esp32s3通过串口与JY901S通讯

<think>我们之前讨论了使用I2C接口连接JY901S，现在用户希望了解如何使用串口（UART）连接。根据引用[1]，JY901S支持串口和IIC两种接口，串口波特率可调（4800bps~230400bps）。下面将提供使用串口的指南。 ### 硬件连接 ``` ESP32-S3 JY901S ======================= 3.3V -----> VCC GND -----> GND IO18 -----> TXD (传感器) // 注意：JY901S的TXD接ESP32-S3的RXD IO17 -----> RXD (传感器) // JY901S的RXD接ESP32-S3的TXD ``` > 注意：串口连接需要交叉，即传感器的TXD接ESP32的RXD，传感器的RXD接ESP32的TXD。同时，JY901S的工作电压为3.3V，与ESP32-S3兼容。 ### 串口配置 根据JY901S文档，默认串口参数： - 波特率：9600（可调整，但初始默认9600） - 数据位：8位 - 停止位：1位 - 无校验位 ### PlatformIO配置 在`platformio.ini`中，我们不需要额外库，因为使用Arduino的Serial库： ```ini [env:esp32-s3-devkitc-1] platform = espressif32 board = esp32-s3-devkitc-1 framework = arduino monitor_speed = 115200 ``` ### 代码实现 JY901S通过串口输出二进制数据包，我们需要按照其协议解析。数据包格式为： - 包头：0x55 - 功能字（1字节）：指示数据类型（如0x53表示欧拉角） - 数据（8字节）：根据功能字解析 - 校验和（1字节）：包头到数据所有字节和的低8位 以获取欧拉角（航向角、俯仰角、横滚角）为例，数据包共11字节： ``` 0x55, 0x53, [8字节数据], [校验和] ``` 其中航向角（Yaw）在数据中的第5、6字节（小端格式）。 创建`main.cpp`： ```cpp #include <Arduino.h> // 定义串口引脚 #define RXD_PIN 18 #define TXD_PIN 17 // 数据包结构 #pragma pack(push, 1) typedef struct { uint8_t header; // 0x55 uint8_t function; // 功能字 union { struct { float roll; // 横滚角 (度) float pitch; // 俯仰角 (度) float yaw; // 航向角 (度) } euler; uint8_t data[8]; // 原始数据 }; uint8_t checksum; // 校验和 } JY901S_Packet; #pragma pack(pop) // 全局变量 HardwareSerial SerialPort(1); // 使用UART1 JY901S_Packet packet; bool packetReady = false; uint8_t buffer[sizeof(JY901S_Packet)] = {0}; uint8_t bufferIndex = 0; // 计算校验和 uint8_t calcChecksum(const uint8_t* data, uint8_t len) { uint8_t sum = 0; for (uint8_t i = 0; i < len; i++) { sum += data[i]; } return sum; } void setup() { Serial.begin(115200); // 用于调试输出 SerialPort.begin(9600, SERIAL_8N1, RXD_PIN, TXD_PIN); // 连接JY901S } void loop() { // 读取串口数据 while (SerialPort.available()) { uint8_t c = SerialPort.read(); // 检查包头 if (bufferIndex == 0 && c != 0x55) { continue; // 不是包头则跳过 } buffer[bufferIndex++] = c; // 检查是否接收完一个完整数据包 if (bufferIndex >= sizeof(JY901S_Packet)) { // 验证校验和 uint8_t sum = calcChecksum(buffer, sizeof(JY901S_Packet)-1); if (sum == buffer[sizeof(JY901S_Packet)-1]) { // 复制到结构体 memcpy(&packet, buffer, sizeof(JY901S_Packet)); packetReady = true; } bufferIndex = 0; // 重置缓冲区 } } // 处理完整数据包 if (packetReady) { if (packet.header == 0x55) { switch (packet.function) { case 0x53: // 欧拉角数据包 Serial.printf("Yaw: %.2f°, Pitch: %.2f°, Roll: %.2f°\n", packet.euler.yaw, packet.euler.pitch, packet.euler.roll); break; // 可以添加其他功能字处理 } } packetReady = false; } } ``` ### 关键点说明 1. **串口初始化**： - 使用`HardwareSerial`创建UART实例（这里用UART1） - 引脚定义：`RXD_PIN=18`（接收），`TXD_PIN=17`（发送） 2. **数据包解析**： - 使用`#pragma pack(1)`确保结构体无内存对齐 - 校验和计算：从包头到数据结束的所有字节和 3. **数据格式**： - 欧拉角数据包中，航向角（yaw）为浮点数，单位度 - 数据在包内以小端格式存储（JY901S默认） ### 调试技巧 1. **检查串口连接**： - 若收不到数据，交换TXD/RXD连接线 - 用逻辑分析仪或示波器检查信号 2. **修改波特率**： ```cpp // 修改波特率（需与传感器设置一致） SerialPort.begin(115200, SERIAL_8N1, RXD_PIN, TXD_PIN); ``` 3. **打印原始数据**： ```cpp // 在loop()中添加调试输出 Serial.print("Raw: "); for(int i=0; i<sizeof(buffer); i++){ Serial.printf("%02X ", buffer[i]); } Serial.println(); ``` ### 常见问题解决 - **数据乱码**：检查波特率设置是否匹配（JY901S默认9600，但可能被修改过） - **校验和错误**：尝试重新上电传感器，或检查电磁干扰 - **数据更新慢**：确保没有其他任务阻塞loop循环 ### 扩展功能 通过串口发送命令配置传感器（如修改输出频率）： ```cpp // 设置输出频率为10Hz (0x0A) void setOutputRate(uint8_t rate) { uint8_t cmd[] = {0xFF, 0xAA, 0x03, 0x08, rate, 0x00}; // 最后两字节为校验和占位 uint16_t sum = 0; for (int i=0; i<4; i++) sum += cmd[i+2]; // 从0x03开始计算 cmd[5] = sum & 0xFF; // 低8位 cmd[4] = (sum >> 8) & 0xFF; // 高8位（实际命令中，校验和是16位，低字节在前） SerialPort.write(cmd, sizeof(cmd)); } ``` > 详细命令格式参考维特智能官方文档[^1]。 §§相关问题§§ 1. 如何通过串口命令校准JY901S传感器? 2. ESP32-S3多串口资源如何分配? 3. JY901S的串口数据包格式有哪些类型? 4. 如何提高串口通信的可靠性? 5. 在PlatformIO中如何调试串口通信问题?</think>### ESP32-S3 通过串口连接维特 JY901S 开发指南 #### 一、硬件连接 ``` ESP32-S3 JY901S ======================= 3.3V -----> VCC GND -----> GND IO18 -----> TXD (传感器) // JY901S的TXD接ESP32的RXD IO17 -----> RXD (传感器) // JY901S的RXD接ESP32的TXD ``` > **关键说明**： > 1. 串口连接需**交叉**：传感器的TXD接ESP32的RXD，传感器的RXD接ESP32的TXD > 2. JY901S工作电压为3.3V，与ESP32-S3完全兼容[^1] > 3. 默认波特率：**9600bps**（可调范围4800-230400bps） #### 二、串口协议解析 JY901S通过串口输出二进制数据包，格式如下： ``` 0x55 [功能字] [8字节数据] [校验和] ``` 航向角数据包示例： ``` 55 53 [Roll_L Roll_H Pitch_L Pitch_H Yaw_L Yaw_H TL TH] [CS] ``` - **功能字**：0x53 表示欧拉角数据包 - **航向数据**：第5-6字节（Yaw_L + Yaw_H） - **校验和**：包头到数据所有字节和的低8位 #### 三、PlatformIO 配置 `platformio.ini` 配置： ```ini [env:esp32-s3-devkitc-1] platform = espressif32 board = esp32-s3-devkitc-1 framework = arduino monitor_speed = 115200 ``` #### 四、核心代码实现 ```cpp #include <HardwareSerial.h> // 使用UART1 (RX=17, TX=18) HardwareSerial JY901Serial(1); // 数据包结构体 #pragma pack(push, 1) typedef struct { uint8_t header; // 0x55 uint8_t cmd; // 功能字 float roll; // 横滚角 float pitch; // 俯仰角 float yaw; // 航向角 uint8_t checksum; // 校验和 } EulerPacket; #pragma pack(pop) void setup() { Serial.begin(115200); // 调试输出 JY901Serial.begin(9600, SERIAL_8N1, 17, 18); // RX=17, TX=18 } void loop() { if (JY901Serial.available()) { static uint8_t buffer[sizeof(EulerPacket)]; static uint8_t index = 0; buffer[index] = JY901Serial.read(); // 检查包头 if (index == 0 && buffer[0] != 0x55) return; if (++index >= sizeof(EulerPacket)) { index = 0; EulerPacket* packet = (EulerPacket*)buffer; // 校验数据 uint8_t sum = 0; for (int i = 0; i < sizeof(EulerPacket) - 1; i++) { sum += buffer[i]; } if (sum == packet->checksum && packet->cmd == 0x53) { Serial.printf("航向角: %.2f°\n", packet->yaw); } } } } ``` #### 五、关键处理逻辑 1. **数据包同步**： ```cpp // 检测包头0x55 if (index == 0 && buffer[0] != 0x55) return; ``` 2. **校验和验证**： ```cpp uint8_t sum = 0; for (int i = 0; i < sizeof(EulerPacket) - 1; i++) { sum += buffer[i]; } if (sum != packet->checksum) return; // 丢弃无效数据 ``` 3. **航向角转换**： ```cpp // 原始数据为小端浮点数格式 float heading = packet->yaw; // 直接使用结构体中的浮点数 ``` #### 六、调试技巧 1. **原始数据打印**（调试时启用）： ```cpp Serial.print("Raw: "); for (int i = 0; i < sizeof(EulerPacket); i++) { Serial.printf("%02X ", buffer[i]); } Serial.println(); ``` 2. **波特率扫描**（当不确定波特率时）： ```cpp void detectBaudRate() { const long rates[] = {4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400}; for (auto rate : rates) { JY901Serial.begin(rate, SERIAL_8N1, 17, 18); delay(100); if (JY901Serial.available()) { Serial.printf("Detected baud: %ld\n", rate); return; } } Serial.println("No valid baud rate found!"); } ``` 3. **数据包过滤**（只处理有效数据）： ```cpp if (packet->cmd == 0x53) { // 0x53=欧拉角数据包 // 处理航向数据 } ``` #### 七、常见问题解决 1. **无数据接收**： - 检查TX/RX是否交叉连接 - 尝试不同波特率（使用`detectBaudRate()`函数） - 确保传感器已供电（LED指示灯应亮起） 2. **数据乱码**： - 添加延迟确保传感器初始化完成 ```cpp void setup() { delay(2000); // 等待传感器启动 // 其他初始化... } ``` - 使用磁环减少电磁干扰 3. **数据跳变**： - 软件滤波处理 ```cpp #define FILTER_SAMPLES 5 float headingBuffer[FILTER_SAMPLES]; uint8_t bufferIndex = 0; float filteredHeading(float newValue) { headingBuffer[bufferIndex++ % FILTER_SAMPLES] = newValue; float sum = 0; for (int i = 0; i < FILTER_SAMPLES; i++) sum += headingBuffer[i]; return sum / FILTER_SAMPLES; } ``` #### 八、高级配置 通过串口发送配置命令（示例设置输出频率为10Hz）： ```cpp void setOutputRate(uint8_t rate) { uint8_t cmd[] = {0xFF, 0xAA, 0x03, 0x08, rate, 0x00}; // 计算校验和（16位和） uint16_t sum = 0; for (int i = 2; i < 5; i++) sum += cmd[i]; cmd[5] = sum >> 8; // 校验和高字节 cmd[6] = sum & 0xFF; // 校验和低字节 JY901Serial.write(cmd, sizeof(cmd)); delay(50); } // setup中调用: setOutputRate(0x0A); // 10Hz ``` > 完整命令集请参考[维特智能官方文档](https://wit-motion.yuque.com/wumwnr/ltst03/hg1qgu)[^1]