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 #include "AQM0802.h"
00008 
00009 
00010 //☆★☆★各種パラメータ調整箇所☆★☆★☆★
00011 #define     FIRST_SPEED     500     //1走目の基本速度[mm/sec]
00012 #define     SECOND_SPEED    750     //2走目の基本速度[mm/sec]
00013 #define     THIRD_SPEED     1000    //3走目の基本速度[mm/sec]
00014 #define     TURN_POWER      0.5     //コースアウト時の旋回力
00015 #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]
00016 #define     INTERRUPT_TIME  1000    //割りこみ周期[us]
00017 #define     GRAY            0.2f    //フォトリフレクタデジタル入力の閾値
00018                                     //シリアル通信でSensor_Digital値を確認し調整する。
00019 #define     MARKER_WIDTH    10      //マーカ幅[mm]（ビニルテープ幅19[mm]以内）
00020                                     //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。
00021 #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。
00022 //モータ速度のゲイン関連(むやみに調整しない)
00023 #define     M_KP            0.002f  //P(比例)制御成分
00024 #define     M_KD            0.001f  //D(微分)制御成分
00025 
00026 //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。）
00027 #define     S_K1            1.0f    //float演算させる値には必ずfを付ける
00028 #define     S_K2            2.0f    //2倍
00029 #define     S_K3            4.0f    //4倍
00030 
00031 //ラインセンサ各種制御成分
00032 #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
00033 #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。
00034 //////////☆★☆★☆★☆★☆★//////////////
00035 
00036 
00037 
00038 //スイッチ状態の定義
00039 #define PUSH    0       //スイッチ押したときの状態
00040 #define PULL    1       //スイッチ離したときの状態
00041 //機体状態の定義
00042 #define STOP                0x80   //機体停止状態
00043 #define RUN_START           0x40   //スタートマーカ通過
00044 #define RUN_COURSE_LOUT     0x20   //左コースアウト状態
00045 #define RUN_COURSE_CENTER   0x18   //ライン中央走行状態
00046 #define RUN_COURSE_ROUT     0x04   //右コースアウト状態
00047 #define SECOND_RUN          0x02   //機体停止状態
00048 #define TUARD_RUN           0x01   //機体設定モード
00049 
00050 //デジタル入力オブジェクト定義
00051 DigitalIn   push_sw(D13);
00052 /////アナログ入力オブジェクト定義//////////
00053 AnalogIn    s1(D3);
00054 AnalogIn    s2(A6);
00055 AnalogIn    s3(A5);
00056 AnalogIn    s4(A4);
00057 AnalogIn    s5(A3);
00058 AnalogIn    s6(A2);
00059 AnalogIn    s7(A1);
00060 AnalogIn    s8(A0);
00061 ///////////////////////////////////////  
00062 Serial      PC(USBTX,USBRX);
00063 CRotaryEncoder encoder_a(D1,D0);    //モータAのエンコーダ
00064 CRotaryEncoder encoder_b(D11,D12);  //モータBのエンコーダ
00065 Ticker      timer;              //タイマ割込み用 
00066 TB6612      motor_a(D2,D7,D6);  //モータA制御用(pwma,ain1,ain2)
00067 TB6612      motor_b(D10,D8,D9); //モータB制御用(pwmb,bin1,bin2)
00068 AQM0802     lcd(I2C_SDA,I2C_SCL);       //液晶制御用
00069 
00070 //使用変数の定義
00071 int    Sw_Ptn;
00072 int    Old_Sw_Ptn;
00073 int    Push_Cnt;
00074 double S1_Data,S2_Data,S3_Data,S4_Data,S5_Data,S6_Data,S7_Data,S8_Data; 
00075 double  All_Sensor_Data;      //ラインセンサ総データ量
00076 double Sensor_Diff[2]={0,0}; //ラインセンサ偏差
00077 double Sensor_P =0.0f;        //ラインセンサP(比例成分)制御量
00078 double Sensor_D =0.0f;        //ラインセンサD(微分成分)制御量
00079 double Sensor_PD=0.0f;       //ラインセンサP,D成分の合計
00080 long int Enc_Count_A=0,Enc_Count_B=0;        //エンコーダパルス数を格納
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 Default_Speed=0;
00085 long int Target_Speed_A=0,Target_Speed_B=0;  //目標速度
00086 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
00087 long int Motor_B_Diff[2]={0,0};         //
00088 float Motor_A_P,Motor_B_P;              //モータ速度制御P成分
00089 float Motor_A_D,Motor_B_D;              //モータ速度制御D成分
00090 float Motor_A_PD,Motor_B_PD;            //モータ速度制御PD合成
00091 float Motor_A_Pwm,Motor_B_Pwm;          //モータへの出力
00092 unsigned char Sensor_Digital    =0x00;
00093 unsigned char Old_Sensor_Digital=0x00;
00094 int   Sensor_Cnt=0;
00095 unsigned char Machine_Status    =STOP;                 //機体状態
00096 unsigned char Old_Machine_Status=0x00;             //過去の機体状態
00097 int Marker_Pass_Flag = 0;
00098 int Old_Marker_Pass_Flag=0;
00099 int Corner_Flag=0;
00100 int SG_Flag=0;
00101 int SG_Cnt=0;
00102 int Cross_Flag=0;
00103 void sensor_analog_read(){
00104     S1_Data=s1.read();
00105     S2_Data=s2.read();
00106     S3_Data=s3.read();
00107     S4_Data=s4.read();
00108     S5_Data=s5.read();
00109     S6_Data=s6.read();
00110     S7_Data=s7.read();
00111     S8_Data=s8.read();    
00112 }
00113 
00114 
00115 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
00116     Sensor_Cnt=0;
00117     Old_Sensor_Digital=Sensor_Digital;
00118     if(S1_Data>GRAY){
00119             Sensor_Digital |= 0x80;   //7ビット目のみセット (1にする。)
00120     }else   Sensor_Digital &= 0x7F;   //7ビット目のみマスク（0にする。）
00121     if(S2_Data>GRAY){
00122             Sensor_Digital |= 0x40;   //6ビット目のみセット (1にする。)
00123             Sensor_Cnt++;
00124     }else   Sensor_Digital &= 0xBF;   //6ビット目のみマスク（0にする。）
00125     if(S3_Data>GRAY){
00126             Sensor_Digital |= 0x20;   //5ビット目のみセット (1にする。)
00127             Sensor_Cnt++;
00128     }else    Sensor_Digital &= 0xDF;   //5ビット目のみマスク（0にする。）
00129     if(S4_Data>GRAY){
00130             Sensor_Digital |= 0x10;   //4ビット目のみセット (1にする。)
00131             Sensor_Cnt++;
00132     }else    Sensor_Digital &= 0xEF;   //4ビット目のみマスク（0にする。）
00133     if(S5_Data>GRAY){
00134             Sensor_Digital |= 0x08;   //3ビット目のみセット (1にする。)
00135             Sensor_Cnt++;
00136     }else   Sensor_Digital &= 0xF7;   //3ビット目のみマスク（0にする。）
00137     if(S6_Data>GRAY){
00138             Sensor_Digital |= 0x04;   //2ビット目のみセット (1にする。)
00139             Sensor_Cnt++;
00140     }else   Sensor_Digital &= 0xFB;   //2ビット目のみマスク（0にする。）
00141     if(S7_Data>GRAY){
00142             Sensor_Digital |= 0x02;   //1ビット目のみセット (1にする。)
00143             Sensor_Cnt++;
00144     }else   Sensor_Digital &= 0xFD;   //1ビット目のみマスク（0にする。）
00145     if(S8_Data>GRAY){
00146             Sensor_Digital |= 0x01;   //0ビット目のみセット (1にする。)
00147     }else   Sensor_Digital &= 0xFE;   //0ビット目のみマスク（0にする。）    
00148 }
00149 
00150 void Machine_Status_Set(){
00151     Old_Machine_Status=Machine_Status; 
00152        
00153     //機体がライン中央に位置するとき
00154     if(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER )Machine_Status|=RUN_COURSE_CENTER;
00155     else Machine_Status &= 0xE7;//ライン中央情報のマスク
00156     if((Sensor_Digital==0x00)&&(Old_Sensor_Digital==0x40)){//左センサコースアウト時
00157         Machine_Status|=RUN_COURSE_LOUT;//左コースアウト状態のビットをセット
00158     }else if((Machine_Status&RUN_COURSE_LOUT)&&(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER)){
00159         //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
00160         Machine_Status &= 0xDF;//左コースアウト情報のみマスク    
00161     }
00162     if((Sensor_Digital==0x00)&&(Old_Sensor_Digital==0x02)){//右センサコースアウト時
00163         Machine_Status|=RUN_COURSE_ROUT;//右コースアウト状態のビットをセット
00164     }else if((Machine_Status&RUN_COURSE_ROUT)&&(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER)){
00165         //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
00166         Machine_Status &= 0xFB;//右コースアウト情報のみマスク    
00167     }     
00168 }
00169 
00170 
00171 //タイマ割り込み1[ms]周期
00172 void timer_interrupt(){
00173     
00174     //ラインセンサ情報取得
00175     sensor_analog_read();
00176     sensor_digital_read();
00177     
00178     //機体状態の取得
00179     Machine_Status_Set();
00180 
00181     //交差点の認識
00182     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。
00183     
00184     //各種マーカの検知
00185     Old_Marker_Pass_Flag=Marker_Pass_Flag;//過去のフラグを退避
00186     if(Sensor_Digital&0x81){                   //マーカセンサ検知時
00187         Marker_Pass_Flag=1;                     //マーカ通過中フラグをON
00188         if(Sensor_Digital&0x80)Corner_Flag=1;  //コーナセンサの検知
00189         if(Sensor_Digital&0x01)SG_Flag=1;      //スタートゴールセンサの検知
00190         if((Corner_Flag==1)&&(SG_Flag==1));//交差点通過中。何もしない    
00191     }else Marker_Pass_Flag=0;//マーカ通過終了       
00192 
00193     //マーカ通過後、マーカ種類判別    
00194     if((Old_Marker_Pass_Flag==1)&&(Marker_Pass_Flag==0)){//マーカ通過後
00195         if(Marker_Run_Distance>MARKER_WIDTH){//マーカ幅がもっともらしいとき
00196             if(Cross_Flag==1);//交差点の時は何もしない
00197             else if((SG_Flag==1)&&(SG_Cnt==0)){//ゴールスタートマーカの時⇒1回目
00198                 SG_Cnt=1;
00199             }else if((SG_Flag==1)&&(SG_Cnt==1)){//ゴールスタートマーカの時⇒2回目
00200                 Machine_Status|=STOP;           //機体停止状態へ
00201                 SG_Cnt=0;    
00202             }else if(Corner_Flag==1){//コーナマーカの時
00203                 //地区大会では何もしない                
00204             }
00205         }else{//マーカではなく、誤検知だった場合。
00206             //何もしない
00207         }
00208         Corner_Flag=0;
00209         SG_Flag=0;
00210         Cross_Flag=0;
00211         Marker_Run_Distance=0;//マーカ通過距離情報リセット
00212     }
00213     
00214     //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）
00215     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);
00216     Sensor_Diff[1]=Sensor_Diff[0];//過去のラインセンサ偏差を退避
00217     Sensor_Diff[0]=All_Sensor_Data;
00218     Sensor_P=All_Sensor_Data*S_KP;                  //ラインセンサ比例成分の演算       
00219     Sensor_D=(Sensor_Diff[0]-Sensor_Diff[1])*S_KD;  //ラインセンサ微分成分の演算
00220     Sensor_PD=Sensor_P+Sensor_D; 
00221     
00222           
00223     ////モータ現在速度の取得            
00224     Enc_Count_A=encoder_a.Get();   //エンコーダパルス数を取得
00225     Enc_Count_B=-encoder_b.Get();
00226     Distance_A=(Enc_Count_A*PULSE_TO_UM);  //移動距離をmm単位で格納
00227     Distance_B=(Enc_Count_B*PULSE_TO_UM);
00228     Speed_A=(Distance_A*1000)/INTERRUPT_TIME;//走行速度演算[mm/s]
00229     Speed_B=(Distance_B*1000)/INTERRUPT_TIME; 
00230     if(Marker_Pass_Flag==1){//マーカ通過中は通過距離情報を蓄積する。
00231         Marker_Run_Distance+=(Distance_A+Distance_B)/2;
00232     }
00233     //エンコーダ関連情報のリセット
00234     Distance_A=0;
00235     Distance_B=0;
00236     encoder_a.Set(0);
00237     encoder_b.Set(0);
00238     
00239     /////各モータの目標速度の設定
00240     Target_Speed_A=Default_Speed;
00241     Target_Speed_B=Default_Speed;
00242     
00243     /////モータの速度制御
00244     //過去の速度偏差を退避
00245     Motor_A_Diff[1]=Motor_A_Diff[0];
00246     Motor_B_Diff[1]=Motor_B_Diff[0];
00247     //現在の速度偏差を取得。    
00248     Motor_A_Diff[0]=(Target_Speed_A-Speed_A);
00249     Motor_B_Diff[0]=(Target_Speed_B-Speed_B);
00250     //P成分演算
00251     Motor_A_P=Motor_A_Diff[0]*M_KP;
00252     Motor_B_P=Motor_B_Diff[0]*M_KP;
00253     //D成分演算
00254     Motor_A_D=(Motor_A_Diff[0]-Motor_A_Diff[1])*M_KD;
00255     Motor_B_D=(Motor_B_Diff[0]-Motor_B_Diff[1])*M_KD;
00256     //モータ速度制御のPD合成
00257     Motor_A_PD=Motor_A_P+Motor_A_D;
00258     Motor_B_PD=Motor_B_P+Motor_B_D;
00259     //最終的なモータ制御量の合成    
00260     Motor_A_Pwm=Motor_A_PD+Sensor_PD;
00261     Motor_B_Pwm=Motor_B_PD-Sensor_PD;
00262 
00263     //モータ制御量の上限下限設定
00264     if(Motor_A_Pwm>0.95f)Motor_A_Pwm=0.95f;
00265     else if(Motor_A_Pwm<-0.95)Motor_A_Pwm=-0.95f;
00266     if(Motor_B_Pwm>0.95f)Motor_B_Pwm=0.95f;
00267     else if(Motor_B_Pwm<-0.95f)Motor_B_Pwm=-0.95f;
00268         
00269     //モータへの出力    
00270     if(!(Machine_Status&STOP)){//マシンが停止状態でなければ
00271         if(Machine_Status&RUN_COURSE_LOUT){         //左端センサ振り切れた時
00272             motor_a=-(-TURN_POWER); //左旋回
00273             motor_b=-(TURN_POWER);    
00274         }else if(Machine_Status&RUN_COURSE_ROUT){   //右端センサ振り切れた時
00275             motor_a=-(TURN_POWER);  //右旋回    
00276             motor_b=-(-TURN_POWER);
00277         }else if(Cross_Flag==1){//交差点通過中
00278             motor_a=-0.3;//交差点なので控えめの速度で直進
00279             motor_b=-0.3;
00280         }
00281         else{
00282             motor_a=-Motor_A_Pwm;
00283             motor_b=-Motor_B_Pwm;
00284         }
00285     }else{//停止状態の時はモータへの出力は無効
00286         motor_a=0;
00287         motor_b=0;        
00288     }                       
00289 }
00290 
00291 
00292 
00293 int main() { 
00294     timer.attach_us(&timer_interrupt,INTERRUPT_TIME);//タイマ割り込みスタート 
00295     lcd.cls();//表示クリア
00296     lcd.locate(0,0);
00297     lcd.print("STOP");    
00298     while(1){
00299         Old_Sw_Ptn=Sw_Ptn;  //過去のスイッチ入力情報を退避
00300         Sw_Ptn=push_sw;     //現在のスイッチ入力情報の取得
00301                  
00302         if((Old_Sw_Ptn==PULL)&&(Sw_Ptn==PUSH)){//スイッチが押された瞬間
00303             wait(0.2);//チャタリング動作落ち着くまでの待ち時間
00304             Push_Cnt++;
00305             if(Push_Cnt>=3)Push_Cnt=3;//スイッチ押下回数の上限は３   
00306             if(Push_Cnt==1){
00307                 lcd.cls();//表示クリア
00308                 lcd.locate(0,0);
00309                 lcd.print("FIRST");
00310                 wait(2);                
00311                 Machine_Status&=0x7F;//STOP状態の解除
00312                 Default_Speed=FIRST_SPEED;
00313             }else if(Push_Cnt==2){
00314                 lcd.cls();//表示クリア
00315                 lcd.locate(0,0);
00316                 lcd.print("SECOND");
00317                 wait(2);                
00318                 Machine_Status&=0x7F;//STOP状態の解除            
00319                 Default_Speed=SECOND_SPEED;
00320             }else if(Push_Cnt==3){
00321                 lcd.cls();//表示クリア
00322                 lcd.locate(0,0);
00323                 lcd.print("THIRD");
00324                 wait(2);                
00325                 Machine_Status&=0x7F;//STOP状態の解除            
00326                 Default_Speed=THIRD_SPEED;
00327             }            
00328         }
00329         //センサ検知情報、機体情報の表示
00330 //        PC.printf("Sensor_Digital:0x%02x\t Machine_Status:0x%02x\t",Sensor_Digital,Machine_Status);
00331         //スタートゴールマーカ検知回数の表示
00332 //        PC.printf("SG_Cnt:%d\r\n",SG_Cnt);                
00333     }
00334 }