǎn)述代碼大概邏輯）
2.1 上電檢測(cè)
這部分邏輯很簡(jiǎn)單，就是調(diào)用了蜂鳴器和3個(gè)led燈，原理圖如下：

上電后依次閃爍LED0-2，然后蜂鳴器響一聲代表檢測(cè)板子完成

  Check_LED();//板子依次亮起，閃爍，最后保持全亮
  Check_BEED();//蜂鳴器響一聲，代表計(jì)時(shí)器啟動(dòng)

2.2串口數(shù)據(jù)獲取
正常獲取數(shù)據(jù)即可
2.3數(shù)據(jù)拼接
這里使用了DMA環(huán)形緩沖區(qū)，把gps來(lái)的數(shù)據(jù)和imu數(shù)據(jù)都放到緩沖區(qū)內(nèi)，防止gps和imu同時(shí)來(lái)數(shù)據(jù)只能發(fā)送其中一個(gè)
完整工程代碼我到了博客主頁(yè)資源里，自行下載就成，我都是設(shè)置的免費(fèi)開(kāi)源?？梢匀我庀螺d。

雜談

1.當(dāng)然，該板子在實(shí)測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)了跳秒現(xiàn)象，可惜我確實(shí)沒(méi)有時(shí)間弄了，很多雜事纏身，我給提供給了導(dǎo)師做本科畢設(shè)題目之一，有時(shí)候真的挺無(wú)力的。想快點(diǎn)工作了，攢點(diǎn)小錢(qián)錢(qián)。
2.不少博客下面我都留下了自己聯(lián)系方式，繼續(xù)留一下，qq3233456044，有關(guān)博客的任何東西細(xì)節(jié)都?xì)g迎一起交流。
3.還挺想繼續(xù)弄小車(chē)和組合導(dǎo)航的，如果看到我博客的老哥公司有hc,也可以加我我發(fā)你簡(jiǎn)歷??，做的東西其實(shí)看我博客都大概可知知道，一直在玩各種小車(chē)車(chē)和農(nóng)機(jī)。
大概成果是2ei論文+3專(zhuān)利+2軟著的樣子（在投在寫(xiě)的加起來(lái)），要是時(shí)間來(lái)的急還想繼續(xù)寫(xiě)篇sci投投，漲漲英文寫(xiě)作經(jīng)驗(yàn)。文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-823213.html

到了這里，關(guān)于論如何零基礎(chǔ)stm32手搓出來(lái)一個(gè)多傳感時(shí)間同步板（基于STM32F407ZGT6+um982+mti300）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！