main.cpp

00001 ////ライントレースサンプルver5
00002 ///マーカ検知機能の追加
00003 ///スタートマーカ検知後、ゴールマーカの検知で停止するプログラム
00004 #include "mbed.h"
00005 #include "CRotaryEncoder.h"
00006 #include "TB6612.h"
00007 
00008 
00009 //☆★☆★各種パラメータ調整箇所☆★☆★☆★
00010 #define     DEFAULT_SPEED   900     //機体の直進速度1000[mm/s] 
00011 #define     TURN_POWER      0.5     //コースアウト時の旋回力
00012 #define     PULSE_TO_UM     30      //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     GRAY            0.2f    //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    10      //マーカ幅[mm]（ビニルテープ幅19[mm]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            4.0f    //4倍
00027 
00028 //ラインセンサ各種制御成分
00029 #define     S_KP            0.5f    //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            0.3f    //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 //機体状態の定義
00034 #define STOP                0x80   //機体停止状態
00035 #define RUN_START           0x40   //スタートマーカ通過
00036 #define RUN_COURSE_LOUT     0x20   //左コースアウト状態
00037 #define RUN_COURSE_CENTER   0x18   //ライン中央走行状態
00038 #define RUN_COURSE_ROUT     0x04   //右コースアウト状態
00039 #define SECOND_RUN          0x02   //機体停止状態
00040 #define TUARD_RUN           0x01   //機体設定モード
00041 
00042 /////アナログ入力オブジェクト定義//////////
00043 AnalogIn    s1(A1);
00044 AnalogIn    s2(D3);
00045 AnalogIn    s3(A6);
00046 AnalogIn    s4(A5);
00047 AnalogIn    s5(A4);
00048 AnalogIn    s6(A3);
00049 AnalogIn    s7(A2);
00050 AnalogIn    s8(A0);
00051 ///////////////////////////////////////  
00052 Serial      PC(USBTX,USBRX);
00053 CRotaryEncoder encoder_a(D1,D0);    //モータAのエンコーダ
00054 CRotaryEncoder encoder_b(D11,D12);  //モータBのエンコーダ
00055 Ticker      timer;              //タイマ割込み用 
00056 TB6612      motor_a(D2,D7,D6);  //モータA制御用(pwma,ain1,ain2)
00057 TB6612      motor_b(D10,D8,D9); //モータB制御用(pwmb,bin1,bin2)
00058 
00059 
00060 //使用変数の定義
00061 float S1_Data,S2_Data,S3_Data,S4_Data,S5_Data,S6_Data,S7_Data,S8_Data; 
00062 float All_Sensor_Data;      //ラインセンサ総データ量
00063 float Sensor_Diff[2]={0,0}; //ラインセンサ偏差
00064 float Sensor_P=0.0f;        //ラインセンサP(比例成分)制御量
00065 float Sensor_D=0.0f;        //ラインセンサD(微分成分)制御量
00066 float Sensor_PD=0.0f;       //ラインセンサP,D成分の合計
00067 long int Enc_Count_A=0,Enc_Count_B=0;        //エンコーダパルス数を格納
00068 long int Distance_A=0,Distance_B=0;          //タイヤ移動距離を格納[mm]
00069 long int Marker_Run_Distance=0; 
00070 long int Speed_A=0,  Speed_B=0;              //現在速度
00071 long int Target_Speed_A=0,Target_Speed_B=0;  //目標速度
00072 long int Motor_A_Diff[2]={0,0};    //過去の偏差と現在の偏差を格納
00073 long int Motor_B_Diff[2]={0,0};   
00074 float Motor_A_P,Motor_B_P;              //モータP制御成分
00075 float Motor_A_D,Motor_B_D;              //モータD制御成分
00076 float Motor_A_Pwm,Motor_B_Pwm;          //モータへの出力
00077 unsigned char Sensor_Digital    =0x00;
00078 unsigned char Old_Sensor_Digital=0x00;
00079 int   Sensor_Cnt=0;
00080 unsigned char Machine_Status    =0x00;                 //機体状態
00081 unsigned char Old_Machine_Status=0x00;             //過去の機体状態
00082 int Marker_Pass_Flag = 0;
00083 int Old_Marker_Pass_Flag=0;
00084 int Corner_Flag=0;
00085 int SG_Flag=0;
00086 int SG_Cnt=0;
00087 int Cross_Flag=0;
00088 void sensor_analog_read(){
00089     S1_Data=s1.read();
00090     S2_Data=s2.read();
00091     S3_Data=s3.read();
00092     S4_Data=s4.read();
00093     S5_Data=s5.read();
00094     S6_Data=s6.read();
00095     S7_Data=s7.read();
00096     S8_Data=s8.read();    
00097 }
00098 
00099 
00100 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
00101     Sensor_Cnt=0;
00102     Old_Sensor_Digital=Sensor_Digital;
00103     if(S1_Data>GRAY){
00104             Sensor_Digital |= 0x80;   //7ビット目のみセット (1にする。)
00105     }else   Sensor_Digital &= 0x7F;   //7ビット目のみマスク（0にする。）
00106     if(S2_Data>GRAY){
00107             Sensor_Digital |= 0x40;   //6ビット目のみセット (1にする。)
00108             Sensor_Cnt++;
00109     }else   Sensor_Digital &= 0xBF;   //6ビット目のみマスク（0にする。）
00110     if(S3_Data>GRAY){
00111             Sensor_Digital |= 0x20;   //5ビット目のみセット (1にする。)
00112             Sensor_Cnt++;
00113     }else    Sensor_Digital &= 0xDF;   //5ビット目のみマスク（0にする。）
00114     if(S4_Data>GRAY){
00115             Sensor_Digital |= 0x10;   //4ビット目のみセット (1にする。)
00116             Sensor_Cnt++;
00117     }else    Sensor_Digital &= 0xEF;   //4ビット目のみマスク（0にする。）
00118     if(S5_Data>GRAY){
00119             Sensor_Digital |= 0x08;   //3ビット目のみセット (1にする。)
00120             Sensor_Cnt++;
00121     }else   Sensor_Digital &= 0xF7;   //3ビット目のみマスク（0にする。）
00122     if(S6_Data>GRAY){
00123             Sensor_Digital |= 0x04;   //2ビット目のみセット (1にする。)
00124             Sensor_Cnt++;
00125     }else   Sensor_Digital &= 0xFB;   //2ビット目のみマスク（0にする。）
00126     if(S7_Data>GRAY){
00127             Sensor_Digital |= 0x02;   //1ビット目のみセット (1にする。)
00128             Sensor_Cnt++;
00129     }else   Sensor_Digital &= 0xFD;   //1ビット目のみマスク（0にする。）
00130     if(S8_Data>GRAY){
00131             Sensor_Digital |= 0x01;   //0ビット目のみセット (1にする。)
00132     }else   Sensor_Digital &= 0xFE;   //0ビット目のみマスク（0にする。）    
00133 }
00134 
00135 void Machine_Status_Set(){
00136     Old_Machine_Status=Machine_Status; 
00137        
00138     //機体がライン中央に位置するとき
00139     if(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER )Machine_Status|=RUN_COURSE_CENTER;
00140     else Machine_Status &= 0xE7;//ライン中央情報のマスク
00141     if((Sensor_Digital==0x00)&&(Old_Sensor_Digital==0x40)){//左センサコースアウト時
00142         Machine_Status|=RUN_COURSE_LOUT;//左コースアウト状態のビットをセット
00143     }else if((Machine_Status&RUN_COURSE_LOUT)&&(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER)){
00144         //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
00145         Machine_Status &= 0xDF;//左コースアウト情報のみマスク    
00146     }
00147     if((Sensor_Digital==0x00)&&(Old_Sensor_Digital==0x02)){//右センサコースアウト時
00148         Machine_Status|=RUN_COURSE_ROUT;//右コースアウト状態のビットをセット
00149     }else if((Machine_Status&RUN_COURSE_ROUT)&&(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER)){
00150         //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
00151         Machine_Status &= 0xFB;//右コースアウト情報のみマスク    
00152     }     
00153 }
00154 
00155 void timer_interrupt(){
00156     
00157     //ラインセンサ情報取得
00158     sensor_analog_read();
00159     sensor_digital_read();
00160     
00161     //機体状態の取得
00162     Machine_Status_Set();
00163 
00164     //交差点の認識
00165     if(Sensor_Cnt>=CROSS_JUDGE )Cross_Flag=1;//ラインセンサ4つ以上検知状態の時は交差点を示す。
00166     
00167     //各種マーカの検知
00168     Old_Marker_Pass_Flag=Marker_Pass_Flag;//過去のフラグを退避
00169     if(Sensor_Digital&0x81){                   //マーカセンサ検知時
00170         Marker_Pass_Flag=1;                     //マーカ通過中フラグをON
00171         if(Sensor_Digital&0x80)Corner_Flag=1;  //コーナセンサの検知
00172         if(Sensor_Digital&0x01)SG_Flag=1;      //スタートゴールセンサの検知
00173         if((Corner_Flag==1)&&(SG_Flag==1));//交差点通過中。何もしない    
00174     }else Marker_Pass_Flag=0;//マーカ通過終了       
00175 
00176     //マーカ通過後、マーカ種類判別    
00177     if((Old_Marker_Pass_Flag==1)&&(Marker_Pass_Flag==0)){//マーカ通過後
00178         if(Marker_Run_Distance>MARKER_WIDTH){//マーカ幅がもっともらしいとき
00179             if(Cross_Flag==1);//交差点の時は何もしない
00180             else if((SG_Flag==1)&&(SG_Cnt==0)){//ゴールスタートマーカの時⇒1回目
00181                 SG_Cnt=1;
00182             }else if((SG_Flag==1)&&(SG_Cnt==1)){//ゴールスタートマーカの時⇒2回目
00183                 Machine_Status|=STOP;           //機体停止状態へ
00184                 SG_Cnt=0;    
00185             }else if(Corner_Flag==1){//コーナマーカの時
00186                 //地区大会では何もしない                
00187             }
00188         }else{//マーカではなく、誤検知だった場合。
00189             //何もしない
00190         }
00191         Corner_Flag=0;
00192         SG_Flag=0;
00193         Cross_Flag=0;
00194         Marker_Run_Distance=0;//マーカ通過距離情報リセット
00195     }
00196     
00197     //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）
00198     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);
00199     Sensor_Diff[1]=Sensor_Diff[0];//過去のラインセンサ偏差を退避
00200     Sensor_Diff[0]=All_Sensor_Data;
00201     Sensor_P=All_Sensor_Data*S_KP;                  //ラインセンサ比例成分の演算       
00202     Sensor_D=(Sensor_Diff[0]-Sensor_Diff[1])*S_KD;  //ラインセンサ微分成分の演算
00203     Sensor_PD=Sensor_P+Sensor_D; 
00204     
00205           
00206     ////モータ現在速度の取得            
00207     Enc_Count_A=encoder_a.Get();   //エンコーダパルス数を取得
00208     Enc_Count_B=-encoder_b.Get();
00209     Distance_A=(Enc_Count_A*PULSE_TO_UM);  //移動距離をmm単位で格納
00210     Distance_B=(Enc_Count_B*PULSE_TO_UM);
00211     Speed_A=(Distance_A*1000)/INTERRUPT_TIME;//走行速度演算[mm/s]
00212     Speed_B=(Distance_B*1000)/INTERRUPT_TIME; 
00213     if(Marker_Pass_Flag==1){//マーカ通過中は通過距離情報を蓄積する。
00214         Marker_Run_Distance+=(Distance_A+Distance_B)/2;
00215     }
00216     Distance_A=0;
00217     Distance_B=0;
00218     
00219     encoder_a.Set(0);
00220     encoder_b.Set(0);
00221     
00222     /////各モータの目標速度の設定
00223     Target_Speed_A=DEFAULT_SPEED;
00224     Target_Speed_B=DEFAULT_SPEED;
00225     
00226     /////モータの速度制御
00227     //過去の速度偏差を退避
00228     Motor_A_Diff[1]=Motor_A_Diff[0];
00229     Motor_B_Diff[1]=Motor_B_Diff[0];
00230     //現在の速度偏差を取得。    
00231     Motor_A_Diff[0]=(Target_Speed_A-Speed_A);
00232     Motor_B_Diff[0]=(Target_Speed_B-Speed_B);
00233     //P成分演算
00234     Motor_A_P=Motor_A_Diff[0]*M_KP;
00235     Motor_B_P=Motor_B_Diff[0]*M_KP;
00236     //D成分演算
00237     Motor_A_D=(Motor_A_Diff[0]-Motor_A_Diff[1])*M_KD;
00238     Motor_B_D=(Motor_B_Diff[0]-Motor_B_Diff[1])*M_KD;
00239     
00240     Motor_A_Pwm=Motor_A_P+Motor_A_D+Sensor_PD;
00241     Motor_B_Pwm=Motor_B_P+Motor_B_D-Sensor_PD;
00242     if(Motor_A_Pwm>0.95f)Motor_A_Pwm=0.95f;
00243     else if(Motor_A_Pwm<-0.95)Motor_A_Pwm=-0.95f;
00244     if(Motor_B_Pwm>0.95f)Motor_B_Pwm=0.95f;
00245     else if(Motor_B_Pwm<-0.95f)Motor_B_Pwm=-0.95f;
00246         
00247     //モータへの出力
00248     
00249     if(!(Machine_Status&STOP)){//マシンが停止状態でなければ
00250         if(Machine_Status&RUN_COURSE_LOUT){
00251             motor_a=-(-TURN_POWER);
00252             motor_b=-(TURN_POWER);    
00253         }else if(Machine_Status&RUN_COURSE_ROUT){
00254             motor_a=-(TURN_POWER);    
00255             motor_b=-(-TURN_POWER);
00256         }else if(Cross_Flag==1){//交差点通過中
00257             motor_a=-0.3;//交差点なので控えめの速度で直進
00258             motor_b=-0.3;
00259         }
00260         else{
00261             motor_a=-Motor_A_Pwm;
00262             motor_b=-Motor_B_Pwm;
00263         }
00264     }else{//停止状態の時はモータへの出力は無効
00265         motor_a=0;
00266         motor_b=0;        
00267     }                       
00268 }
00269 
00270 int main() { 
00271     timer.attach_us(&timer_interrupt,INTERRUPT_TIME);//タイマ割り込みスタート     
00272     while(1){
00273         wait(1);
00274         //センサ検知情報、機体情報の表示
00275         PC.printf("Sensor_Digital:0x%02x\t Machine_Status:0x%02x\t",Sensor_Digital,Machine_Status);
00276         //スタートゴールマーカ検知回数の表示
00277         PC.printf("SG_Cnt:%d\r\n",SG_Cnt);                
00278     }
00279 }