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            3.0f    //4倍
00027 
00028 //ラインセンサ各種制御成分
00029 #define     S_KP            0.7f    //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            0.9f    //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 /////ドローン定義
00060 DigitalOut   drone(D3);
00061 
00062 //long int Drone = 0;
00063 ///////////////////////////////////////
00064 Serial      PC(USBTX,USBRX);
00065 CRotaryEncoder encoder_a(D1,D0);    //モータAのエンコーダ
00066 CRotaryEncoder encoder_b(D11,D12);  //モータBのエンコーダ
00067 Ticker      timer;              //タイマ割込み用 
00068 TB6612      motor_a(D2,D7,D6);  //モータA制御用(pwma,ain1,ain2)
00069 TB6612      motor_b(D10,D8,D9); //モータB制御用(pwmb,bin1,bin2)
00070 AQM0802     lcd(I2C_SDA,I2C_SCL);       //液晶制御用
00071 
00072 //使用変数の定義
00073 int    Sw_Ptn;
00074 int    Old_Sw_Ptn;
00075 double S2_Data,S3_Data,S4_Data,S5_Data,S6_Data,S7_Data,S8_Data; 
00076 double  All_Sensor_Data;      //ラインセンサ総データ量
00077 double Sensor_Diff[2]={0,0}; //ラインセンサ偏差
00078 double Sensor_P =0.0f;        //ラインセンサP(比例成分)制御量
00079 double Sensor_D =0.0f;        //ラインセンサD(微分成分)制御量
00080 double Sensor_PD=0.0f;       //ラインセンサP,D成分の合計
00081 char    Gray_Str[5];        //LCD閾値表示用文字列
00082 float   Gray=DEFAULT_GRAY;
00083 long int Enc_Count_A=0,Enc_Count_B=0;        //エンコーダパルス数を格納
00084 long int Enc_A_Rotate=0,Enc_B_Rotate=0;
00085 long int Stop_Distance=STOP_DISTANCE;
00086 long int Distance_A=0,Distance_B=0;          //タイヤ移動距離を格納[mm]
00087 long int Marker_Run_Distance=0; 
00088 long int Speed_A=0,  Speed_B=0;              //現在速度
00089 long int Machine_Speed=DEFAULT_SPEED;
00090 char     Speed_Str[5];                  //LCD速度表示用文字列
00091 long int Target_Speed_A=0,Target_Speed_B=0;  //目標速度
00092 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
00093 long int Motor_B_Diff[2]={0,0};         //
00094 float Motor_A_P,Motor_B_P;              //モータ速度制御P成分
00095 float Motor_A_D,Motor_B_D;              //モータ速度制御D成分
00096 float Motor_A_PD,Motor_B_PD;            //モータ速度制御PD合成
00097 float Motor_A_Pwm,Motor_B_Pwm;          //モータへの出力
00098 unsigned char Sensor_Digital    =0x00;
00099 unsigned char Old_Sensor_Digital=0x00;
00100 int   Sensor_Cnt=0;
00101 unsigned char Machine_Status    =STOP;                 //機体状態
00102 unsigned char Old_Machine_Status=0x00;             //過去の機体状態
00103 int Marker_Pass_Flag = 0;
00104 int Old_Marker_Pass_Flag=0;
00105 //int Cross_Flag2=0;
00106 int SG_Flag=0;
00107 int SG_Cnt=0;
00108 int Cross_Flag=0;
00109 
00110 
00111 void sensor_analog_read(){
00112     
00113     S2_Data=s2.read();
00114     S3_Data=s3.read();
00115     S4_Data=s4.read();
00116     S5_Data=s5.read();
00117     S6_Data=s6.read();
00118     S7_Data=s7.read();
00119     S8_Data=s8.read();    
00120 }
00121 
00122 
00123 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
00124     Sensor_Cnt=0;
00125     Old_Sensor_Digital=Sensor_Digital;
00126     if(S2_Data>Gray){
00127             Sensor_Digital |= 0x40;   //6ビット目のみセット (1にする。)
00128             Sensor_Cnt++;
00129     }else   Sensor_Digital &= 0xBF;   //6ビット目のみマスク（0にする。）
00130     if(S3_Data>Gray){
00131             Sensor_Digital |= 0x20;   //5ビット目のみセット (1にする。)
00132             Sensor_Cnt++;
00133     }else    Sensor_Digital &= 0xDF;   //5ビット目のみマスク（0にする。）
00134     if(S4_Data>Gray){
00135             Sensor_Digital |= 0x10;   //4ビット目のみセット (1にする。)
00136             Sensor_Cnt++;
00137     }else    Sensor_Digital &= 0xEF;   //4ビット目のみマスク（0にする。）
00138     if(S5_Data>Gray){
00139             Sensor_Digital |= 0x08;   //3ビット目のみセット (1にする。)
00140             Sensor_Cnt++;
00141     }else   Sensor_Digital &= 0xF7;   //3ビット目のみマスク（0にする。）
00142     if(S6_Data>Gray){
00143             Sensor_Digital |= 0x04;   //2ビット目のみセット (1にする。)
00144             Sensor_Cnt++;
00145     }else   Sensor_Digital &= 0xFB;   //2ビット目のみマスク（0にする。）
00146     if(S7_Data>Gray){
00147             Sensor_Digital |= 0x02;   //1ビット目のみセット (1にする。)
00148             Sensor_Cnt++;
00149     }else   Sensor_Digital &= 0xFD;   //1ビット目のみマスク（0にする。）
00150     if(S8_Data>Gray){
00151             Sensor_Digital |= 0x01;   //0ビット目のみセット (1にする。)
00152     }else   Sensor_Digital &= 0xFE;   //0ビット目のみマスク（0にする。）    
00153 }
00154 
00155 void Machine_Status_Set(){
00156     Old_Machine_Status=Machine_Status; 
00157        
00158     //機体がライン中央に位置するとき
00159     if(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER )Machine_Status|=RUN_COURSE_CENTER;
00160     else Machine_Status &= 0xE7;//ライン中央情報のマスク
00161     if((Sensor_Digital==0x00)&&(Old_Sensor_Digital==0x40)){//左センサコースアウト時
00162         Machine_Status|=RUN_COURSE_LOUT;//左コースアウト状態のビットをセット
00163     }else if((Machine_Status&RUN_COURSE_LOUT)&&(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER)){
00164         //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
00165         Machine_Status &= 0xDF;//左コースアウト情報のみマスク    
00166     }
00167     if((Sensor_Digital==0x00)&&(Old_Sensor_Digital==0x02)){//右センサコースアウト時
00168         Machine_Status|=RUN_COURSE_ROUT;//右コースアウト状態のビットをセット
00169     }else if((Machine_Status&RUN_COURSE_ROUT)&&(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER)){
00170         //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
00171         Machine_Status &= 0xFB;//右コースアウト情報のみマスク    
00172     }     
00173 }
00174 
00175 
00176 
00177 //タイマ割り込み1[ms]周期
00178 void timer_interrupt(){
00179     
00180     //ラインセンサ情報取得
00181     sensor_analog_read();
00182     sensor_digital_read();
00183     
00184     //機体状態の取得
00185     Machine_Status_Set();
00186   
00187     //各種マーカの検知
00188     Old_Marker_Pass_Flag=Marker_Pass_Flag;//過去のフラグを退避
00189     if(Sensor_Digital&0x01){                   //マーカセンサ検知時
00190         Marker_Pass_Flag=1;                     //マーカ通過中フラグをON
00191         if(Cross_Flag==1);  //
00192         if(Sensor_Digital&0x01)SG_Flag=1;      //スタートゴールセンサの検知
00193         if((Cross_Flag==1)&&(SG_Flag==1))Cross_Flag=1;//交差点通過中。何もしない    
00194     }else Marker_Pass_Flag=0;//マーカ通過終了       
00195 
00196     //マーカ通過後、マーカ種類判別    
00197     if((Old_Marker_Pass_Flag==1)&&(Marker_Pass_Flag==0)){//マーカ通過後
00198         if(Marker_Run_Distance>MARKER_WIDTH){//マーカ幅がもっともらしいとき
00199             if(Cross_Flag==1);//交差点の時は何もしない
00200             else if((SG_Flag==1)&&(SG_Cnt==0)){//ゴールスタートマーカの時⇒1回目
00201                 SG_Cnt=1;
00202                 drone=1;
00203             }else if((SG_Flag==1)&&(SG_Cnt==1)){//ゴールスタートマーカの時⇒2回目
00204                 Machine_Status|=STOP;           //機体停止状態へ
00205                 SG_Cnt=0;    
00206                 drone=0;
00207             }
00208         }else{//マーカではなく、誤検知だった場合。
00209             //何もしない
00210         }
00211         SG_Flag=0;
00212         Cross_Flag=0;
00213         Marker_Run_Distance=0;//マーカ通過距離情報リセット
00214     }
00215     
00216     //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）
00217     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);
00218     Sensor_Diff[1]=Sensor_Diff[0];//過去のラインセンサ偏差を退避
00219     Sensor_Diff[0]=All_Sensor_Data;
00220     Sensor_P=All_Sensor_Data*S_KP;                  //ラインセンサ比例成分の演算       
00221     Sensor_D=(Sensor_Diff[0]-Sensor_Diff[1])*S_KD;  //ラインセンサ微分成分の演算
00222     Sensor_PD=Sensor_P+Sensor_D; 
00223     
00224           
00225     ////モータ現在速度の取得            
00226     Enc_Count_A=encoder_a.Get();   //エンコーダパルス数を取得
00227     Enc_Count_B=-encoder_b.Get();
00228     Distance_A=(Enc_Count_A*PULSE_TO_UM);  //移動距離をum単位で格納
00229     Distance_B=(Enc_Count_B*PULSE_TO_UM);
00230     Speed_A=(Distance_A*1000)/INTERRUPT_TIME;//走行速度演算[mm/s]
00231     Speed_B=(Distance_B*1000)/INTERRUPT_TIME;
00232     
00233     if(Machine_Status&STOP){//機体停止状態の時
00234         if(Stop_Distance>=STOP_DISTANCE){
00235          Enc_A_Rotate+=Enc_Count_A;//閾値用に左エンコーダ値の蓄積 
00236          Enc_B_Rotate+=Enc_Count_B;//速度用に右エンコーダ値の蓄積                   
00237         }
00238         if(Enc_A_Rotate<-6400)Enc_A_Rotate=-6400;
00239         if(Enc_A_Rotate>6400)Enc_A_Rotate=6400;        
00240         if(Enc_B_Rotate<-6400)Enc_B_Rotate=-6400;
00241         if(Enc_B_Rotate>6400)Enc_B_Rotate=6400;
00242         if((Distance_A>=0)&&(Distance_B>=0))Stop_Distance+=(Distance_A+Distance_B)/2;
00243         if(Stop_Distance<0)Stop_Distance=0;
00244         if(Stop_Distance>STOP_DISTANCE)Stop_Distance=STOP_DISTANCE;
00245     }
00246     if(Marker_Pass_Flag==1){//マーカ通過中は通過距離情報を蓄積する。
00247         Marker_Run_Distance+=(Distance_A+Distance_B)/2;
00248     }
00249     
00250     
00251     //エンコーダ関連情報のリセット
00252     Distance_A=0;
00253     Distance_B=0;
00254     encoder_a.Set(0);
00255     encoder_b.Set(0);
00256     
00257     /////各モータの目標速度の設定
00258     Target_Speed_A=Machine_Speed;
00259     Target_Speed_B=Machine_Speed;
00260     
00261     /////モータの速度制御
00262     //過去の速度偏差を退避
00263     Motor_A_Diff[1]=Motor_A_Diff[0];
00264     Motor_B_Diff[1]=Motor_B_Diff[0];
00265     //現在の速度偏差を取得。    
00266     Motor_A_Diff[0]=(Target_Speed_A-Speed_A);
00267     Motor_B_Diff[0]=(Target_Speed_B-Speed_B);
00268     //P成分演算
00269     Motor_A_P=Motor_A_Diff[0]*M_KP;
00270     Motor_B_P=Motor_B_Diff[0]*M_KP;
00271     //D成分演算
00272     Motor_A_D=(Motor_A_Diff[0]-Motor_A_Diff[1])*M_KD;
00273     Motor_B_D=(Motor_B_Diff[0]-Motor_B_Diff[1])*M_KD;
00274     //モータ速度制御のPD合成
00275     Motor_A_PD=Motor_A_P+Motor_A_D;
00276     Motor_B_PD=Motor_B_P+Motor_B_D;
00277     //最終的なモータ制御量の合成    
00278     Motor_A_Pwm=Motor_A_PD+Sensor_PD;
00279     Motor_B_Pwm=Motor_B_PD-Sensor_PD;
00280 
00281     //モータ制御量の上限下限設定
00282     if(Motor_A_Pwm>0.95f)Motor_A_Pwm=0.95f;
00283     else if(Motor_A_Pwm<-0.95)Motor_A_Pwm=-0.95f;
00284     if(Motor_B_Pwm>0.95f)Motor_B_Pwm=0.95f;
00285     else if(Motor_B_Pwm<-0.95f)Motor_B_Pwm=-0.95f;
00286         
00287     //モータへの出力    
00288     if(!(Machine_Status&STOP)){//マシンが停止状態でなければ
00289         if(Machine_Status&RUN_COURSE_LOUT){         //左端センサ振り切れた時
00290             motor_a=-(-TURN_POWER); //左旋回
00291             motor_b=-(TURN_POWER);
00292             drone=0;
00293                 
00294         }else if(Machine_Status&RUN_COURSE_ROUT){   //右端センサ振り切れた時
00295             motor_a=-(TURN_POWER);  //右旋回    
00296             motor_b=-(-TURN_POWER);
00297             drone=0;
00298             
00299         }else if(Sensor_Cnt>=CROSS_JUDGE){//交差点通過中
00300             Cross_Flag=1;
00301             motor_a=-0.3;//交差点なので控えめの速度で直進
00302             motor_b=-0.3;
00303             
00304         }
00305         else{
00306             motor_a=-Motor_A_Pwm;
00307             motor_b=-Motor_B_Pwm;
00308         }
00309     }else{//停止状態の時はモータへの出力は無効
00310         if(Stop_Distance<STOP_DISTANCE){
00311             motor_a=-Motor_A_Pwm/4;
00312             motor_b=-Motor_B_Pwm/4;
00313 
00314         }else{
00315             motor_a=0;
00316             motor_b=0;
00317             Cross_Flag=0;
00318         }        
00319     }                       
00320 }
00321 
00322 
00323 
00324 int main() { 
00325     timer.attach_us(&timer_interrupt,INTERRUPT_TIME);//タイマ割り込みスタート 
00326     lcd.cls();//表示クリア
00327     lcd.locate(0,0);
00328     lcd.print("STOP");
00329     lcd.locate(0,1);
00330     sprintf(Speed_Str,"%04d",Machine_Speed);
00331     lcd.print(Speed_Str);        
00332     while(1){
00333         Old_Sw_Ptn=Sw_Ptn;  //過去のスイッチ入力情報を退避
00334         Sw_Ptn=push_sw;     //現在のスイッチ入力情報の取得
00335         PC.printf("Sensor_Digital:%02x\tMachine_Status:%02x\tSG_Cnt:%d\r\n",Sensor_Digital,Machine_Status,SG_Cnt);
00336         if((!(Old_Machine_Status&STOP))&&(Machine_Status&STOP)){//走行終了時
00337             lcd.locate(0,0);
00338             lcd.print("     ");
00339             lcd.locate(0,0);
00340             lcd.print("STOP");
00341 
00342             wait(5);
00343             Gray=DEFAULT_GRAY;
00344             Machine_Speed=DEFAULT_SPEED;                            
00345         }
00346         if(Machine_Status&STOP){//機体停止状態の時
00347             
00348             Gray=DEFAULT_GRAY+((float)Enc_A_Rotate/16000);//センサ閾値調整
00349             sprintf(Gray_Str,"%3.2f",Gray);//速度情報文字列変換
00350             lcd.locate(0,0);
00351             lcd.print("      ");
00352             lcd.locate(0,0);
00353             lcd.print(Gray_Str);             
00354             Machine_Speed=DEFAULT_SPEED+(Enc_B_Rotate/16);//標準速度調整
00355             sprintf(Speed_Str,"%04d",Machine_Speed);//速度情報文字列変換                
00356             lcd.locate(0,1);
00357             lcd.print("      ");
00358             lcd.locate(0,1);
00359             lcd.print(Speed_Str);            
00360         }
00361         
00362                  
00363         if((Old_Sw_Ptn==PULL)&&(Sw_Ptn==PUSH)){//スイッチが押された瞬間
00364             if(Machine_Status&STOP){//機体停止状態の時
00365                 lcd.locate(0,0);
00366                 lcd.print("     ");
00367                 lcd.locate(0,0);
00368                 lcd.print("GO!!");
00369                 wait(1);
00370 
00371                 Stop_Distance=0;
00372                 Machine_Status&=0x7F;//ストップ状態解除
00373             }else{//機体走行中であったとき
00374                 //各種フラグのクリア              
00375                 Cross_Flag=0;
00376                 SG_Flag=0;
00377                 Cross_Flag=0;
00378                 Marker_Run_Distance=0;//マーカ通過距離情報リセット
00379 
00380                          
00381                 Machine_Status |= STOP;//機体停止状態にする。
00382                 lcd.locate(0,0);
00383                 lcd.print("     ");
00384                 lcd.locate(0,0);
00385                 lcd.print("STOP");                  
00386             }
00387         }               
00388     }
00389 }