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     DEFAULT_SPEED1  900
00011 #define     TURN_POWER      0.6     //コースアウト時の旋回力
00012 #define     PULSE_TO_UM     28      //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    0.2f    //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    10000      //マーカ幅[um]（ビニルテープ幅19000[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            2.4f    //2倍
00026 #define     S_K3            4.7f    //4倍
00027 
00028 //ラインセンサ各種制御成分
00029 #define     S_KP            1.0f    //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            0.5f    //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    s1(D3);
00052 AnalogIn    s2(A6);
00053 AnalogIn    s3(A5);
00054 AnalogIn    s4(A4);
00055 AnalogIn    s5(A3);
00056 AnalogIn    s6(A2);
00057 AnalogIn    s7(A1);
00058 AnalogIn    s8(A0);
00059 ///////////////////////////////////////  
00060 Serial      PC(USBTX,USBRX);
00061 CRotaryEncoder encoder_a(D1,D0);    //モータAのエンコーダ
00062 CRotaryEncoder encoder_b(D11,D12);  //モータBのエンコーダ
00063 Ticker      timer;              //タイマ割込み用 
00064 TB6612      motor_a(D2,D7,D6);  //モータA制御用(pwma,ain1,ain2)
00065 TB6612      motor_b(D10,D8,D9); //モータB制御用(pwmb,bin1,bin2)
00066 AQM0802     lcd(I2C_SDA,I2C_SCL);       //液晶制御用
00067 
00068 //使用変数の定義
00069 int    Sw_Ptn;
00070 int    Old_Sw_Ptn;
00071 int     Sw=0;
00072 int     Coner_c=0;
00073 char    Coner_str[3];
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 char    Gray_Str[5];        //LCD閾値表示用文字列
00081 float   Gray=DEFAULT_GRAY;
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_A_Rotate=0,Enc_B_Rotate=0;
00084 
00085 long int memory_A=0;
00086 long int memory_B=0;
00087 char    MemoryA_Str[5];
00088 char    MemoryB_Str[5];
00089 long int Distance_A=0,Distance_B=0;          //タイヤ移動距離を格納[mm]
00090 long int Distance_memory_A=0, Distance_memory_B=0;   
00091 
00092 long int Marker_Run_Distance=0; 
00093 long int Speed_A=0,  Speed_B=0;              //現在速度
00094 long int Machine_Speed=DEFAULT_SPEED;
00095 long int Machine_Speed1=DEFAULT_SPEED1;
00096 char     Speed_Str[5];                  //LCD速度表示用文字列
00097 long int Target_Speed_A=0,Target_Speed_B=0;  //目標速度
00098 long int Target_Speed_A1=0,Target_Speed_B1=0;  //目標速度
00099 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
00100 long int Motor_B_Diff[2]={0,0};         //
00101 float Motor_A_P,Motor_B_P;              //モータ速度制御P成分
00102 float Motor_A_D,Motor_B_D;              //モータ速度制御D成分
00103 float Motor_A_PD,Motor_B_PD;            //モータ速度制御PD合成
00104 float Motor_A_Pwm,Motor_B_Pwm;          //モータへの出力
00105 unsigned char Sensor_Digital    =0x00;
00106 unsigned char Old_Sensor_Digital=0x00;
00107 int   Sensor_Cnt=0;
00108 unsigned char Machine_Status    =STOP;                 //機体状態
00109 unsigned char Old_Machine_Status=0x00;             //過去の機体状態
00110 int Marker_Pass_Flag = 0;
00111 int Old_Marker_Pass_Flag=0;
00112 int Corner_Flag=0;
00113 int SG_Flag=0;
00114 int SG_Cnt=0;
00115 int Cross_Flag=0;
00116 void sensor_analog_read(){
00117     S1_Data=s1.read();
00118     S2_Data=s2.read();
00119     S3_Data=s3.read();
00120     S4_Data=s4.read();
00121     S5_Data=s5.read();
00122     S6_Data=s6.read();
00123     S7_Data=s7.read();
00124     S8_Data=s8.read();    
00125 }
00126 
00127 
00128 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
00129     Sensor_Cnt=0;
00130     Old_Sensor_Digital=Sensor_Digital;
00131     if(S1_Data>Gray){
00132             Sensor_Digital |= 0x80;   //7ビット目のみセット (1にする。)
00133     }else   Sensor_Digital &= 0x7F;   //7ビット目のみマスク（0にする。）
00134     if(S2_Data>Gray){
00135             Sensor_Digital |= 0x40;   //6ビット目のみセット (1にする。)
00136             Sensor_Cnt++;
00137     }else   Sensor_Digital &= 0xBF;   //6ビット目のみマスク（0にする。）
00138     if(S3_Data>Gray){
00139             Sensor_Digital |= 0x20;   //5ビット目のみセット (1にする。)
00140             Sensor_Cnt++;
00141     }else    Sensor_Digital &= 0xDF;   //5ビット目のみマスク（0にする。）
00142     if(S4_Data>Gray){
00143             Sensor_Digital |= 0x10;   //4ビット目のみセット (1にする。)
00144             Sensor_Cnt++;
00145     }else    Sensor_Digital &= 0xEF;   //4ビット目のみマスク（0にする。）
00146     if(S5_Data>Gray){
00147             Sensor_Digital |= 0x08;   //3ビット目のみセット (1にする。)
00148             Sensor_Cnt++;
00149     }else   Sensor_Digital &= 0xF7;   //3ビット目のみマスク（0にする。）
00150     if(S6_Data>Gray){
00151             Sensor_Digital |= 0x04;   //2ビット目のみセット (1にする。)
00152             Sensor_Cnt++;
00153     }else   Sensor_Digital &= 0xFB;   //2ビット目のみマスク（0にする。）
00154     if(S7_Data>Gray){
00155             Sensor_Digital |= 0x02;   //1ビット目のみセット (1にする。)
00156             Sensor_Cnt++;
00157     }else   Sensor_Digital &= 0xFD;   //1ビット目のみマスク（0にする。）
00158     if(S8_Data>Gray){
00159             Sensor_Digital |= 0x01;   //0ビット目のみセット (1にする。)
00160     }else   Sensor_Digital &= 0xFE;   //0ビット目のみマスク（0にする。）    
00161 }
00162 
00163 void Machine_Status_Set(){
00164     Old_Machine_Status=Machine_Status; 
00165        
00166     //機体がライン中央に位置するとき
00167     if(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER )Machine_Status|=RUN_COURSE_CENTER;
00168     else Machine_Status &= 0xE7;//ライン中央情報のマスク
00169     if((Sensor_Digital==0x00)&&(Old_Sensor_Digital==0x40)){//左センサコースアウト時
00170         Machine_Status|=RUN_COURSE_LOUT;//左コースアウト状態のビットをセット
00171     }else if((Machine_Status&RUN_COURSE_LOUT)&&(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER)){
00172         //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
00173         Machine_Status &= 0xDF;//左コースアウト情報のみマスク    
00174     }
00175     if((Sensor_Digital==0x00)&&(Old_Sensor_Digital==0x02)){//右センサコースアウト時
00176         Machine_Status|=RUN_COURSE_ROUT;//右コースアウト状態のビットをセット
00177     }else if((Machine_Status&RUN_COURSE_ROUT)&&(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER)){
00178         //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
00179         Machine_Status &= 0xFB;//右コースアウト情報のみマスク    
00180     }     
00181 }
00182 
00183 
00184 //タイマ割り込み1[ms]周期
00185 void timer_interrupt(){
00186     
00187     //ラインセンサ情報取得
00188     sensor_analog_read();
00189     sensor_digital_read();
00190     
00191     //機体状態の取得
00192     Machine_Status_Set();
00193 
00194     //交差点の認識
00195     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。
00196     
00197     //各種マーカの検知
00198     Old_Marker_Pass_Flag=Marker_Pass_Flag;//過去のフラグを退避
00199     if(Sensor_Digital&0x81){                   //マーカセンサ検知時
00200         Marker_Pass_Flag=1;                     //マーカ通過中フラグをON
00201         if(Sensor_Digital&0x80)Corner_Flag=1;  //コーナセンサの検知
00202         if(Sensor_Digital&0x01)SG_Flag=1;      //スタートゴールセンサの検知
00203         if((Corner_Flag==1)&&(SG_Flag==1));//交差点通過中。何もしない    
00204     }else Marker_Pass_Flag=0;//マーカ通過終了       
00205 
00206     //マーカ通過後、マーカ種類判別    
00207     if((Old_Marker_Pass_Flag==1)&&(Marker_Pass_Flag==0)){//マーカ通過後
00208         if(Marker_Run_Distance>MARKER_WIDTH){//マーカ幅がもっともらしいとき
00209             if(Cross_Flag==1);//交差点の時は何もしない
00210             else if((SG_Flag==1)&&(SG_Cnt==0)){//ゴールスタートマーカの時⇒1回目
00211                 SG_Cnt=1;
00212             }else if((SG_Flag==1)&&(SG_Cnt==1)){//ゴールスタートマーカの時⇒2回目
00213                 Machine_Status|=STOP;           //機体停止状態へ
00214                 SG_Cnt=0;    
00215             }else if(Corner_Flag==1){//コーナマーカの時
00216                 Coner_c++;                
00217             }
00218         }else{//マーカではなく、誤検知だった場合。
00219             //何もしない
00220         }
00221         Corner_Flag=0;
00222         SG_Flag=0;
00223         Cross_Flag=0;
00224         Marker_Run_Distance=0;//マーカ通過距離情報リセット
00225     }
00226     
00227     //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）
00228     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);
00229     Sensor_Diff[1]=Sensor_Diff[0];//過去のラインセンサ偏差を退避
00230     Sensor_Diff[0]=All_Sensor_Data;
00231     Sensor_P=All_Sensor_Data*S_KP;                  //ラインセンサ比例成分の演算       
00232     Sensor_D=(Sensor_Diff[0]-Sensor_Diff[1])*S_KD;  //ラインセンサ微分成分の演算
00233     Sensor_PD=Sensor_P+Sensor_D; 
00234     
00235           
00236     ////モータ現在速度の取得            
00237     Enc_Count_A=encoder_a.Get();   //エンコーダパルス数を取得
00238     Enc_Count_B=-encoder_b.Get();
00239     Distance_A=(Enc_Count_A*PULSE_TO_UM);  //移動距離をmm単位で格納
00240     Distance_B=(Enc_Count_B*PULSE_TO_UM);
00241     
00242     Distance_memory_A=(Enc_Count_A*PULSE_TO_UM);
00243     Distance_memory_B=(Enc_Count_B*PULSE_TO_UM);
00244     
00245     Speed_A=(Distance_A*1000);//走行速度演算[mm/s]
00246     Speed_B=(Distance_B*1000);
00247     
00248     if(Machine_Status&STOP){//機体停止状態の時
00249         Enc_A_Rotate+=Enc_Count_A;//閾値用に左エンコーダ値の蓄積
00250         if(Enc_A_Rotate<-6400)Enc_A_Rotate=-6400;
00251         if(Enc_A_Rotate>6400)Enc_A_Rotate=6400;        
00252         Enc_B_Rotate+=Enc_Count_B;//速度用に右エンコーダ値の蓄積
00253         if(Enc_B_Rotate<-6400)Enc_B_Rotate=-6400;
00254         if(Enc_B_Rotate>6400)Enc_B_Rotate=6400;
00255     }
00256     if(Marker_Pass_Flag==1){//マーカ通過中は通過距離情報を蓄積する。
00257         Marker_Run_Distance+=(Distance_A+Distance_B)/2;
00258     }
00259     //エンコーダ関連情報のリセット
00260     Distance_A=0;
00261     Distance_B=0;
00262     encoder_a.Set(0);
00263     encoder_b.Set(0);
00264     
00265     memory_A=Distance_memory_A;
00266     memory_B=Distance_memory_B;
00267     
00268     /////各モータの目標速度の設定
00269     /*if(Sw==0){
00270         
00271         Motor_A_Diff[1]=Motor_A_Diff[0];
00272         Motor_B_Diff[1]=Motor_B_Diff[0];
00273         
00274         Target_Speed_A=Machine_Speed;
00275         Target_Speed_B=Machine_Speed;
00276         
00277         Motor_A_Diff[0]=(Target_Speed_A-Speed_A);
00278         Motor_B_Diff[0]=(Target_Speed_B-Speed_B);
00279     }
00280     else {
00281         
00282         Motor_A_Diff[1]=Motor_A_Diff[0];
00283         Motor_B_Diff[1]=Motor_B_Diff[0];   
00284         
00285         Target_Speed_A1=Machine_Speed1;
00286         Target_Speed_B1=Machine_Speed1;
00287         
00288         Motor_A_Diff[0]=(Target_Speed_A1-Speed_A);
00289         Motor_B_Diff[0]=(Target_Speed_B1-Speed_B);
00290     }
00291     
00292     /////モータの速度制御
00293     //過去の速度偏差を退避
00294  /*   Motor_A_Diff[1]=Motor_A_Diff[0];
00295     Motor_B_Diff[1]=Motor_B_Diff[0];
00296     //現在の速度偏差を取得。    
00297     Motor_A_Diff[0]=(Target_Speed_A-Speed_A);
00298     Motor_B_Diff[0]=(Target_Speed_B-Speed_B);
00299     
00300     Motor_A_Diff[0]=(Target_Speed_A1-Speed_A);
00301     Motor_B_Diff[0]=(Target_Speed_B1-Speed_B);
00302     */
00303     
00304     /*//P成分演算
00305     Motor_A_P=Motor_A_Diff[0]*M_KP;
00306     Motor_B_P=Motor_B_Diff[0]*M_KP;
00307     //D成分演算
00308     Motor_A_D=(Motor_A_Diff[0]-Motor_A_Diff[1])*M_KD;
00309     Motor_B_D=(Motor_B_Diff[0]-Motor_B_Diff[1])*M_KD;
00310     //モータ速度制御のPD合成
00311     Motor_A_PD=Motor_A_P+Motor_A_D;
00312     Motor_B_PD=Motor_B_P+Motor_B_D;
00313     //最終的なモータ制御量の合成    
00314     Motor_A_Pwm=Motor_A_PD+Sensor_PD;
00315     Motor_B_Pwm=Motor_B_PD-Sensor_PD;
00316 
00317    /* //モータ制御量の上限下限設定
00318     if(Motor_A_Pwm>0.95f)Motor_A_Pwm=0.95f;
00319     else if(Motor_A_Pwm<-0.95)Motor_A_Pwm=-0.95f;
00320     if(Motor_B_Pwm>0.95f)Motor_B_Pwm=0.95f;
00321     else if(Motor_B_Pwm<-0.95f)Motor_B_Pwm=-0.95f;
00322         
00323     //モータへの出力    
00324     if(!(Machine_Status&STOP)){//マシンが停止状態でなければ
00325         if(Machine_Status&RUN_COURSE_LOUT){         //左端センサ振り切れた時
00326             motor_a=-(-TURN_POWER); //左旋回
00327             motor_b=-(TURN_POWER);    
00328         }else if(Machine_Status&RUN_COURSE_ROUT){   //右端センサ振り切れた時
00329             motor_a=-(TURN_POWER);  //右旋回    
00330             motor_b=-(-TURN_POWER);
00331         }else if(Cross_Flag==1){//交差点通過中
00332             motor_a=-0.3;//交差点なので控えめの速度で直進
00333             motor_b=-0.3;
00334         }
00335         else{
00336             motor_a=-Motor_A_Pwm;
00337             motor_b=-Motor_B_Pwm;
00338         }
00339     }else{//停止状態の時はモータへの出力は無効
00340         motor_a=0;
00341         motor_b=0;        
00342     }*/                      
00343 }
00344 
00345 int main() { 
00346     timer.attach_us(&timer_interrupt,INTERRUPT_TIME);//タイマ割り込みスタート 
00347     lcd.cls();//表示クリア
00348     lcd.locate(0,0);
00349     lcd.print("STOP");
00350     lcd.locate(0,1);
00351     lcd.print("     ");
00352     
00353     //sprintf(Speed_Str,"%04d",Machine_Speed);
00354     //lcd.print(Speed_Str);        
00355     
00356     while(1){
00357         Old_Sw_Ptn=Sw_Ptn;  //過去のスイッチ入力情報を退避
00358         Sw_Ptn=push_sw;     //現在のスイッチ入力情報の取得
00359         if((!(Old_Machine_Status&STOP))&&(Machine_Status&STOP)){//走行終了時
00360             sprintf(MemoryA_Str,"%d",memory_A);
00361             sprintf(MemoryB_Str,"%d",memory_B);
00362             lcd.locate(0,0);
00363             lcd.print("     ");
00364             lcd.locate(0,0);
00365             //lcd.print("STOP");
00366             
00367             lcd.locate(0,0);
00368             lcd.print(MemoryA_Str);
00369             lcd.locate(0,1);
00370             lcd.print(MemoryB_Str);
00371             
00372             Sw++;
00373                         
00374         }
00375         
00376         if(Machine_Status&STOP){//機体停止状態の時
00377           
00378             Gray=DEFAULT_GRAY+((float)Enc_A_Rotate/16000);//センサ閾値調整
00379             //sprintf(Gray_Str,"%3.2f",Gray);//速度情報文字列変換
00380             //sprintf(Coner_str,"%d",Coner_c);
00381             
00382              
00383             //lcd.print(Gray_Str);
00384             //lcd.print(" ");  
00385             //lcd.print(Coner_str);             
00386             if(Sw==0){
00387                 Machine_Speed=DEFAULT_SPEED+(Enc_B_Rotate/16);//標準速度調整
00388                 sprintf(Speed_Str,"%04d",Machine_Speed);//速度情報文字列変換
00389 
00390             }else {
00391                 Machine_Speed1=DEFAULT_SPEED1+(Enc_B_Rotate/16);
00392                 sprintf(Speed_Str,"%04d",Machine_Speed1);//速度情報文字列変換
00393             }
00394                             
00395             /*lcd.locate(0,1);
00396             lcd.print("      ");
00397             lcd.locate(0,1);
00398             lcd.print(Speed_Str);*/            
00399                             
00400         }
00401         
00402                  
00403         if((Old_Sw_Ptn==PULL)&&(Sw_Ptn==PUSH)){//スイッチが押された瞬間
00404             if(Machine_Status&STOP){//機体停止状態の時
00405                 Coner_c=0;
00406                 lcd.locate(0,0);
00407                 lcd.print("     ");
00408                 lcd.locate(0,0);
00409                 lcd.print("GO!!");
00410                 wait(2);
00411                 Machine_Status&=0x7F;//ストップ状態解除   
00412             }else{//機体走行中であったとき
00413                 //各種フラグのクリア
00414                 Corner_Flag=0;
00415                 SG_Flag=0;
00416                 Cross_Flag=0;
00417                 Marker_Run_Distance=0;//マーカ通過距離情報リセット
00418                                 
00419                 Machine_Status |= STOP;//機体停止状態にする。
00420                 lcd.locate(0,0);
00421                 lcd.print("     ");
00422                 lcd.locate(0,0);
00423                 lcd.print("STOP");                  
00424             }
00425         }               
00426     }
00427 }