雪犁機器人的設計與實(shí)施
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就在幾周前，我們在這個(gè)博客中展示了電動(dòng)掃雪機的制造商版本，類(lèi)似于許多小商店里的那種。事實(shí)上，我們的機器人是一種特殊的履帶，是傳統掃雪機的縮小版，但可以通過(guò)索尼PS2控制器輕松進(jìn)行無(wú)線(xiàn)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(shuō)它完全基于A(yíng)rduino Uno。在這篇文章中，我們將描述要加載到Arduino上的固件，以執行所有所需的功能，操作驅動(dòng)電機，控制刀片，并根據通過(guò)無(wú)線(xiàn)電接收的命令打開(kāi)/關(guān)閉前投影儀。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/202308/450054.htm
簡(jiǎn)要概述
掃雪機的電氣和電子部分基于A(yíng)rduino Uno Rev.3，它擁有三個(gè)護罩和與這些卡的接口：
PCBWAY
電機驅動(dòng)器DRI0018；
繼電器電路RELAY1CH；
DC/DC轉換器升壓STEPUP30VADJ。
安裝在A(yíng)rduino上的防護罩是控制三個(gè)線(xiàn)性電機的電機防護罩，用于管理刀片的移動(dòng)，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(guò)將其插入連接器來(lái)安裝RX-PS2，它是一個(gè)2.4 GHz的無(wú)線(xiàn)電接收器，用于接收來(lái)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(mǎi)。電源由兩個(gè)7.2 Ah的鉛凝膠電池組成：我們在兩者的中點(diǎn)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(guò)其引腳條為屏蔽的邏輯供電；LED（內部配備限制電阻器）將指示Arduino何時(shí)開(kāi)啟。
12伏電壓也用于馬達護罩的電源部分；事實(shí)上，考慮到三個(gè)線(xiàn)性執行器的高吸收，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的端子PWR。
每個(gè)線(xiàn)性致動(dòng)器由一個(gè)12 Vdc的齒輪電機組成，該電機使用蝸桿沿其長(cháng)度來(lái)回移動(dòng)軸（最大偏移5 cm）。致動(dòng)器的動(dòng)態(tài)負載為50 kg，最大速度為1.3 cm/s。在不移動(dòng)時(shí)，它最多可支撐約250公斤，扭矩螺釘確保即使在沒(méi)有動(dòng)力的情況下也能保持軸的位置。
當發(fā)動(dòng)機達到最大伸展和收縮時(shí)，兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)會(huì )停止發(fā)動(dòng)機，而二極管在達到極限點(diǎn)后允許反向。執行機構由金屬制成，并進(jìn)行密封，以防止灰塵和水進(jìn)入，這是在雪地中操作的強制性條件。
24V電源線(xiàn)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動(dòng)器DRI0018，用四根電線(xiàn)連接到相應的Arduino數字線(xiàn)。模塊的輸出端子連接用于牽引的兩個(gè)24伏馬達。
除了發(fā)動(dòng)機控制器外，24伏還為L(cháng)ED投影儀的部分供電，無(wú)論您是否安裝，其照明都會(huì )根據我們掃雪機電子設備中的光刻膠檢測到的環(huán)境照明條件進(jìn)行調整。
投影儀設計為在220 Vac下工作，然而，由于機器人上沒(méi)有此電壓，為了避免使用逆變器，我們對投影儀進(jìn)行了修改，打開(kāi)投影儀，移除AC/DC，并將電源LED的兩根電線(xiàn)連接到DC/DC轉換器（代碼：STEPUP30VADJ）；后者是一個(gè)開(kāi)關(guān)可調輸出電壓調節器，應該對其進(jìn)行調諧，以提供合適的電流，使LED在大約10瓦的功率下工作。
從遙控器接收數據是分配給屏蔽PS2SHIELD的任務(wù)，為此，制造商提供了我們在A(yíng)rduino草圖中集成的特定庫。屏蔽執行命令接收和解碼；2.4GHz無(wú)線(xiàn)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，在總結了掃雪機的制作和特性后，我們可以繼續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(jiǎn)單；為了理解它的結構是合適的，首先，花幾個(gè)字在受控屏蔽上，特別是在PS2屏蔽上。事實(shí)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(guò)它，所以我們只想說(shuō)，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(zhuān)用庫的主要功能。
該屏蔽允許您使用Playstation 2的無(wú)線(xiàn)控制器（或有線(xiàn)控制器），允許遠程控制機器人或其他設備；因為它的設計，可以與Arduino Uno Rev 3、Duemilanove、Mega和Leonardo一起使用。它配備了一個(gè)重置按鈕來(lái)鏡像Arduino的，帶有跳線(xiàn)來(lái)設置各種波特率（9600、57600、115200 bps），以及一個(gè)狀態(tài)LED和跳線(xiàn)來(lái)選擇用于TX和RX數據的引腳，以替代UART默認值。
我們說(shuō)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(guò)軟件重新分配TX和RX線(xiàn)路，通過(guò)加載適當的庫New 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(kāi)始對Arduino Uno進(jìn)行編程之前，將PS2連接器從Shield上拔下。
PS2屏蔽能夠通過(guò)適當的庫識別和管理PS2控制器的所有按鈕和模擬棒。每個(gè)模擬操縱桿（左和右）有兩個(gè)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(gè)操縱桿有兩個(gè)變量：X軸和Y軸。根據操縱桿的移動(dòng)方式，您可以得到一個(gè)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，數值從128變?yōu)?
?按下，數值從128變?yōu)?55。
X軸：
?中心位置（中性），值為128。
?向左推，數值從128變?yōu)?。
?向右推，數值從128變?yōu)?55。
在“輸出模擬2”中，每個(gè)操縱手柄有四個(gè)變量（上、下、左和右）。當用戶(hù)在一個(gè)方向上移動(dòng)操縱桿時(shí)，4個(gè)變量的值從0變?yōu)?00。左右操縱手柄各有四個(gè)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(xiě)以下聲明：
ps2.getval（p_up）==0
也可以將“p_up”替換為相應的十進(jìn)制值，在本例中為“4”。
屏蔽PS2還能夠處理PS2控制器中的兩個(gè)小型發(fā)動(dòng)機，這兩個(gè)發(fā)動(dòng)機決定振動(dòng)（左和右）：相關(guān)命令需要兩個(gè)字節的數據，第一個(gè)字節指示哪個(gè)電機必須振動(dòng)，而下一個(gè)字節（第二個(gè)字節）指示發(fā)動(dòng)機狀態(tài)或速度。
為了使用處理來(lái)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(kāi)頭，我們包含了語(yǔ)句“#include<shield_PDS2.h>”，該庫需要正確控制屏蔽。
讓我們繼續看LED投影儀的控制，它通過(guò)Arduino Uno Rev3模擬引腳A0進(jìn)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(shí)，草圖激活投影儀，或者更確切地說(shuō)，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(kāi)之間的交換，并通過(guò)它觸發(fā)為投影儀供電的DC/DC轉換器的電源，因此當Arduino Uno（通過(guò)其數字引腳13）進(jìn)入邏輯狀態(tài)1時(shí)，繼電器發(fā)出咔噠聲并閉合上述觸點(diǎn)，打開(kāi)LED投影儀。
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