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[树莓派+.NET MF打造视频监控智能车]控制篇(.NET MF)

点滴 admin 5年前 (2014-10-31) 270次浏览 已收录 扫描二维码

我们介绍了SonyPS2手柄信号的采集和编程,通过简单的封装,以事件的方式向我们提供按键信息。本篇文章主要介绍.NET Micro Framework系统接受到按键信息后,如何驱动小车马达和控制机械手的。

    无论是驱动小车马达还是控制机械手,都是通过输出PWM来控制的,只是控制PWM输出的方式有些不同而已,我们先介绍一下小车马达的控制。

    由于驱动马达需要相对比较大的电流,所以主芯片的IO是无法直接驱动的,中间需要连接一个驱动器。也就是说主芯片输出PWM控制驱动器,由驱动器输出大电流来驱动马达。

    一般情况下一个驱动器可以驱动两路马达,而驱动一个马达一般需要两路信号,通过控制两路PWM的输出,来控制马达的转速和方向。我们这款小车选用的是一个带光电隔离,高功率的一个驱动器,一路马达,需要三路IO控制,其中2路是控制方向,一路输出PWM控制小车的转速。

   

    一个驱动器
块,需要4个GPIO(控制方向)2路PWM,加上一路3V3和GND,共8路,我们采用标准.NETGadgeteer接口进行连接(10个pin:1
个3V3,1个5V,1个GND,7个GPIO通道),可以直接插入凌霄开发板上的两个.NET
Gadgeteer接口上,接线显的简单直接(上图所示的两个扁平电缆就是)。

    机械手控制就更为容易了,一个舵机三根线,电源(5V),地和信号线(PWM),三个舵机,一共需要3路PWM输出控制。注意电源也需要特别提供。PWM由凌霄开发板IO直接输出。

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    下面介绍一下.NETMicro Framework的PWM接口函数类。

    public class PWM : IDisposable

    {

    publicPWM(Cpu.PWMChannelchannel, double frequency_Hz,double dutyCycle, boolinvert);

    publicPWM(Cpu.PWMChannelchannel, uint period, uintduration, PWM.ScaleFactorscale, bool invert);

    public uint Duration { get; set; }

    public double DutyCycle { get;set; }

    public double Frequency { get;set; }

    public uint Period { get; set; }

    public void Start();

    public void Stop();

    //… 省略一些非主要函数

    }

    两个构造函数,分别介绍一下。

    PWM(Cpu.PWMChannel channel, doublefrequency_Hz, double dutyCycle, bool invert);

    channel ? 通道,不同的系统,支持的通道个数不同,比如凌霄系统支持16路,应该算比较多的。

    frequency_Hz ? 频率,单位是Hz,发出脉冲的频率值。

    dutyCycle ? 占空比, 一个0~1之间的数,表示一个周期中,高电平持续时间和整个周期的比值。

    Invert ? 信号翻转,高低电平翻转切换,一般底层都没有处理该参数,所以一般设置为false。

    public PWM(Cpu.PWMChannel channel, uintperiod, uint duration, PWM.ScaleFactorscale, bool invert);

    channel ? 通道。

    period ? 周期。单位和scale的选项一致。

    duration ? 高电平持续时间,单位和周期一致。

    scale ? 周期的时间单位,可以是毫秒、微秒、纳秒,建议选择微秒。

    Invert ? 信号翻转。

    第一个构造函数,一般控制马达用,参数设置显的比较直观。频率可以是1K~250KHz(建议10K左右),通过设置占空比的大小(0就是停止,1就是全速),来进行调速。

    第二个构造函数,适合控制舵机用,舵机典型的控制曲线如下:

    417x229

    F就是所谓的周期了,如果我们设置scale为微秒,则可以直接设置为20000,所谓的脉宽就是duration的值,你可以设置为1000~2000之间(不同舵机,这个区域的值会有不同,请根据实际进行调整)。

    有了以上的介绍,我们就可以很容易地完成马达驱动和舵机控制了。

    A.驱动马达

    马达驱动控制参数定义:

    static PWM[]motor_pwm = new PWM[4];

    static double[]frequency = new double[]{ 10000, 10000, 10000, 10000 };

    static double[]dutyCycle = new double[]{ 0, 0, 0, 0};

    static bool[] states1 = new bool[] { true, false, true, false, true, false, true, false };

    static bool[] states2= new bool[] { false, true, false, true, false, true, false, true };

    static OutputPort[] In = newOutputPort[8];

    马达驱动初始化:

    //初始化马达控制

    //方向IO

 
  Cpu.Pin[] pins = new Cpu.Pin[] { Mainboard.Gadgeteer.Socket2.Pin4,
Mainboard.Gadgeteer.Socket2.Pin5,Mainboard.Gadgeteer.Socket2.Pin6,
Mainboard.Gadgeteer.Socket2.Pin7,

   
Mainboard.Gadgeteer.Socket1.Pin4,
Mainboard.Gadgeteer.Socket1.Pin5,Mainboard.Gadgeteer.Socket1.Pin6,
Mainboard.Gadgeteer.Socket1.Pin7};

    for (int i = 0; i < In.Length; i++)

    {

    In[i] = newOutputPort(pins[i], false);

    }

    //马达速度PWM输出

 
  Cpu.PWMChannel[] motor_chanels = new Cpu.PWMChannel[] {
Mainboard.PWM.Channel13, Mainboard.PWM.Channel14,
Mainboard.PWM.Channel2, Mainboard.PWM.Channel3 };

    for (int i = 0; i < motor_pwm.Length; i++)

    {

    motor_pwm[i] = newPWM(motor_chanels[i], frequency[i],dutyCycle[i], false);

    motor_pwm[i].Start();

    }

    马达控制:

    在Sony PS2的事件代码中,我们填写如下代码:

    static void ps2_Click(object sender, PS2.ButtonArgs e)

    {

    if(e.key == PS2.Key.RRocker)

    {

    PS2ps2 = (PS2)sender;

    PS2.ButtonArgs button = ps2.GetButton(PS2.Key.L2);

    if(button.state == 1) //L2按下

    {

    byte[]buffer = new byte[]{ 0xAA, (byte)e.x, (byte)e.y,0x55 };

    piPort.Write(buffer, 0, 4);

    piPort.Flush();

    //左右旋转

    steering_pwm[3].Duration = (UInt32)(durations[3] + (128 – e.x) * 5);

    //上下旋转

    steering_pwm[4].Duration = (UInt32)(durations[4] + (128 – e.y) * 5);

    }

    Else //L2抬起

    {

    //小车运动

    UInt32[]values = new UInt32[4];

    UInt32x = (UInt32)(System.Math.Abs(e.x- 128));

    UInt32y = (UInt32)(System.Math.Abs(e.y- 128));

    for(int i = 0; i < values.Length; i++)values[i] = y;

    if(e.y < 128)

    {

    //前进

    for(int i = 0; i < In.Length; i++)In[i].Write(states2[i]);

    //拐弯

    if(x > 30)

    {

    if (e.x < 128)

    {

    values[2] = x;

    values[3] = x;

    }

    else

    {

    values[0] = x;

    values[1] = x;

    }

    }

    }

    else

    {

    //后退

    for(int i = 0; i < In.Length; i++)In[i].Write(states1[i]);

    //拐弯

    if(x > 30)

    {

    if (e.x < 128)

    {

    values[0] = x;

    values[1] = x;

    }

    else

    {

    values[2] = x;

    values[3] = x;

    }

    }

    }

    //设置占空比

    for(int i = 0; i < motor_pwm.Length; i++)motor_pwm[i].DutyCycle = (values[i] / 128.0);

    }

    }

    }

    B、驱动舵机

    舵机参数定义:

    static PWM[] steering_pwm = new PWM[5];

 
  static UInt32[]periods = new UInt32[]{ 20000, 20000, 20000, 20000,
20000 };//周期 static UInt32[]durations = new UInt32[]{ 1390, 1500, 1390,
1550, 1420 }; //脉宽

    舵机初始化:

   
Cpu.PWMChannel[]steering_chanels = new Cpu.PWMChannel[] {
Mainboard.PWM.Channel8, Mainboard.PWM.Channel9, Mainboard.PWM.Channel6,
Mainboard.PWM.Channel0, Mainboard.PWM.Channel4 };

    for (int i = 0; i < steering_pwm.Length; i++)

    {

    steering_pwm[i] = new PWM(steering_chanels[i],periods[i], durations[i], PWM.ScaleFactor.Microseconds, false);

    steering_pwm[i].Start();

    }

    舵机控制:

    static void ps2_Click(object sender, PS2.ButtonArgs e)

    {

    if (e.key == PS2.Key.LRocker) //左摇杆事件

    {

    //控制机械臂左右旋转

    steering_pwm[0].Duration = (UInt32)(durations[0] + (128 – e.x) * 5);

    //控制机械臂上下旋转

    steering_pwm[1].Duration = (UInt32)(durations[1] + (128 – e.y) * 5);

    }

    else if (e.key == PS2.Key.R2) //按下右R2键

    {

    //打开钳子

    value += 10; if (value > 255) value = 255;

    steering_pwm[2].Duration = (UInt32)(durations[2] + (value – 128) * 5);

    }

    else if (e.key == PS2.Key.R1) //按下右R1键

    {

    //闭合钳子

    value -= 10;if (value < 0) value = 0;

    steering_pwm[2].Duration = (UInt32)(durations[2] + (value – 128) * 5);

    }

    }

    C、视频演示

   

    视频链接:http://v.youku.com/v_show/id_XNjY2MTE1NjQ0.html

    小结:

    1、 .NET Micro Framework PWM类的设计,非常符合用户的认知和使用习惯,可以非常方便地实现相应功能。

    2、 通过VS2010/VS2012在线调试,可以快速地测试出合适的控制值。

    3、 以上代码大概十几分钟就可以完成,充分体现了.NET Micro Framework快速开发的特性。

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关于作者:
少将,关注Web全栈开发、项目管理,持续不断的学习、努力成为一个更棒的开发,做最好的自己,让世界因你不同。