main.cpp

00001 ////ライントレースサンプルver7_1
00002 #include "mbed.h"
00003 #include "CRotaryEncoder.h"
00004 #include "TB6612.h"
00005 #include "AQM0802.h"
00006 
00007 
00008 //☆★☆★各種パラメータ調整箇所☆★☆★☆★
00009 #define     DEFAULT_SPEED   800     //1走目の基本速度[mm/sec]
00010 #define     STOP_DISTANCE   200000  //停止距離200000[um]⇒20[cm]
00011 #define     TURN_POWER      0.3     //コースアウト時の旋回力
00012 #define     PULSE_TO_UM     29      //エンコーダ1パルス当たりのタイヤ移動距離[um]
00013 #define     INTERRUPT_TIME  1000    //割りこみ周期[us]
00014 #define     DEFAULT_GRAY    0.3f    //フォトリフレクタデジタル入力の閾値
00015                                     //シリアル通信でSensor_Digital値を確認し調整する。
00016 #define     MARKER_WIDTH    13000      //マーカ幅[um]（ビニルテープ幅19[um]以内）
00017                                     //コースの傷によってマーカ誤検知する場合は値を大きくする。
00018 #define     CROSS_JUDGE     4       //ラインセンサいくつ以上白線検知で交差点認識するか設定。
00019 //モータ速度のゲイン関連(むやみに調整しない)
00020 #define     M_KP            0.002f  //P(比例)制御成分
00021 #define     M_KD            0.001f  //D(微分)制御成分
00022 
00023 //フォトリフレクタのゲイン（外側に行くにつれ値を何倍させたいか調整する。）
00024 #define     S_K1            1.0f    //float演算させる値には必ずfを付ける
00025 #define     S_K2            2.0f    //2倍
00026 #define     S_K3            2.8f    //4倍
00027 
00028 //ラインセンサ各種制御成分
00029 #define     S_KP            0.53f    //ラインセンサ比例成分。大きいほど曲がりやすい
00030 #define     S_KD            0.8f    //ラインセンサ微分成分。大きいほど急なラインずれに強くなる。
00031 //////////☆★☆★☆★☆★☆★//////////////
00032 
00033 
00034 
00035 //スイッチ状態の定義
00036 #define PUSH    0       //スイッチ押したときの状態
00037 #define PULL    1       //スイッチ離したときの状態
00038 //機体状態の定義
00039 #define STOP                0x80   //機体停止状態
00040 #define RUN_START           0x40   //スタートマーカ通過
00041 #define RUN_COURSE_LOUT     0x20   //左コースアウト状態
00042 #define RUN_COURSE_CENTER   0x18   //ライン中央走行状態
00043 #define RUN_COURSE_ROUT     0x04   //右コースアウト状態
00044 #define SECOND_RUN          0x02   //機体停止状態
00045 #define TUARD_RUN           0x01   //機体設定モード
00046 
00047 
00048 //デジタル入力オブジェクト定義
00049 DigitalIn   push_sw(D13);
00050 /////アナログ入力オブジェクト定義//////////
00051 AnalogIn    s2(A6);
00052 AnalogIn    s3(A5);
00053 AnalogIn    s4(A4);
00054 AnalogIn    s5(A3);
00055 AnalogIn    s6(A2);
00056 AnalogIn    s7(A1);
00057 AnalogIn    s8(A0);
00058 ///////////////////////////////////////
00059 Serial      PC(USBTX,USBRX);
00060 CRotaryEncoder encoder_a(D1,D0);    //モータAのエンコーダ
00061 CRotaryEncoder encoder_b(D11,D12);  //モータBのエンコーダ
00062 Ticker      timer;              //タイマ割込み用 
00063 TB6612      motor_a(D2,D7,D6);  //モータA制御用(pwma,ain1,ain2)
00064 TB6612      motor_b(D10,D8,D9); //モータB制御用(pwmb,bin1,bin2)
00065 AQM0802     lcd(I2C_SDA,I2C_SCL);       //液晶制御用
00066 
00067 //使用変数の定義
00068 int    Sw_Ptn;
00069 int    Old_Sw_Ptn;
00070 double S1_Data,S2_Data,S3_Data,S4_Data,S5_Data,S6_Data,S7_Data,S8_Data; 
00071 double  All_Sensor_Data;      //ラインセンサ総データ量
00072 double Sensor_Diff[2]={0,0}; //ラインセンサ偏差
00073 double Sensor_P =0.0f;        //ラインセンサP(比例成分)制御量
00074 double Sensor_D =0.0f;        //ラインセンサD(微分成分)制御量
00075 double Sensor_PD=0.0f;       //ラインセンサP,D成分の合計
00076 char    Gray_Str[5];        //LCD閾値表示用文字列
00077 float   Gray=DEFAULT_GRAY;
00078 long int Enc_Count_A=0,Enc_Count_B=0;        //エンコーダパルス数を格納
00079 long int Enc_A_Rotate=0,Enc_B_Rotate=0;
00080 long int Stop_Distance=STOP_DISTANCE;
00081 long int Distance_A=0,Distance_B=0;          //タイヤ移動距離を格納[mm]
00082 long int Marker_Run_Distance=0; 
00083 long int Speed_A=0,  Speed_B=0;              //現在速度
00084 long int Machine_Speed=DEFAULT_SPEED;
00085 char     Speed_Str[5];                  //LCD速度表示用文字列
00086 long int Target_Speed_A=0,Target_Speed_B=0;  //目標速度
00087 long int Motor_A_Diff[2]={0,0};         //過去の速度偏差と現在の速度偏差を格納
00088 long int Motor_B_Diff[2]={0,0};         //
00089 float Motor_A_P,Motor_B_P;              //モータ速度制御P成分
00090 float Motor_A_D,Motor_B_D;              //モータ速度制御D成分
00091 float Motor_A_PD,Motor_B_PD;            //モータ速度制御PD合成
00092 float Motor_A_Pwm,Motor_B_Pwm;          //モータへの出力
00093 unsigned char Sensor_Digital    =0x00;
00094 unsigned char Old_Sensor_Digital=0x00;
00095 int   Sensor_Cnt=0;
00096 unsigned char Machine_Status    =STOP;                 //機体状態
00097 unsigned char Old_Machine_Status=0x00;             //過去の機体状態
00098 int Marker_Pass_Flag = 0;
00099 int Old_Marker_Pass_Flag=0;
00100 int Corner_Flag=0;
00101 int SG_Flag=0;
00102 int SG_Cnt=0;
00103 int Cross_Flag=0;
00104 void sensor_analog_read(){
00105     S1_Data=0;
00106     S2_Data=s2.read();
00107     S3_Data=s3.read();
00108     S4_Data=s4.read();
00109     S5_Data=s5.read();
00110     S6_Data=s6.read();
00111     S7_Data=s7.read();
00112     S8_Data=s8.read();    
00113 }
00114 
00115 
00116 void sensor_digital_read(){//８つのフォトリフレクタの入力を8ビットのデジタルパターンに変換
00117     Sensor_Cnt=0;
00118     Old_Sensor_Digital=Sensor_Digital;
00119     if(S1_Data>Gray){
00120             Sensor_Digital |= 0x80;   //7ビット目のみセット (1にする。)
00121     }else   Sensor_Digital &= 0x7F;   //7ビット目のみマスク（0にする。）
00122     if(S2_Data>Gray){
00123             Sensor_Digital |= 0x40;   //6ビット目のみセット (1にする。)
00124             Sensor_Cnt++;
00125     }else   Sensor_Digital &= 0xBF;   //6ビット目のみマスク（0にする。）
00126     if(S3_Data>Gray){
00127             Sensor_Digital |= 0x20;   //5ビット目のみセット (1にする。)
00128             Sensor_Cnt++;
00129     }else    Sensor_Digital &= 0xDF;   //5ビット目のみマスク（0にする。）
00130     if(S4_Data>Gray){
00131             Sensor_Digital |= 0x10;   //4ビット目のみセット (1にする。)
00132             Sensor_Cnt++;
00133     }else    Sensor_Digital &= 0xEF;   //4ビット目のみマスク（0にする。）
00134     if(S5_Data>Gray){
00135             Sensor_Digital |= 0x08;   //3ビット目のみセット (1にする。)
00136             Sensor_Cnt++;
00137     }else   Sensor_Digital &= 0xF7;   //3ビット目のみマスク（0にする。）
00138     if(S6_Data>Gray){
00139             Sensor_Digital |= 0x04;   //2ビット目のみセット (1にする。)
00140             Sensor_Cnt++;
00141     }else   Sensor_Digital &= 0xFB;   //2ビット目のみマスク（0にする。）
00142     if(S7_Data>Gray){
00143             Sensor_Digital |= 0x02;   //1ビット目のみセット (1にする。)
00144             Sensor_Cnt++;
00145     }else   Sensor_Digital &= 0xFD;   //1ビット目のみマスク（0にする。）
00146     if(S8_Data>Gray){
00147             Sensor_Digital |= 0x01;   //0ビット目のみセット (1にする。)
00148     }else   Sensor_Digital &= 0xFE;   //0ビット目のみマスク（0にする。）    
00149 }
00150 
00151 void Machine_Status_Set(){
00152     Old_Machine_Status=Machine_Status; 
00153        
00154     //機体がライン中央に位置するとき
00155     if(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER )Machine_Status|=RUN_COURSE_CENTER;
00156     else Machine_Status &= 0xE7;//ライン中央情報のマスク
00157     if((Sensor_Digital==0x00)&&(Old_Sensor_Digital==0x40)){//左センサコースアウト時
00158         Machine_Status|=RUN_COURSE_LOUT;//左コースアウト状態のビットをセット
00159     }else if((Machine_Status&RUN_COURSE_LOUT)&&(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER)){
00160         //左コースアウト状態かつ機体がライン中央に復帰したとき
00161         Machine_Status &= 0xDF;//左コースアウト情報のみマスク    
00162     }
00163     if((Sensor_Digital==0x00)&&(Old_Sensor_Digital==0x02)){//右センサコースアウト時
00164         Machine_Status|=RUN_COURSE_ROUT;//右コースアウト状態のビットをセット
00165     }else if((Machine_Status&RUN_COURSE_ROUT)&&(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER)){
00166         //右コースアウト状態かつ機体がライン中央に復帰したとき
00167         Machine_Status &= 0xFB;//右コースアウト情報のみマスク    
00168     }     
00169 }
00170 
00171 
00172 //タイマ割り込み1[ms]周期
00173 void timer_interrupt(){
00174     
00175     //ラインセンサ情報取得
00176     sensor_analog_read();
00177     sensor_digital_read();
00178     
00179     //機体状態の取得
00180     Machine_Status_Set();
00181   
00182     //各種マーカの検知
00183     Old_Marker_Pass_Flag=Marker_Pass_Flag;//過去のフラグを退避
00184     if(Sensor_Digital&0x81){                   //マーカセンサ検知時
00185         Marker_Pass_Flag=1;                     //マーカ通過中フラグをON
00186         if(Sensor_Digital&0x80)Corner_Flag=1;  //コーナセンサの検知
00187         if(Sensor_Digital&0x01)SG_Flag=1;      //スタートゴールセンサの検知
00188         if((Corner_Flag==1)&&(SG_Flag==1))Cross_Flag=1;//交差点通過中。何もしない    
00189     }else Marker_Pass_Flag=0;//マーカ通過終了       
00190 
00191     //マーカ通過後、マーカ種類判別    
00192     if((Old_Marker_Pass_Flag==1)&&(Marker_Pass_Flag==0)){//マーカ通過後
00193         if(Marker_Run_Distance>MARKER_WIDTH){//マーカ幅がもっともらしいとき
00194             if(Cross_Flag==1);//交差点の時は何もしない
00195             else if((SG_Flag==1)&&(SG_Cnt==0)){//ゴールスタートマーカの時⇒1回目
00196                 SG_Cnt=1;
00197             }else if((SG_Flag==1)&&(SG_Cnt==1)){//ゴールスタートマーカの時⇒2回目
00198                 //Machine_Status|=STOP;           //機体停止状態へ
00199                 SG_Cnt=0;    
00200             }else if(Corner_Flag==1){//コーナマーカの時
00201                 //地区大会では何もしない                
00202             }
00203         }else{//マーカではなく、誤検知だった場合。
00204             //何もしない
00205         }
00206         Corner_Flag=0;
00207         SG_Flag=0;
00208         Cross_Flag=0;
00209         Marker_Run_Distance=0;//マーカ通過距離情報リセット
00210     }
00211     
00212     //センサ取得値の重ね合わせ（端のセンサほどモータ制御量を大きくする）
00213     All_Sensor_Data=-(S2_Data*S_K3+S3_Data*S_K2+S4_Data*S_K1)+(S5_Data*S_K1+S6_Data*S_K2+S7_Data*S_K3);
00214     Sensor_Diff[1]=Sensor_Diff[0];//過去のラインセンサ偏差を退避
00215     Sensor_Diff[0]=All_Sensor_Data;
00216     Sensor_P=All_Sensor_Data*S_KP;                  //ラインセンサ比例成分の演算       
00217     Sensor_D=(Sensor_Diff[0]-Sensor_Diff[1])*S_KD;  //ラインセンサ微分成分の演算
00218     Sensor_PD=Sensor_P+Sensor_D; 
00219     
00220           
00221     ////モータ現在速度の取得            
00222     Enc_Count_A=encoder_a.Get();   //エンコーダパルス数を取得
00223     Enc_Count_B=-encoder_b.Get();
00224     Distance_A=(Enc_Count_A*PULSE_TO_UM);  //移動距離をum単位で格納
00225     Distance_B=(Enc_Count_B*PULSE_TO_UM);
00226     Speed_A=(Distance_A*1000)/INTERRUPT_TIME;//走行速度演算[mm/s]
00227     Speed_B=(Distance_B*1000)/INTERRUPT_TIME;
00228     
00229     if(Machine_Status&STOP){//機体停止状態の時
00230         if(Stop_Distance>=STOP_DISTANCE){
00231          Enc_A_Rotate+=Enc_Count_A;//閾値用に左エンコーダ値の蓄積 
00232          Enc_B_Rotate+=Enc_Count_B;//速度用に右エンコーダ値の蓄積                   
00233         }
00234         if(Enc_A_Rotate<-6400)Enc_A_Rotate=-6400;
00235         if(Enc_A_Rotate>6400)Enc_A_Rotate=6400;        
00236         if(Enc_B_Rotate<-6400)Enc_B_Rotate=-6400;
00237         if(Enc_B_Rotate>6400)Enc_B_Rotate=6400;
00238         if((Distance_A>=0)&&(Distance_B>=0))Stop_Distance+=(Distance_A+Distance_B)/2;
00239         if(Stop_Distance<0)Stop_Distance=0;
00240         if(Stop_Distance>STOP_DISTANCE)Stop_Distance=STOP_DISTANCE;
00241     }
00242     if(Marker_Pass_Flag==1){//マーカ通過中は通過距離情報を蓄積する。
00243         Marker_Run_Distance+=(Distance_A+Distance_B)/2;
00244     }
00245     
00246     
00247     //エンコーダ関連情報のリセット
00248     Distance_A=0;
00249     Distance_B=0;
00250     encoder_a.Set(0);
00251     encoder_b.Set(0);
00252     
00253     /////各モータの目標速度の設定
00254     Target_Speed_A=Machine_Speed;
00255     Target_Speed_B=Machine_Speed;
00256     
00257     /////モータの速度制御
00258     //過去の速度偏差を退避
00259     Motor_A_Diff[1]=Motor_A_Diff[0];
00260     Motor_B_Diff[1]=Motor_B_Diff[0];
00261     //現在の速度偏差を取得。    
00262     Motor_A_Diff[0]=(Target_Speed_A-Speed_A);
00263     Motor_B_Diff[0]=(Target_Speed_B-Speed_B);
00264     //P成分演算
00265     Motor_A_P=Motor_A_Diff[0]*M_KP;
00266     Motor_B_P=Motor_B_Diff[0]*M_KP;
00267     //D成分演算
00268     Motor_A_D=(Motor_A_Diff[0]-Motor_A_Diff[1])*M_KD;
00269     Motor_B_D=(Motor_B_Diff[0]-Motor_B_Diff[1])*M_KD;
00270     //モータ速度制御のPD合成
00271     Motor_A_PD=Motor_A_P+Motor_A_D;
00272     Motor_B_PD=Motor_B_P+Motor_B_D;
00273     //最終的なモータ制御量の合成    
00274     Motor_A_Pwm=Motor_A_PD+Sensor_PD;
00275     Motor_B_Pwm=Motor_B_PD-Sensor_PD;
00276 
00277     //モータ制御量の上限下限設定
00278     if(Motor_A_Pwm>0.95f)Motor_A_Pwm=0.95f;
00279     else if(Motor_A_Pwm<-0.95)Motor_A_Pwm=-0.95f;
00280     if(Motor_B_Pwm>0.95f)Motor_B_Pwm=0.95f;
00281     else if(Motor_B_Pwm<-0.95f)Motor_B_Pwm=-0.95f;
00282         
00283     //モータへの出力    
00284     if(!(Machine_Status&STOP)){//マシンが停止状態でなければ
00285         if(Machine_Status&RUN_COURSE_LOUT){         //左端センサ振り切れた時
00286             motor_a=-(-TURN_POWER); //左旋回
00287             motor_b=-(TURN_POWER);    
00288         }else if(Machine_Status&RUN_COURSE_ROUT){   //右端センサ振り切れた時
00289             motor_a=-(TURN_POWER);  //右旋回    
00290             motor_b=-(-TURN_POWER);
00291         }else if(Sensor_Cnt>=CROSS_JUDGE){//交差点通過中
00292             motor_a=-0.3;//交差点なので控えめの速度で直進
00293             motor_b=-0.3;
00294         }
00295         else{
00296             motor_a=-Motor_A_Pwm;
00297             motor_b=-Motor_B_Pwm;
00298         }
00299     }else{//停止状態の時はモータへの出力は無効
00300         if(Stop_Distance<STOP_DISTANCE){
00301             motor_a=-Motor_A_Pwm/4;
00302             motor_b=-Motor_B_Pwm/4;
00303 
00304         }else{
00305             motor_a=0;
00306             motor_b=0;
00307         }        
00308     }                       
00309 }
00310 
00311 
00312 
00313 int main() { 
00314     timer.attach_us(&timer_interrupt,INTERRUPT_TIME);//タイマ割り込みスタート 
00315     lcd.cls();//表示クリア
00316     lcd.locate(0,0);
00317     lcd.print("STOP");
00318     lcd.locate(0,1);
00319     sprintf(Speed_Str,"%04d",Machine_Speed);
00320     lcd.print(Speed_Str);        
00321     while(1){
00322         Old_Sw_Ptn=Sw_Ptn;  //過去のスイッチ入力情報を退避
00323         Sw_Ptn=push_sw;     //現在のスイッチ入力情報の取得
00324         PC.printf("Sensor_Digital:%02x\tMachine_Status:%02x\tSG_Cnt:%d\r\n",Sensor_Digital,Machine_Status,SG_Cnt);
00325         if((!(Old_Machine_Status&STOP))&&(Machine_Status&STOP)){//走行終了時
00326             lcd.locate(0,0);
00327             lcd.print("     ");
00328             lcd.locate(0,0);
00329             lcd.print("STOP");
00330             wait(5);
00331             Gray=DEFAULT_GRAY;
00332             Machine_Speed=DEFAULT_SPEED;                            
00333         }
00334         if(Machine_Status&STOP){//機体停止状態の時
00335           
00336             Gray=DEFAULT_GRAY+((float)Enc_A_Rotate/16000);//センサ閾値調整
00337             sprintf(Gray_Str,"%3.2f",Gray);//速度情報文字列変換
00338             lcd.locate(0,0);
00339             lcd.print("      ");
00340             lcd.locate(0,0);
00341             lcd.print(Gray_Str);             
00342             Machine_Speed=DEFAULT_SPEED+(Enc_B_Rotate/16);//標準速度調整
00343             sprintf(Speed_Str,"%04d",Machine_Speed);//速度情報文字列変換                
00344             lcd.locate(0,1);
00345             lcd.print("      ");
00346             lcd.locate(0,1);
00347             lcd.print(Speed_Str);            
00348         }
00349         
00350                  
00351         if((Old_Sw_Ptn==PULL)&&(Sw_Ptn==PUSH)){//スイッチが押された瞬間
00352             if(Machine_Status&STOP){//機体停止状態の時
00353                 lcd.locate(0,0);
00354                 lcd.print("     ");
00355                 lcd.locate(0,0);
00356                 lcd.print("GO!!");
00357                 wait(2);
00358                 Stop_Distance=0;
00359                 Machine_Status&=0x7F;//ストップ状態解除
00360             }else{//機体走行中であったとき
00361                 //各種フラグのクリア              
00362                 Corner_Flag=0;
00363                 SG_Flag=0;
00364                 Cross_Flag=0;
00365                 Marker_Run_Distance=0;//マーカ通過距離情報リセット
00366                                 
00367                 Machine_Status |= STOP;//機体停止状態にする。
00368                 lcd.locate(0,0);
00369                 lcd.print("     ");
00370                 lcd.locate(0,0);
00371                 lcd.print("STOP");                  
00372             }
00373         }               
00374     }
00375 }