[嵌入式]2022.1.24~1.30---8/9---机器人平台设计

一、概述

二、机器人平台设计之arduino基础

三、机器人平台设计之电机驱动

1.硬件_电机与电机驱动板

2.电机基本控制实现

/*
 * 电机转动控制
 * 1.定义接线中电机对应的引脚
 * 2.setup 中设置引脚为输出模式
 * 3.loop中控制电机转动
 * 
 */

int DIRA = 4;
int PWMA = 5;

void setup() {
  //两个引脚都设置为 OUTPUT
  pinMode(DIRA,OUTPUT);
  pinMode(PWMA,OUTPUT);
}

void loop() {
  //先正向转动3秒
  digitalWrite(DIRA,HIGH);
  analogWrite(PWMA,100);
  delay(3000);
  //停止3秒
  digitalWrite(DIRA,HIGH);
  analogWrite(PWMA,0);
  delay(3000);
  //再反向转动3秒
  digitalWrite(DIRA,LOW);
  analogWrite(PWMA,100);
  delay(3000);
  //停止3秒
  digitalWrite(DIRA,LOW);
  analogWrite(PWMA,0);
  delay(3000);

  /*
   * 注意: 
   * 1.可以通过将DIRA设置为HIGH或LOW来控制电机转向，但是哪个标志位正转或反转需要根据需求判断，转向是相对的。
   * 2.PWM的取值为 [0,255],该值可自己设置。
   * 
   */

}

电机测速01_理论

4.电机测速02_实现

/*
 * 测速实现:
 *  阶段1:脉冲数统计
 *  阶段2:速度计算
 * 
 * 阶段1:
 *  1.定义所使用的中断引脚,以及计数器(使用 volatile 修饰)
 *  2.setup 中设置波特率，将引脚设置为输入模式
 *  3.使用 attachInterupt() 函数为引脚添加中断出发时机以及中断函数
 *  4.中断函数编写计算算法，并打印
 *    A.单频统计只需要统计单相上升沿或下降沿
 *    B.2倍频统计需要统计单相的上升沿和下降沿
 *    C.4倍频统计需要统计两相的上升沿和下降沿
 *  5.上传并查看结果
 *  
 * 
 */
int motor_A = 21;//中端口是2
int motor_B = 20;//中断口是3
volatile int count = 0;//如果是正转，那么每计数一次自增1，如果是反转，那么每计数一次自减1 


void count_A(){
  //单频计数实现
  //手动旋转电机一圈，输出结果为 一圈脉冲数 * 减速比
  /*if(digitalRead(motor_A) == HIGH){

    if(digitalRead(motor_B) == LOW){//A 高 B 低
      count++;  
    } else {//A 高 B 高
      count--;  
    }


  }*/

  //2倍频计数实现
  //手动旋转电机一圈，输出结果为 一圈脉冲数 * 减速比 * 2
  if(digitalRead(motor_A) == HIGH){

    if(digitalRead(motor_B) == HIGH){//A 高 B 高
      count++;  
    } else {//A 高 B 低
      count--;  
    }


  } else {

    if(digitalRead(motor_B) == LOW){//A 低 B 低
      count++;  
    } else {//A 低 B 高
      count--;  
    }  

  }

}

//与A实现类似
//4倍频计数实现
//手动旋转电机一圈，输出结果为 一圈脉冲数 * 减速比 * 4
void count_B(){
  if(digitalRead(motor_B) == HIGH){

    if(digitalRead(motor_A) == LOW){//B 高 A 低
      count++;
    } else {//B 高 A 高
      count--;
    }


  } else {

    if(digitalRead(motor_A) == HIGH){//B 低 A 高
      count++;
    } else {//B 低 A 低
      count--;
    }

  }

}

void setup() {
  Serial.begin(57600);//设置波特率  
  pinMode(motor_A,INPUT);
  pinMode(motor_B,INPUT);
  attachInterrupt(2,count_A,CHANGE);//当电平发生改变时触发中断函数
  //四倍频统计需要为B相也添加中断
  attachInterrupt(3,count_B,CHANGE);
}


void loop() {
  //测试计数器输出
  delay(2000);
  Serial.println(count);

}

int reducation = 90;//减速比，根据电机参数设置，比如 15 | 30 | 60
int pulse = 11; //编码器旋转一圈产生的脉冲数该值需要参考商家电机参数
int per_round = pulse * reducation * 4;//车轮旋转一圈产生的脉冲数 
long start_time = millis();//一个计算周期的开始时刻，初始值为 millis();
long interval_time = 50;//一个计算周期 50ms
double current_vel;

//获取当前转速的函数
void get_current_vel(){
  long right_now = millis();  
  long past_time = right_now - start_time;//计算逝去的时间
  if(past_time >= interval_time){//如果逝去时间大于等于一个计算周期
    //1.禁止中断
    noInterrupts();
    //2.计算转速 转速单位可以是秒，也可以是分钟... 自定义即可
    current_vel = (double)count / per_round / past_time * 1000 * 60;
    //3.重置计数器
    count = 0;
    //4.重置开始时间
    start_time = right_now;
    //5.重启中断
    interrupts();

    Serial.println(current_vel);

  }
}

void loop() {

  delay(10);
  get_current_vel();

}

5.电机调速01_PID控制理论

6.电机调速02_PID控制实现

/*
 * PID 调速实现:
 * 1.代码准备，复制并修改电机控制以及测速代码
 * 2.包含PID头文件
 * 3.创建PID对象
 * 4.在setup中启用自动调试
 * 5.调试并更新PWM
 * 
 */

#include <PID_v1.h> 

int DIRA = 4;
int PWMA = 5;

int motor_A = 21;//中端口是2
int motor_B = 20;//中断口是3
volatile int count = 0;//如果是正转，那么每计数一次自增1，如果是反转，那么每计数一次自减1 


void count_A(){
  //单频计数实现
  //手动旋转电机一圈，输出结果为 一圈脉冲数 * 减速比
  /*if(digitalRead(motor_A) == HIGH){

    if(digitalRead(motor_B) == LOW){//A 高 B 低
      count++;  
    } else {//A 高 B 高
      count--;  
    }


  }*/

  //2倍频计数实现
  //手动旋转电机一圈，输出结果为 一圈脉冲数 * 减速比 * 2
  if(digitalRead(motor_A) == HIGH){

    if(digitalRead(motor_B) == HIGH){//A 高 B 高
      count++;  
    } else {//A 高 B 低
      count--;  
    }


  } else {

    if(digitalRead(motor_B) == LOW){//A 低 B 低
      count++;  
    } else {//A 低 B 高
      count--;  
    }  

  }

}

//与A实现类似
//4倍频计数实现
//手动旋转电机一圈，输出结果为 一圈脉冲数 * 减速比 * 4
void count_B(){
  if(digitalRead(motor_B) == HIGH){

    if(digitalRead(motor_A) == LOW){//B 高 A 低
      count++;
    } else {//B 高 A 高
      count--;
    }


  } else {

    if(digitalRead(motor_A) == HIGH){//B 低 A 高
      count++;
    } else {//B 低 A 低
      count--;
    }

  }

}


int reducation = 90;//减速比，根据电机参数设置，比如 15 | 30 | 60
int pulse = 11; //编码器旋转一圈产生的脉冲数该值需要参考商家电机参数
int per_round = pulse * reducation * 4;//车轮旋转一圈产生的脉冲数 
long start_time = millis();//一个计算周期的开始时刻，初始值为 millis();
long interval_time = 50;//一个计算周期 50ms
double current_vel;

//获取当前转速的函数
void get_current_vel(){
  long right_now = millis();  
  long past_time = right_now - start_time;//计算逝去的时间
  if(past_time >= interval_time){//如果逝去时间大于等于一个计算周期
    //1.禁止中断
    noInterrupts();
    //2.计算转速 转速单位可以是秒，也可以是分钟... 自定义即可
    current_vel = (double)count / per_round / past_time * 1000 * 60;
    //3.重置计数器
    count = 0;
    //4.重置开始时间
    start_time = right_now;
    //5.重启中断
    interrupts();

    Serial.println(current_vel);

  }
}

//-------------------------------------PID-------------------------------------------
//创建 PID 对象
//1.当前转速 2.计算输出的pwm 3.目标转速 4.kp 5.ki 6.kd 7.当输入与目标值出现偏差时，向哪个方向控制
double pwm;//电机驱动的PWM值
double target = 80;
double kp=1.5, ki=3.0, kd=0.1;
PID pid(&current_vel,&pwm,&target,kp,ki,kd,DIRECT);

//速度更新函数
void update_vel(){
  //获取当前速度
  get_current_vel();
  pid.Compute();//计算需要输出的PWM
  digitalWrite(DIRA,HIGH);
  analogWrite(PWMA,pwm);

}

void setup() {
  Serial.begin(57600);//设置波特率  
  pinMode(18,INPUT);
  pinMode(19,INPUT);
  //两个电机驱动引脚都设置为 OUTPUT
  pinMode(DIRA,OUTPUT);
  pinMode(PWMA,OUTPUT);

  attachInterrupt(2,count_A,CHANGE);//当电平发生改变时触发中断函数
  //四倍频统计需要为B相也添加中断
  attachInterrupt(3,count_B,CHANGE);

  pid.SetMode(AUTOMATIC);
}



void loop() {
  delay(10);
  update_vel();

}

四、机器人平台设计之传感器

1.传感器_激光雷达简介

2.传感器_雷达使用

3.传感器_相机简介

4.传感器_相机使用

5.传感器_集成