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