main.cpp

00001 ////ライントレースサンプルver7
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     FIRST_SPEED     500     //1走目の基本速度[mm/sec]
00010 #define     SECOND_SPEED    750     //2走目の基本速度[mm/sec]
00011 #define     THIRD_SPEED     1000    //3走目の基本速度[mm/sec]
00012 #define     TURN_POWER      0.5     //コースアウト時の旋回力
00013 #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]
00014 #define     INTERRUPT_TIME  1000    //割りこみ周期[us]
00015 #define     GRAY            0.6f    //フォトリフレクタデジタル入力の閾値
00016                                     //シリアル通信でSensor_Digital値を確認し調整する。
00017 #define     MARKER_WIDTH    15      //マーカ幅[mm]（ビニルテープ幅19[mm]以内）
00018                                     //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。
00019 #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。
00020 //モータ速度のゲイン関連(むやみに調整しない)
00021 #define     M_KP            0.002f  //P(比例)制御成分
00022 #define     M_KD            0.001f  //D(微分)制御成分
00023 
00024 //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。）
00025 #define     S_K1            1.0f    //float演算させる値には必ずfを付ける
00026 #define     S_K2            2.0f    //2倍
00027 #define     S_K3            4.0f    //4倍
00028 
00029 //ラインセンサ各種制御成分
00030 #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
00031 #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。
00032 //////////☆★☆★☆★☆★☆★//////////////
00033 
00034 
00035 
00036 //スイッチ状態の定義
00037 #define PUSH    0       //スイッチ押したときの状態
00038 #define PULL    1       //スイッチ離したときの状態
00039 //機体状態の定義
00040 #define STOP                0x80   //機体停止状態
00041 #define RUN_START           0x40   //スタートマーカ通過
00042 #define RUN_COURSE_LOUT     0x20   //左コースアウト状態
00043 #define RUN_COURSE_CENTER   0x18   //ライン中央走行状態
00044 #define RUN_COURSE_ROUT     0x04   //右コースアウト状態
00045 #define SECOND_RUN          0x02   //機体停止状態
00046 #define TUARD_RUN           0x01   //機体設定モード
00047 
00048 #define FIRST   1
00049 #define SECOND  2
00050 #define THIRD   3
00051 
00052 //デジタル入力オブジェクト定義
00053 DigitalIn   push_sw(D13);
00054 /////アナログ入力オブジェクト定義//////////
00055 AnalogIn    s1(D3);
00056 AnalogIn    s2(A6);
00057 AnalogIn    s3(A5);
00058 AnalogIn    s4(A4);
00059 AnalogIn    s5(A3);
00060 AnalogIn    s6(A2);
00061 AnalogIn    s7(A1);
00062 AnalogIn    s8(A0);
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 int    Run_Mode=FIRST;
00076 double S1_Data,S2_Data,S3_Data,S4_Data,S5_Data,S6_Data,S7_Data,S8_Data; 
00077 double  All_Sensor_Data;      //ラインセンサ総データ量
00078 double Sensor_Diff[2]={0,0}; //ラインセンサ偏差
00079 double Sensor_P =0.0f;        //ラインセンサP(比例成分)制御量
00080 double Sensor_D =0.0f;        //ラインセンサD(微分成分)制御量
00081 double Sensor_PD=0.0f;       //ラインセンサP,D成分の合計
00082 long int Enc_Count_A=0,Enc_Count_B=0;        //エンコーダパルス数を格納
00083 long int Enc_B_Rotate=0;
00084 long int Distance_A=0,Distance_B=0;          //タイヤ移動距離を格納[mm]
00085 long int Marker_Run_Distance=0; 
00086 long int Speed_A=0,  Speed_B=0;              //現在速度
00087 long int Default_Speed=FIRST_SPEED;
00088 long int Target_Speed_A=0,Target_Speed_B=0;  //目標速度
00089 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
00090 long int Motor_B_Diff[2]={0,0};         //
00091 float Motor_A_P,Motor_B_P;              //モータ速度制御P成分
00092 float Motor_A_D,Motor_B_D;              //モータ速度制御D成分
00093 float Motor_A_PD,Motor_B_PD;            //モータ速度制御PD合成
00094 float Motor_A_Pwm,Motor_B_Pwm;          //モータへの出力
00095 unsigned char Sensor_Digital    =0x00;
00096 unsigned char Old_Sensor_Digital=0x00;
00097 int   Sensor_Cnt=0;
00098 unsigned char Machine_Status    =STOP;                 //機体状態
00099 unsigned char Old_Machine_Status=0x00;             //過去の機体状態
00100 int Marker_Pass_Flag = 0;
00101 int Old_Marker_Pass_Flag=0;
00102 int Corner_Flag=0;
00103 int SG_Flag=0;
00104 int SG_Cnt=0;
00105 int Cross_Flag=0;
00106 void sensor_analog_read(){
00107     S1_Data=s1.read();
00108     S2_Data=s2.read();
00109     S3_Data=s3.read();
00110     S4_Data=s4.read();
00111     S5_Data=s5.read();
00112     S6_Data=s6.read();
00113     S7_Data=s7.read();
00114     S8_Data=s8.read();    
00115 }
00116 
00117 
00118 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
00119     Sensor_Cnt=0;
00120     Old_Sensor_Digital=Sensor_Digital;
00121     if(S1_Data>GRAY){
00122             Sensor_Digital |= 0x80;   //7ビット目のみセット (1にする。)
00123     }else   Sensor_Digital &= 0x7F;   //7ビット目のみマスク（0にする。）
00124     if(S2_Data>GRAY){
00125             Sensor_Digital |= 0x40;   //6ビット目のみセット (1にする。)
00126             Sensor_Cnt++;
00127     }else   Sensor_Digital &= 0xBF;   //6ビット目のみマスク（0にする。）
00128     if(S3_Data>GRAY){
00129             Sensor_Digital |= 0x20;   //5ビット目のみセット (1にする。)
00130             Sensor_Cnt++;
00131     }else    Sensor_Digital &= 0xDF;   //5ビット目のみマスク（0にする。）
00132     if(S4_Data>GRAY){
00133             Sensor_Digital |= 0x10;   //4ビット目のみセット (1にする。)
00134             Sensor_Cnt++;
00135     }else    Sensor_Digital &= 0xEF;   //4ビット目のみマスク（0にする。）
00136     if(S5_Data>GRAY){
00137             Sensor_Digital |= 0x08;   //3ビット目のみセット (1にする。)
00138             Sensor_Cnt++;
00139     }else   Sensor_Digital &= 0xF7;   //3ビット目のみマスク（0にする。）
00140     if(S6_Data>GRAY){
00141             Sensor_Digital |= 0x04;   //2ビット目のみセット (1にする。)
00142             Sensor_Cnt++;
00143     }else   Sensor_Digital &= 0xFB;   //2ビット目のみマスク（0にする。）
00144     if(S7_Data>GRAY){
00145             Sensor_Digital |= 0x02;   //1ビット目のみセット (1にする。)
00146             Sensor_Cnt++;
00147     }else   Sensor_Digital &= 0xFD;   //1ビット目のみマスク（0にする。）
00148     if(S8_Data>GRAY){
00149             Sensor_Digital |= 0x01;   //0ビット目のみセット (1にする。)
00150     }else   Sensor_Digital &= 0xFE;   //0ビット目のみマスク（0にする。）    
00151 }
00152 
00153 void Machine_Status_Set(){
00154     Old_Machine_Status=Machine_Status; 
00155        
00156     //機体がライン中央に位置するとき
00157     if(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER )Machine_Status|=RUN_COURSE_CENTER;
00158     else Machine_Status &= 0xE7;//ライン中央情報のマスク
00159     if((Sensor_Digital==0x00)&&(Old_Sensor_Digital==0x40)){//左センサコースアウト時
00160         Machine_Status|=RUN_COURSE_LOUT;//左コースアウト状態のビットをセット
00161     }else if((Machine_Status&RUN_COURSE_LOUT)&&(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER)){
00162         //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
00163         Machine_Status &= 0xDF;//左コースアウト情報のみマスク    
00164     }
00165     if((Sensor_Digital==0x00)&&(Old_Sensor_Digital==0x02)){//右センサコースアウト時
00166         Machine_Status|=RUN_COURSE_ROUT;//右コースアウト状態のビットをセット
00167     }else if((Machine_Status&RUN_COURSE_ROUT)&&(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER)){
00168         //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
00169         Machine_Status &= 0xFB;//右コースアウト情報のみマスク    
00170     }     
00171 }
00172 
00173 
00174 //タイマ割り込み1[ms]周期
00175 void timer_interrupt(){
00176     
00177     //ラインセンサ情報取得
00178     sensor_analog_read();
00179     sensor_digital_read();
00180     
00181     //機体状態の取得
00182     Machine_Status_Set();
00183 
00184     //交差点の認識
00185     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。
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&0x81){                   //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(Sensor_Digital&0x80)Corner_Flag=1;  //コーナセンサの検知
00192         if(Sensor_Digital&0x01)SG_Flag=1;      //スタートゴールセンサの検知
00193         if((Corner_Flag==1)&&(SG_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             }else if((SG_Flag==1)&&(SG_Cnt==1)){//ゴールスタートマーカの時⇒2回目
00203                 Machine_Status|=STOP;           //機体停止状態へ
00204                 SG_Cnt=0;    
00205             }else if(Corner_Flag==1){//コーナマーカの時
00206                 //地区大会では何もしない                
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         Corner_Flag=0;
00212         SG_Flag=0;
00213         Cross_Flag=0;
00214         Marker_Run_Distance=0;//マーカ通過距離情報リセット
00215     }
00216     
00217     //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）
00218     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);
00219     Sensor_Diff[1]=Sensor_Diff[0];//過去のラインセンサ偏差を退避
00220     Sensor_Diff[0]=All_Sensor_Data;
00221     Sensor_P=All_Sensor_Data*S_KP;                  //ラインセンサ比例成分の演算       
00222     Sensor_D=(Sensor_Diff[0]-Sensor_Diff[1])*S_KD;  //ラインセンサ微分成分の演算
00223     Sensor_PD=Sensor_P+Sensor_D; 
00224     
00225           
00226     ////モータ現在速度の取得            
00227     Enc_Count_A=encoder_a.Get();   //エンコーダパルス数を取得
00228     Enc_Count_B=-encoder_b.Get();
00229     Distance_A=(Enc_Count_A*PULSE_TO_UM);  //移動距離をmm単位で格納
00230     Distance_B=(Enc_Count_B*PULSE_TO_UM);
00231     Speed_A=(Distance_A*1000)/INTERRUPT_TIME;//走行速度演算[mm/s]
00232     Speed_B=(Distance_B*1000)/INTERRUPT_TIME;
00233     
00234     if(Machine_Status&STOP){//機体停止状態の時
00235         Enc_B_Rotate+=Enc_Count_B;//モード設定用に右エンコーダ値の蓄積
00236         if(Enc_B_Rotate<0)Enc_B_Rotate=0;
00237         if(Enc_B_Rotate>6400)Enc_B_Rotate=6400;
00238     }
00239     if(Marker_Pass_Flag==1){//マーカ通過中は通過距離情報を蓄積する。
00240         Marker_Run_Distance+=(Distance_A+Distance_B)/2;
00241     }
00242     //エンコーダ関連情報のリセット
00243     Distance_A=0;
00244     Distance_B=0;
00245     encoder_a.Set(0);
00246     encoder_b.Set(0);
00247     
00248     /////各モータの目標速度の設定
00249     Target_Speed_A=Default_Speed;
00250     Target_Speed_B=Default_Speed;
00251     
00252     /////モータの速度制御
00253     //過去の速度偏差を退避
00254     Motor_A_Diff[1]=Motor_A_Diff[0];
00255     Motor_B_Diff[1]=Motor_B_Diff[0];
00256     //現在の速度偏差を取得。    
00257     Motor_A_Diff[0]=(Target_Speed_A-Speed_A);
00258     Motor_B_Diff[0]=(Target_Speed_B-Speed_B);
00259     //P成分演算
00260     Motor_A_P=Motor_A_Diff[0]*M_KP;
00261     Motor_B_P=Motor_B_Diff[0]*M_KP;
00262     //D成分演算
00263     Motor_A_D=(Motor_A_Diff[0]-Motor_A_Diff[1])*M_KD;
00264     Motor_B_D=(Motor_B_Diff[0]-Motor_B_Diff[1])*M_KD;
00265     //モータ速度制御のPD合成
00266     Motor_A_PD=Motor_A_P+Motor_A_D;
00267     Motor_B_PD=Motor_B_P+Motor_B_D;
00268     //最終的なモータ制御量の合成    
00269     Motor_A_Pwm=Motor_A_PD+Sensor_PD;
00270     Motor_B_Pwm=Motor_B_PD-Sensor_PD;
00271 
00272     //モータ制御量の上限下限設定
00273     if(Motor_A_Pwm>0.95f)Motor_A_Pwm=0.95f;
00274     else if(Motor_A_Pwm<-0.95)Motor_A_Pwm=-0.95f;
00275     if(Motor_B_Pwm>0.95f)Motor_B_Pwm=0.95f;
00276     else if(Motor_B_Pwm<-0.95f)Motor_B_Pwm=-0.95f;
00277         
00278     //モータへの出力    
00279     if(!(Machine_Status&STOP)){//マシンが停止状態でなければ
00280         if(Machine_Status&RUN_COURSE_LOUT){         //左端センサ振り切れた時
00281             motor_a=-(-TURN_POWER); //左旋回
00282             motor_b=-(TURN_POWER);    
00283         }else if(Machine_Status&RUN_COURSE_ROUT){   //右端センサ振り切れた時
00284             motor_a=-(TURN_POWER);  //右旋回    
00285             motor_b=-(-TURN_POWER);
00286         }else if(Cross_Flag==1){//交差点通過中
00287             motor_a=-0.3;//交差点なので控えめの速度で直進
00288             motor_b=-0.3;
00289         }
00290         else{
00291             motor_a=-Motor_A_Pwm;
00292             motor_b=-Motor_B_Pwm;
00293         }
00294     }else{//停止状態の時はモータへの出力は無効
00295         motor_a=0;
00296         motor_b=0;        
00297     }                       
00298 }
00299 
00300 
00301 
00302 int main() { 
00303     timer.attach_us(&timer_interrupt,INTERRUPT_TIME);//タイマ割り込みスタート 
00304     lcd.cls();//表示クリア
00305     lcd.locate(0,0);
00306     lcd.print("STOP");
00307     lcd.locate(0,1);
00308     lcd.print("FIRST");        
00309     while(1){
00310         Old_Sw_Ptn=Sw_Ptn;  //過去のスイッチ入力情報を退避
00311         Sw_Ptn=push_sw;     //現在のスイッチ入力情報の取得
00312         if((!(Old_Machine_Status&=STOP))&&(Machine_Status&=STOP)){//走行終了時
00313             lcd.locate(0,0);
00314             lcd.print("     ");
00315             lcd.locate(0,0);
00316             lcd.print("STOP");            
00317         }
00318         if(Machine_Status&STOP){//機体停止状態の時
00319             if((Enc_B_Rotate/1600)<1){//右エンコーダが1回転未満であったら
00320                 if(Run_Mode!=FIRST){
00321                     lcd.cls();//表示クリア
00322                     lcd.locate(0,0);
00323                     lcd.print("STOP");
00324                     lcd.locate(0,1);
00325                     lcd.print("FIRST");
00326                     Run_Mode=FIRST;
00327                     Default_Speed=FIRST_SPEED;
00328                 }               
00329             }else if(((Enc_B_Rotate/1600)>=1)&&((Enc_B_Rotate/1600)<2)){//右エンコーダが1回転以上、2回転未満であったら
00330                 if(Run_Mode!=SECOND){
00331                     lcd.cls();//表示クリア
00332                     lcd.locate(0,0);
00333                     lcd.print("STOP");                    
00334                     lcd.locate(0,1);
00335                     lcd.print("SECOND");//2走目のモードであることを示す。
00336                     Run_Mode=SECOND;
00337                     Default_Speed=SECOND_SPEED; 
00338                 }           
00339             }else if(((Enc_B_Rotate/1600)>=2)&&((Enc_B_Rotate/1600)<3)){//右エンコーダが2回転以上、3回転未満であったら
00340                 if(Run_Mode!=THIRD){
00341                     lcd.cls();//表示クリア
00342                     lcd.locate(0,0);
00343                     lcd.print("STOP");                    
00344                     lcd.locate(0,1);
00345                     lcd.print("THIRD");//2走目のモードであることを示す。
00346                     Run_Mode=THIRD;
00347                     Default_Speed=THIRD_SPEED;
00348                 }             
00349             }
00350             
00351         }
00352         
00353                  
00354         if((Old_Sw_Ptn==PULL)&&(Sw_Ptn==PUSH)){//スイッチが押された瞬間
00355             if(Machine_Status&STOP){//機体停止状態の時
00356                 lcd.locate(0,0);
00357                 lcd.print("     ");
00358                 lcd.locate(0,0);
00359                 lcd.print("GO!!");
00360                 wait(2);
00361                 Machine_Status&=0x7F;//ストップ状態解除
00362             }else{//機体走行中であったとき
00363                 //各種フラグのクリア
00364                 Corner_Flag=0;
00365                 SG_Flag=0;
00366                 Cross_Flag=0;
00367                 Marker_Run_Distance=0;//マーカ通過距離情報リセット
00368                                 
00369                 Machine_Status |= STOP;//機体停止状態にする。
00370                 lcd.locate(0,0);
00371                 lcd.print("     ");
00372                 lcd.locate(0,0);
00373                 lcd.print("STOP");                  
00374             }
00375         }               
00376     }
00377 }