雪犁機器人的設(shè)計與實施
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就在幾周前，我們在這個博客中展示了電動掃雪機的制造商版本，類似于許多小商店里的那種。事實上，我們的機器人是一種特殊的履帶，是傳統(tǒng)掃雪機的縮小版，但可以通過索尼PS2控制器輕松進行無線電控制。在第一篇文章中，我們描述了該項目的硬件，即機械和電子控制器，并解釋說它完全基于Arduino Uno。在這篇文章中，我們將描述要加載到Arduino上的固件，以執(zhí)行所有所需的功能，操作驅(qū)動電機，控制刀片，并根據(jù)通過無線電接收的命令打開/關(guān)閉前投影儀。
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/202308/450054.htm
簡要概述
掃雪機的電氣和電子部分基于Arduino Uno Rev.3，它擁有三個護罩和與這些卡的接口：
PCBWAY
電機驅(qū)動器DRI0018；
繼電器電路RELAY1CH；
DC/DC轉(zhuǎn)換器升壓STEPUP30VADJ。
安裝在Arduino上的防護罩是控制三個線性電機的電機防護罩，用于管理刀片的移動，以及允許您與控制臺PlayStation 2（PS2）接口的PS2SHIELD；后一種屏蔽要求通過將其插入連接器來安裝RX-PS2，它是一個2.4 GHz的無線電接收器，用于接收來自上述控制臺的特定命令。
電路中使用的所有電路板和元件都可以在我們的商店購買。電源由兩個7.2 Ah的鉛凝膠電池組成：我們在兩者的中點取12伏，而在該系列的負極和正極之間取24伏。
使用12伏電壓，我們?yōu)锳rduino供電，Arduino將通過其引腳條為屏蔽的邏輯供電；LED（內(nèi)部配備限制電阻器）將指示Arduino何時開啟。
12伏電壓也用于馬達護罩的電源部分；事實上，考慮到三個線性執(zhí)行器的高吸收，直接從Arduino獲得12V是不明智的：您必須選擇將外部電源連接到適當?shù)亩俗覲WR。
每個線性致動器由一個12 Vdc的齒輪電機組成，該電機使用蝸桿沿其長度來回移動軸（最大偏移5 cm）。致動器的動態(tài)負載為50 kg，最大速度為1.3 cm/s。在不移動時，它最多可支撐約250公斤，扭矩螺釘確保即使在沒有動力的情況下也能保持軸的位置。
當發(fā)動機達到最大伸展和收縮時，兩個限位開關(guān)會停止發(fā)動機，而二極管在達到極限點后允許反向。執(zhí)行機構(gòu)由金屬制成，并進行密封，以防止灰塵和水進入，這是在雪地中操作的強制性條件。
24V電源線用于為掃雪機的部分供電，即牽引和投影（可選）部分：第一部分基于電源電機驅(qū)動器DRI0018，用四根電線連接到相應的Arduino數(shù)字線。模塊的輸出端子連接用于牽引的兩個24伏馬達。
除了發(fā)動機控制器外，24伏還為LED投影儀的部分供電，無論您是否安裝，其照明都會根據(jù)我們掃雪機電子設(shè)備中的光刻膠檢測到的環(huán)境照明條件進行調(diào)整。
投影儀設(shè)計為在220 Vac下工作，然而，由于機器人上沒有此電壓，為了避免使用逆變器，我們對投影儀進行了修改，打開投影儀，移除AC/DC，并將電源LED的兩根電線連接到DC/DC轉(zhuǎn)換器（代碼：STEPUP30VADJ）；后者是一個開關(guān)可調(diào)輸出電壓調(diào)節(jié)器，應該對其進行調(diào)諧，以提供合適的電流，使LED在大約10瓦的功率下工作。
從遙控器接收數(shù)據(jù)是分配給屏蔽PS2SHIELD的任務(wù)，為此，制造商提供了我們在Arduino草圖中集成的特定庫。屏蔽執(zhí)行命令接收和解碼；2.4GHz無線電單獨提供（RX_PS2），必須插入屏蔽的連接中。
// Sketch Open Source Snow Plow Robot
// by Vittorio Loschiavo
#include <Shield_PS2.h>
//declare class objects
PS2 ps2=PS2(); //PS2 class object: ps2
int FOTORES = A0;
int RELAY = 13;
int sensorValue = 0;
int ALZAPALA = 12;
int ONALZAPALA = 11;
int RUOTAPALA = 2;
int ONRUOTAPALA = 3;
int E1 = 5; //MOTORE 1 SPEED CONTROL M1_PWM
int E2 = 6; //MOTORE 2 SPEED CONTROL M2_PWM
int M1 = 4; //MOTORE 1 DIRECTION CONTROL M1_EN
int M2 = 7; //MOTORE 2 DIRECTION CONTROL M2_EN
int counter=0;
int stato=0;
int val=0;
int velo=0;
int motori=0;
void setup()
{
Serial.begin(9600);
ps2.init(9600, 8, 9); //initialize the main board to use desired (baudrate, rx, tx)
//for Arduino Mega use RX:10, TX: 11 for software serial
//for Arduino Leonardo use pin 8, 9, 10, 11 as RX and TX for software serial
pinMode (FOTORES, INPUT);
pinMode (RELAY, OUTPUT);
pinMode (RUOTAPALA, OUTPUT);
pinMode (ALZAPALA, OUTPUT);
pinMode (ONRUOTAPALA, OUTPUT);
pinMode (ONALZAPALA, OUTPUT);
pinMode (E1, OUTPUT);
pinMode (M1, OUTPUT);
pinMode (E2, OUTPUT);
pinMode (M2, OUTPUT);
stato=0;
}
void loop(){
motori=0;
if( ps2.getval(p_up)==0 || ps2.getval(p_joy_lu)==100) {
Serial.println("AVANTI"); //
analogWrite (E1,velo); //PWM Speed Control
digitalWrite(M1,HIGH); //
analogWrite (E2,velo); //
digitalWrite(M2,HIGH); ///
motori=1;
}
if (ps2.getval(p_down)==0 || ps2.getval(p_joy_ld)==100) {
Serial.println("INDIETRO");
analogWrite (E1,velo);
digitalWrite(M1,LOW);
analogWrite (E2,velo);
digitalWrite(M2,LOW);
motori=1;
}
if (ps2.getval(p_right)==0 || ps2.getval(p_joy_lr)==100){
Serial.println("DESTRA");
analogWrite (E1,velo);
digitalWrite(M1,HIGH);
analogWrite (E2,velo);
digitalWrite(M2,LOW);
motori=1;
}
if (ps2.getval(p_left)==0 || ps2.getval(p_joy_11)==100) {
Serial.println("SINISTRA"); //
analogWrite (E1,velo); //
digitalWrite(M1,LOW); //
analogWrite (E2,velo); //
digitalWrite(M2,HIGH); //
motori=1; //
}
if (ps2.getval(p_triangle)==0) {
Serial.println("TRIANGOLO"); //
if (velo<250) //
{ //
velo=velo+25; //
} //
else //
{ //
ps2.vibrate(2, 255); //
delay(500); // 500 ms
ps2.vibrate(2,0); //
} //
analogWrite (M1, velo); //
analogWrite (M2, velo); //
Serial.println(velo);
}
if (ps2.getval(p_cross)==0) { //
Serial.println("X"); //
if (velo>0 && velo<=250) //
{ //
velo=velo-25; //
}
else
{
//non fa niente
}
analogWrite (M1, velo);
analogWrite (M2, velo);
Serial.println(velo);
}
if (ps2.getval(p_circle)==0) {
Serial.println("CERCHIO");
if (stato==0)
{ //
stato=stato+1;
delay(100);
Serial.println(stato);
digitalWrite(RELAY, HIGH);
ps2.vibrate(2, 255); //
delay(500); // 500 ms
ps2.vibrate(2,0); //
delay(500);
ps2.vibrate(2,255);
delay(500);
ps2.vibrate(2,0);
}
else
{
stato=0;
delay(100);
Serial.println(stato);
digitalWrite(RELAY, LOW);
ps2.vibrate(2, 255); //
delay(500); // 500 ms
ps2.vibrate(2,0); //
}
}
if (ps2.getval(p_square)==0) { //
Serial.println("QUADRATO");
digitalWrite(E1,0);
digitalWrite(M1,LOW);
digitalWrite(E2,0);
digitalWrite(M2,LOW);
velo=0;
}
if (ps2.getval(p_l1)==0) {
Serial.println("L1");
digitalWrite (ONALZAPALA, HIGH); //
digitalWrite (ALZAPALA, LOW); //
}
if (ps2.getval(p_l1)==1) {
Serial.println("L1");
digitalWrite (ONALZAPALA, LOW); //
digitalWrite (ALZAPALA, LOW); //
}
if (ps2.getval(p_l2)==0) {
Serial.println("L2");
digitalWrite (ONRUOTAPALA, HIGH); //
digitalWrite (RUOTAPALA, LOW); //
}
if (ps2.getval(p_l2)==1) {
Serial.println("L2");
digitalWrite (ONRUOTAPALA, LOW); //
digitalWrite (RUOTAPALA, LOW); //
}
if (ps2.getval(p_r1)==0) {
Serial.println("R1");
digitalWrite (ONALZAPALA, HIGH); //
digitalWrite (ALZAPALA, HIGH); //
}
if (ps2.getval(p_r2)==0) {
Serial.println("R2");
digitalWrite (ONRUOTAPALA, HIGH); //
digitalWrite (RUOTAPALA, HIGH); //
}
if (ps2.getval(p_start)==0) {
Serial.println("START");
}
if (ps2.getval(p_select)==0) {
Serial.println("SELECT");
}
if (motori==0) { //
analogWrite (E1,0);
digitalWrite(M1,LOW);
analogWrite (E2,0);
digitalWrite(M2,LOW);
}
sensorValue = analogRead(FOTORES);
Serial.println(sensorValue);
if (sensorValue<30 || stato==0) {
// {
digitalWrite(RELAY, HIGH);
}
else
{
digitalWrite(RELAY, LOW);
delay(100);
{
//non fa niente
}
}
}好吧，在總結(jié)了掃雪機的制作和特性后，我們可以繼續(xù)討論你最感興趣的東西：固件，也就是要上傳到Arduino Uno中的草圖，這樣它就可以控制掃雪機，并將PlayStation 2控制器發(fā)送的命令傳給他。
機器人的固件相對簡單；為了理解它的結(jié)構(gòu)是合適的，首先，花幾個字在受控屏蔽上，特別是在PS2屏蔽上。事實上，關(guān)于馬達屏蔽，我們在其他文章中已經(jīng)講了很多，因為我們在各種項目中都使用過它，所以我們只想說，它的管理涉及我們已經(jīng)計劃在草圖中包括的特殊庫，需要PWM信號和“啟用”邏輯級別。我們介紹了Shield PS2的相關(guān)功能以及專用庫的主要功能。
該屏蔽允許您使用Playstation 2的無線控制器（或有線控制器），允許遠程控制機器人或其他設(shè)備；因為它的設(shè)計，可以與Arduino Uno Rev 3、Duemilanove、Mega和Leonardo一起使用。它配備了一個重置按鈕來鏡像Arduino的，帶有跳線來設(shè)置各種波特率（9600、57600、115200 bps），以及一個狀態(tài)LED和跳線來選擇用于TX和RX數(shù)據(jù)的引腳，以替代UART默認值。
我們說Arduino Uno引腳D0和D1與硬件串行匹配，它們的含義分別是TX和RX。但是，可以通過軟件重新分配TX和RX線路，通過加載適當?shù)膸霳ew software Serial將它們分配給其他引腳（TX:引腳1、3、9、11–RX:0、2、8、10），這允許在其他硬件資源（或其他屏蔽）尚未使用的其他數(shù)字I/O對上模擬串行端口。
請注意，如果您使用串行硬件（D0，D1）的引腳，請記住在開始對Arduino Uno進行編程之前，將PS2連接器從Shield上拔下。
PS2屏蔽能夠通過適當?shù)膸熳R別和管理PS2控制器的所有按鈕和模擬棒。每個模擬操縱桿（左和右）有兩個軸（X和Y）和兩種輸出格式：模擬1和2。在“模擬輸出1”格式中，每個操縱桿有兩個變量：X軸和Y軸。根據(jù)操縱桿的移動方式，您可以得到一個從0到255的輸出值，對應于操縱桿的位置。
Y軸：
?中心位置（中性），值為128。
?向上推，數(shù)值從128變?yōu)?
?按下，數(shù)值從128變?yōu)?55。
X軸：
?中心位置（中性），值為128。
?向左推，數(shù)值從128變?yōu)?。
?向右推，數(shù)值從128變?yōu)?55。
在“輸出模擬2”中，每個操縱手柄有四個變量（上、下、左和右）。當用戶在一個方向上移動操縱桿時，4個變量的值從0變?yōu)?00。左右操縱手柄各有四個獨立變量。
對于PS2控制器按鈕管理，只需檢查我們感興趣的按鈕的狀態(tài)并讀取返回值，即可：
?如果按下按鈕，則為0；
?如果未按下按鈕，則為1。
例如，如果我們想知道您是否按下了“UP”按鈕，我們必須編寫以下聲明：
ps2.getval（p_up）==0
也可以將“p_up”替換為相應的十進制值，在本例中為“4”。
屏蔽PS2還能夠處理PS2控制器中的兩個小型發(fā)動機，這兩個發(fā)動機決定振動（左和右）：相關(guān)命令需要兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)，第一個字節(jié)指示哪個電機必須振動，而下一個字節(jié)（第二個字節(jié)）指示發(fā)動機狀態(tài)或速度。
為了使用處理來自PS2控制器的命令的屏蔽，我們使用了shield_PS2.h庫。在草圖的開頭，我們包含了語句“#include<shield_PDS2.h>”，該庫需要正確控制屏蔽。
讓我們繼續(xù)看LED投影儀的控制，它通過Arduino Uno Rev3模擬引腳A0進行操作，該引腳連接到檢測環(huán)境光的光刻膠；當照明低于閾值時，草圖激活投影儀，或者更確切地說，它向卡RELAY1CH提供高邏輯狀態(tài)，該卡包含由邏輯電平激活的繼電器。在我們的項目中，我們使用閉合和常開之間的交換，并通過它觸發(fā)為投影儀供電的DC/DC轉(zhuǎn)換器的電源，因此當Arduino Uno（通過其數(shù)字引腳13）進入邏輯狀態(tài)1時，繼電器發(fā)出咔噠聲并閉合上述觸點，打開LED投影儀。
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