島根短大　ライントレーサ制作チーム / Mbed 2 deprecated line_trace_sample_ver6_saitou_tamada

齋藤、玉田要

Dependencies:   mbed AQM0802 CRotaryEncoder TB6612FNG

main.cpp@6:afd8f0d02c8d, 2019-08-27 (annotated)

Committer:
yusaku0125
Date:
Tue Aug 27 05:37:18 2019 +0000
Revision:
6:afd8f0d02c8d
Parent:
5:f635f1f01d2d
Child:
7:cfbf8d4a4d36
test;

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UserRevisionLine numberNew contents of line
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 1 ////ライントレースサンプルver3
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 2 ///モータ速度制御プログラムを追加。
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 3 ///ラインセンサPD制御を追加。
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 4 ///M_KP,M_KDは別途straight_speed_controlのプログラムで検証した値をセットする。
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 5 ///フォトリフレクタのゲイン、ラインセンサの各種成分の調整を行い、
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 6 ///ラインをきれいにトレースできるよう挑戦する。
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 7
yusaku0125 3:e455433c8cae 8 #include "mbed.h"
yusaku0125 3:e455433c8cae 9 #include "CRotaryEncoder.h"
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 10 #include "TB6612.h"
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 11
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 12
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 13 //☆★☆★各種パラメータ調整箇所☆★☆★☆★
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 14 #define DEFAULT_SPEED 900 //機体の直進速度1000[mm/s]
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 15 #define TURN_POWER 0.5 //コースアウト時の旋回力
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 16 #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]
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 17 #define INTERRUPT_TIME 1000 //割りこみ周期[us]
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 18 #define GRAY 0.2f //フォトリフレクタデジタル入力の閾値
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 19 //モータ速度のゲイン関連(むやみに調整しない)
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 20 #define M_KP 0.002f //P(比例)制御成分
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 21 #define M_KD 0.001f //D(微分)制御成分
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 22
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 23 //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。）
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 24 #define S_K1 1.0f //float演算させる値には必ずfを付ける
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 25 #define S_K2 2.0f //2倍
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 26 #define S_K3 4.0f //4倍
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 27
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 28 //ラインセンサ各種制御成分
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 29 #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
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 30 #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。
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 31
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 32
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 33 //////////☆★☆★☆★☆★☆★//////////////
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 34
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 35 //機体状態の定義
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 36 #define STOP 0x80 //機体停止状態
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 37 #define RUN_START 0x40 //スタートマーカ通過
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 38 #define RUN_COURSE_LOUT 0x20 //左コースアウト状態
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 39 #define RUN_COURSE_CENTER 0x18 //ライン中央走行状態
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 40 #define RUN_COURSE_ROUT 0x04 //右コースアウト状態
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 41 #define SECOND_RUN 0x02 //機体停止状態
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 42 #define TUARD_RUN 0x01 //機体設定モード
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 43
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 44 /////アナログ入力オブジェクト定義//////////
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 45 AnalogIn s1(D3);
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 46 AnalogIn s2(A6);
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 47 AnalogIn s3(A5);
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 48 AnalogIn s4(A4);
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 49 AnalogIn s5(A3);
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 50 AnalogIn s6(A2);
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 51 AnalogIn s7(A1);
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 52 AnalogIn s8(A0);
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 53 ///////////////////////////////////////
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 54 Serial PC(USBTX,USBRX);
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 55 CRotaryEncoder encoder_a(D1,D0); //モータAのエンコーダ
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 56 CRotaryEncoder encoder_b(D11,D12); //モータBのエンコーダ
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 57 Ticker timer; //タイマ割込み用
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 58 TB6612 motor_a(D2,D7,D6); //モータA制御用(pwma,ain1,ain2)
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 59 TB6612 motor_b(D10,D8,D9); //モータB制御用(pwmb,bin1,bin2)
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 60
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 61
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 62 //使用変数の定義
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 63 float S1_Data,S2_Data,S3_Data,S4_Data,S5_Data,S6_Data,S7_Data,S8_Data;
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 64 float All_Sensor_Data; //ラインセンサ総データ量
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 65 float Sensor_Diff[2]={0,0}; //ラインセンサ偏差
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 66 float Sensor_P=0.0f; //ラインセンサP(比例成分)制御量
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 67 float Sensor_D=0.0f; //ラインセンサD(微分成分)制御量
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 68 float Sensor_PD=0.0f; //ラインセンサP,D成分の合計
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 69 long int Enc_Count_A=0,Enc_Count_B=0; //エンコーダパルス数を格納
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 70 long int Distance_A=0,Distance_B=0; //タイヤ移動距離を格納[mm]
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 71 long int Speed_A=0, Speed_B=0; //現在速度
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 72 long int Target_Speed_A=0,Target_Speed_B=0; //目標速度
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 73 long int Motor_A_Diff[2]={0,0}; //過去の偏差と現在の偏差を格納
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 74 long int Motor_B_Diff[2]={0,0};
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 75 float Motor_A_P,Motor_B_P; //モータP制御成分
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 76 float Motor_A_D,Motor_B_D; //モータD制御成分
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 77 float Motor_A_Pwm,Motor_B_Pwm; //モータへの出力
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 78 unsigned char Sensor_Digital =0x00;
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 79 unsigned char Old_Sensor_Digital=0x00;
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 80 unsigned char Machine_Status =0x00; //機体状態
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 81 unsigned char Old_Machine_Status=0x00; //過去の機体状態
yusaku0125 3:e455433c8cae 82
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 83
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 84 void sensor_analog_read(){
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 85 S1_Data=s1.read();
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 86 S2_Data=s2.read();
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 87 S3_Data=s3.read();
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 88 S4_Data=s4.read();
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 89 S5_Data=s5.read();
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 90 S6_Data=s6.read();
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 91 S7_Data=s7.read();
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 92 S8_Data=s8.read();
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 93 }
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 94 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
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 95 Old_Sensor_Digital=Sensor_Digital;
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 96 if(S1_Data>GRAY)Sensor_Digital |= 0x80; //7ビット目のみセット (1にする。)
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 97 else Sensor_Digital &= 0x7F; //7ビット目のみマスク（0にする。）
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 98 if(S2_Data>GRAY)Sensor_Digital |= 0x40; //6ビット目のみセット (1にする。)
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 99 else Sensor_Digital &= 0xBF; //6ビット目のみマスク（0にする。）
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 100 if(S3_Data>GRAY)Sensor_Digital |= 0x20; //5ビット目のみセット (1にする。)
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 101 else Sensor_Digital &= 0xDF; //5ビット目のみマスク（0にする。）
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 102 if(S4_Data>GRAY)Sensor_Digital |= 0x10; //4ビット目のみセット (1にする。)
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 103 else Sensor_Digital &= 0xEF; //4ビット目のみマスク（0にする。）
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 104 if(S5_Data>GRAY)Sensor_Digital |= 0x08; //3ビット目のみセット (1にする。)
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 105 else Sensor_Digital &= 0xF7; //3ビット目のみマスク（0にする。）
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 106 if(S6_Data>GRAY)Sensor_Digital |= 0x04; //2ビット目のみセット (1にする。)
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 107 else Sensor_Digital &= 0xFB; //2ビット目のみマスク（0にする。）
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 108 if(S7_Data>GRAY)Sensor_Digital |= 0x02; //1ビット目のみセット (1にする。)
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 109 else Sensor_Digital &= 0xFD; //1ビット目のみマスク（0にする。）
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 110 if(S8_Data>GRAY)Sensor_Digital |= 0x01; //0ビット目のみセット (1にする。)
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 111 else Sensor_Digital &= 0xFE; //0ビット目のみマスク（0にする。）
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 112 }
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 113
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 114 void Machine_Status_Set(){
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 115 Old_Machine_Status=Machine_Status;
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 116 //機体がライン中央に位置するとき
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 117 if(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER )Machine_Status|=RUN_COURSE_CENTER;
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 118 else Machine_Status &= 0xE7;//ライン中央情報のマスク
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 119 if((Sensor_Digital==0x00)&&(Old_Sensor_Digital==0x40)){//左センサコースアウト時
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 120 Machine_Status|=RUN_COURSE_LOUT;//左コースアウト状態のビットをセット
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 121 }else if((Machine_Status&RUN_COURSE_LOUT)&&(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER)){
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 122 //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
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 123 Machine_Status &= 0xDF;//左コースアウト情報のみマスク
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 124 }
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 125 if((Sensor_Digital==0x00)&&(Old_Sensor_Digital==0x02)){//右センサコースアウト時
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 126 Machine_Status|=RUN_COURSE_ROUT;//右コースアウト状態のビットをセット
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 127 }else if((Machine_Status&RUN_COURSE_ROUT)&&(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER)){
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 128 //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
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 129 Machine_Status &= 0xFB;//右コースアウト情報のみマスク
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 130 }
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 131 }
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 132
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 133 void timer_interrupt(){
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 134 //ラインセンサ情報取得
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 135 sensor_analog_read();
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 136 sensor_digital_read();
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 137 Machine_Status_Set();
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 138
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 139 //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）
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 140 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);
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 141 Sensor_Diff[1]=Sensor_Diff[0];//過去のラインセンサ偏差を退避
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 142 Sensor_Diff[0]=All_Sensor_Data;
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 143 Sensor_P=All_Sensor_Data*S_KP; //ラインセンサ比例成分の演算
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 144 Sensor_D=(Sensor_Diff[0]-Sensor_Diff[1])*S_KD; //ラインセンサ微分成分の演算
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 145 Sensor_PD=Sensor_P+Sensor_D;
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 146
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 147
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 148 ////モータ現在速度の取得
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 149 Enc_Count_A=encoder_a.Get(); //エンコーダパルス数を取得
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 150 Enc_Count_B=-encoder_b.Get();
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 151 Distance_A=(Enc_Count_A*PULSE_TO_UM); //移動距離をmm単位で格納
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 152 Distance_B=(Enc_Count_B*PULSE_TO_UM);
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 153 Speed_A=(Distance_A*1000)/INTERRUPT_TIME;//走行速度演算[mm/s]
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 154 Speed_B=(Distance_B*1000)/INTERRUPT_TIME;
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 155 Distance_A=0;
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 156 Distance_B=0;
yusaku0125 3:e455433c8cae 157 encoder_a.Set(0);
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 158 encoder_b.Set(0);
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 159
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 160 /////各モータの目標速度の設定
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 161 Target_Speed_A=DEFAULT_SPEED;
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 162 Target_Speed_B=DEFAULT_SPEED;
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 163
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 164 /////モータの速度制御
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 165 //過去の速度偏差を退避
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 166 Motor_A_Diff[1]=Motor_A_Diff[0];
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 167 Motor_B_Diff[1]=Motor_B_Diff[0];
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 168 //現在の速度偏差を取得。
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 169 Motor_A_Diff[0]=(Target_Speed_A-Speed_A);
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 170 Motor_B_Diff[0]=(Target_Speed_B-Speed_B);
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 171 //P成分演算
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 172 Motor_A_P=Motor_A_Diff[0]*M_KP;
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 173 Motor_B_P=Motor_B_Diff[0]*M_KP;
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 174 //D成分演算
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 175 Motor_A_D=(Motor_A_Diff[0]-Motor_A_Diff[1])*M_KD;
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 176 Motor_B_D=(Motor_B_Diff[0]-Motor_B_Diff[1])*M_KD;
yusaku0125 4:ac9e6772ddb3 177
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 178 Motor_A_Pwm=Motor_A_P+Motor_A_D+Sensor_PD;
yusaku0125 5:f635f1f01d2d 179 Motor_B_Pwm=Motor_B_P+Motor_B_D-Sensor_PD;
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 180 if(Motor_A_Pwm>0.95f)Motor_A_Pwm=0.95f;
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 181 else if(Motor_A_Pwm<-0.95)Motor_A_Pwm=-0.95f;
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 182 if(Motor_B_Pwm>0.95f)Motor_B_Pwm=0.95f;
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 183 else if(Motor_B_Pwm<-0.95f)Motor_B_Pwm=-0.95f;
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 184
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 185 //モータへの出力
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 186
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 187 if(!(Machine_Status&STOP)){//マシンが停止状態でなければ
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 188 if(Machine_Status&RUN_COURSE_LOUT){
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 189 motor_a=-(-TURN_POWER);
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 190 motor_b=-(TURN_POWER);
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 191 }else if(Machine_Status&RUN_COURSE_ROUT){
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 192 motor_a=-(TURN_POWER);
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 193 motor_b=-(-TURN_POWER);
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 194 }else{
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 195 motor_a=-Motor_A_Pwm;
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 196 motor_b=-Motor_B_Pwm;
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 197 }
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 198 }else{//停止状態の時はモータへの出力は無効
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 199 motor_a=0;
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 200 motor_b=0;
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 201 }
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yusaku0125 3:e455433c8cae 203
yusaku0125 3:e455433c8cae 204 int main() {
yusaku0125 3:e455433c8cae 205 timer.attach_us(&timer_interrupt,INTERRUPT_TIME);//タイマ割り込みスタート
yusaku0125 3:e455433c8cae 206 while(1){
yusaku0125 3:e455433c8cae 207 wait(1);
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 208 PC.printf("Sensor_Digital:0x%02x\t Old_Sensor_Digital:0x%02x\t Machine_Status:0x%02x\t Old_Machine_Status:0x%02x\r\n"\
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 209 ,Sensor_Digital,Old_Sensor_Digital\
yusaku0125 6:afd8f0d02c8d 210 ,Machine_Status,Old_Machine_Status);//表示
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