本帖最后由 Mingming.Zhang 于 2018-7-19 10:28 编辑

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2018-6-10 10:51 上传

如 何 拥 有 一 台 足 够 把 玩 与 学 习 的 机 器 人 ？

它 集 2 轮 驱 动 、自 平 衡，满 足 机 器 人 的 行 动；

灰 度 巡 线、超 声 波 避 障、oled  128x64 的 图 形 显 示；

mpu-6050 模 块 三 轴 加 速 度 + 三 轴 陀 螺 仪，重 心 和 倾 斜 角 测 量；

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小 小 的 身 躯 —— 清 新 不 油 腻

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2018-6-10 10:55 上传

材  料  清  单 ：

————————————————

.n20带编码器金属齿轮减速电机V2 (30:1)

.miniQ小车橡胶轮

.3PI MiniQ N20电机支架

.FireBeetle原型扩展板

.TB6612FNG微型双路直流电机驱动模块

.DFRduino Pro Mini V1.2(16M5V328)

.3.7锂电池.3v转5v升压模块.锂电池充放电模块

———————————————————附加与扩展硬件

.HC-SR04+超声波测距模块

.灰度巡线传感器

硬  件  篇

9KP`W({$QFNUK9C@RQ7MM.jpg (48.08 KB, 下载次数: 21)

2018-6-15 10:25 上传

Board Power Supply 3.35 -12 V (3.3V model) or 5 - 12 V (5V model)

Circuit Operating Voltage 3.3V or 5V (depending on model)

8 MHz (3.3V versions) or 16 MHz (5V versions)

Serial: 0 (RX) and 1 (TX). Used to receive (RX) and transmit (TX) TTL serial data. These pins are connected to the TX-0 and RX-1 pins of the six pin header.

External Interrupts: 2 and 3.These pins can be configured to trigger an interrupt on a low value, a rising or falling edge, or a change in value. See the attachInterrupt function for details.

PWM: 3, 5, 6, 9, 10, and 11. Provide 8-bit PWM output with the analogWrite function.

SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK).These pins support SPI communication, which, although provided by the underlying hardware, is not currently included in the Arduino language.

pro mini作为一款非常小巧的微控制器，大体了解到它的特性(蓝色字体标记)以及工作电压5v(供电是一个项目特别要考虑的指标)

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2018-6-15 10:37 上传

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2018-6-21 09:49 上传

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2018-6-21 09:49 上传Zz的底盘是一块洞洞板，N20电机的输出轴露出洞洞板外(左右对称)；

烧录进代码：

[mw_shl_code=c,true]#include "./PinChangeInt.h"

#include "./MsTimer2.h"

//利用测速码盘计数实现速度PID控制

#include "./BalanceCar.h"

#include "./KalmanFilter.h"

//I2Cdev、MPU6050和PID_v1类库需要事先安装在Arduino 类库文件夹下

#include "./I2Cdev.h"

#include "./MPU6050_6Axis_MotionApps20.h"

#include "Wire.h"

MPU6050 mpu; //实例化一个 MPU6050 对象，对象名称为 mpu

BalanceCar balancecar;

KalmanFilter kalmanfilter;

int16_t ax, ay, az, gx, gy, gz;

//驱动模块控制信号

#define IN1M A3

#define IN2M 7

#define IN3M A0

#define IN4M 8

#define PWMA A2

#define PWMB A1

#define STBY 6

#define PinA_left 3  //中断0

#define PinA_right 2 //中断1

//声明自定义变量

int time;

byte inByte; //串口接收字节

int num;

double Setpoint;                               //角度DIP设定点，输入，输出

double Setpoints, Outputs = 0;                         //速度DIP设定点，输入，输出

double kp = 40, ki = 0.1, kd = 0.3;                  //需要你修改的参数

double kp_speed =1.8, ki_speed = 0.05, kd_speed = 0;            // 需要你修改的参数

double kp_turn = 0, ki_turn = 0, kd_turn = 0;                 //旋转PID设定

const double PID_Original[6] = {38, 0.0, 0.58,4.0, 0.12, 0.0}; //恢复默认PID参数

//转向PID参数

double setp0 = 0, dpwm = 0, dl = 0; //角度平衡点，PWM差，死区，PWM1，PWM2

float value;

//********************angle data*********************//

float Q;

float Angle_ax; //由加速度计算的倾斜角度

float Angle_ay;

float K1 = 0.05; // 对加速度计取值的权重

float angle0 = 0.00; //机械平衡角

int slong;

//********************angle data*********************//

//***************Kalman_Filter*********************//

float Q_angle = 0.001, Q_gyro = 0.005; //角度数据置信度,角速度数据置信度

float R_angle = 0.5 , C_0 = 1;

float timeChange = 5; //滤波法采样时间间隔毫秒

float dt = timeChange * 0.001; //注意：dt的取值为滤波器采样时间

//***************Kalman_Filter*********************//

//*********************************************

//******************** speed count ************

//*********************************************

volatile long count_right = 0;//使用volatile lon类型是为了外部中断脉冲计数值在其他函数中使用时，确保数值有效

volatile long count_left = 0;//使用volatile lon类型是为了外部中断脉冲计数值在其他函数中使用时，确保数值有效

int speedcc = 0;

//脉冲计算/

int lz = 0;

int rz = 0;

int rpluse = 0;

int lpluse = 0;

int sumam;

/脉冲计算

//转向、旋转参数///

int turncount = 0; //转向介入时间计算

float turnoutput = 0;

//转向、旋转参数///

//Wifi控制量///

#define run_car     '1'//按键前

#define back_car    '2'//按键后

#define left_car    '3'//按键左

#define right_car   '4'//按键右

#define stop_car    '0'//按键停

/*小车运行状态枚举*/

enum {

enSTOP = 0,

enRUN,

enBACK,

enLEFT,

enRIGHT,

enTLEFT,

enTRIGHT

} enCarState;

int incomingByte = 0;          // 接收到的 data byte

String inputString = "";         // 用来储存接收到的内容

boolean newLineReceived = false; // 前一次数据结束标志

boolean startBit  = false;  //协议开始标志

int g_carstate = enSTOP; //  1前2后3左4右0停止

String returntemp = ""; //存储返回值

boolean g_autoup = false;

int g_uptimes = 5000;

int front = 0;//前进变量

int back = 0;//后退变量

int turnl = 0;//左转标志

int turnr = 0;//右转标志

int spinl = 0;//左旋转标志

int spinr = 0;//右旋转标志

int bluetoothvalue;//蓝牙控制量

//蓝牙控制量///

//超声波速度//

int chaoshengbo = 0;

int tingzhi = 0;

int jishi = 0;

//超声波速度//

void Code_left();

void Code_right();

//脉冲计算///

void countpluse()

{

lz = count_left;

rz = count_right;

count_left = 0;

count_right = 0;

lpluse = lz;

rpluse = rz;

if ((balancecar.pwm1 < 0) && (balancecar.pwm2 < 0))                     //小车运动方向判断 后退时(PWM即电机电压为负) 脉冲数为负数

{

rpluse = -rpluse;

lpluse = -lpluse;

}

else if ((balancecar.pwm1 > 0) && (balancecar.pwm2 > 0))                 //小车运动方向判断 前进时(PWM即电机电压为正) 脉冲数为负数

{

rpluse = rpluse;

lpluse = lpluse;

}

else if ((balancecar.pwm1 < 0) && (balancecar.pwm2 > 0))                 //小车运动方向判断 前进时(PWM即电机电压为正) 脉冲数为负数

{

rpluse = rpluse;

lpluse = -lpluse;

}

else if ((balancecar.pwm1 > 0) && (balancecar.pwm2 < 0))               //小车运动方向判断 左旋转 右脉冲数为负数 左脉冲数为正数

{

rpluse = -rpluse;

lpluse = lpluse;

}

//提起判断

balancecar.stopr += rpluse;

balancecar.stopl += lpluse;

//每5ms进入中断时，脉冲数叠加

balancecar.pulseright += rpluse;

balancecar.pulseleft += lpluse;

sumam = balancecar.pulseright + balancecar.pulseleft;

}

脉冲计算///

//角度PD

void angleout()

{

balancecar.angleoutput = kp * (kalmanfilter.angle + angle0) + kd * kalmanfilter.Gyro_x;//PD 角度环控制

}

//角度PD

//

//中断定时 5ms定时中断

/

void inter()

{

sei();

countpluse();                                     //脉冲叠加子函数

mpu.getMotion6(&ax, &ay, &az, &gx, &gy, &gz);     //IIC获取MPU6050六轴数据 ax ay az gx gy gz

kalmanfilter.Angletest(ax, ay, az, gx, gy, gz, dt, Q_angle, Q_gyro, R_angle, C_0, K1);                                   //获取angle 角度和卡曼滤波

angleout();                                       //角度环 PD控制

speedcc++;

if (speedcc >= 8)                                //40ms进入速度环控制

{

Outputs = balancecar.speedpiout(kp_speed, ki_speed, kd_speed, front, back, setp0);

speedcc = 0;

}

turncount++;

if (turncount > 4)                                //40ms进入旋转控制

{

turnoutput = balancecar.turnspin(turnl, turnr, spinl, spinr, kp_turn, kd_turn, kalmanfilter.Gyro_z);                              //旋转子函数

turncount = 0;

}

balancecar.posture++;

balancecar.pwma(Outputs, turnoutput, kalmanfilter.angle, kalmanfilter.angle6, turnl, turnr, spinl, spinr, front, back, kalmanfilter.accelz, IN1M, IN2M, IN3M, IN4M, PWMA, PWMB);                            //小车总PWM输出

}

//

//中断定时 5ms定时中断///

/

void SendAutoUp()

{

g_uptimes --;

if ((g_autoup == true) && (g_uptimes == 0))

{

//自动上报

String CSB, VT;

char temp[10]={0};

float fgx;

float fay;

float leftspeed;

float rightspeed;

fgx = gx;  //传给局部变量

fay = ay;  //传给局部变量

leftspeed = balancecar.pwm1;

rightspeed = balancecar.pwm2;

double Gx = (double)((fgx - 128.1f) / 131.0f);              //角度转换

double Ay = ((double)fay / 16384.0f) * 9.8f;

if(leftspeed > 255 || leftspeed < -255)

return;

if(rightspeed > 255 || rightspeed < -255)

return;

if((Ay < -20) || (Ay > 20))

return;

if((Gx < -3000) || (Gx > 3000))

return;

returntemp = "";

memset(temp, 0x00, sizeof(temp));

//sprintf(temp, "%3.1f", leftspeed);

dtostrf(leftspeed, 3, 1, temp);  // 相當於 %3.2f

String LV = temp;

memset(temp, 0x00, sizeof(temp));

//sprintf(temp, "%3.1f", rightspeed);

dtostrf(rightspeed, 3, 1, temp);  // 相當於 %3.1f

String RV = temp;

memset(temp, 0x00, sizeof(temp));

//sprintf(temp, "%2.2f", Ay);

dtostrf(Ay, 2, 2, temp);  // 相當於 %2.2f

String AC = temp;

memset(temp, 0x00, sizeof(temp));

//sprintf(temp, "%4.2f", Gx);

dtostrf(Gx, 4, 2, temp);  // 相當於 %4.2f

String GY = temp;

CSB = "0.00";

VT = "0.00";

//AC =

returntemp = "$LV" + LV + ",RV" + RV + ",AC" + AC + ",GY" + GY + ",CSB" + CSB + ",VT" + VT + "#";

Serial.print(returntemp); //返回协议数据包

}

if (g_uptimes == 0)

g_uptimes = 5000;

}

// ===    初始设置     ===

void setup() {

// TB6612FNGN驱动模块控制信号初始化

pinMode(IN1M, OUTPUT);                         //控制电机1的方向，01为正转，10为反转

pinMode(IN2M, OUTPUT);

pinMode(IN3M, OUTPUT);                        //控制电机2的方向，01为正转，10为反转

pinMode(IN4M, OUTPUT);

pinMode(PWMA, OUTPUT);                        //左电机PWM

pinMode(PWMB, OUTPUT);                        //右电机PWM

pinMode(STBY, OUTPUT);                        //TB6612FNG使能

//初始化电机驱动模块

digitalWrite(IN1M, 0);

digitalWrite(IN2M, 1);

digitalWrite(IN3M, 1);

digitalWrite(IN4M, 0);

digitalWrite(STBY, 1);

analogWrite(PWMA, 0);

analogWrite(PWMB, 0);

pinMode(PinA_left, INPUT);  //测速码盘输入

pinMode(PinA_right, INPUT);

// 加入I2C总线

Wire.begin();                            //加入 I2C 总线序列

Serial.begin(9600);                       //开启串口，设置波特率为 115200

delay(1500);

mpu.initialize();                       //初始化MPU6050

delay(2);

balancecar.pwm1 = 0;

balancecar.pwm2 = 0;

//5ms定时中断设置  使用timer2    注意：使用timer2会对pin3 pin11的PWM输出有影响，因为PWM使用的是定时器控制占空比，所以在使用timer的时候要注意查看对应timer的pin口。

MsTimer2::set(5, inter);

MsTimer2::start();

}

turn//

void ResetPID()

{

kp = PID_Original[0];

ki =  PID_Original[1];

kd =  PID_Original[2];                     //需要你修改的参数

kp_speed =  PID_Original[3];

ki_speed =  PID_Original[4];

kd_speed =  PID_Original[5];  // 需要你修改的参数

}

void ResetCarState()

{

turnl = 0;

turnr = 0;

front = 0;

back = 0;

spinl = 0;

spinr = 0;

turnoutput = 0;

}

// ===       主循环程序体       ===

void loop() {

String returnstr = "$0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0cm,8.2V#";  //默认发送

//主函数中循环检测及叠加脉冲 测定小车车速  使用电平改变既进入脉冲叠加 增加电机的脉冲数，保证小车的精确度。

attachInterrupt(0, Code_left, CHANGE);

attachPinChangeInterrupt(PinA_right, Code_right, CHANGE);

//kongzhi(); //蓝牙接口

//

//Serial.println(kalmanfilter.angle);

//Serial.print("\t");

//Serial.print(bluetoothvalue);

//Serial.print("\t");

//      Serial.print( balancecar.angleoutput);

//      Serial.print("\t");

//      Serial.print(balancecar.pwm1);

//      Serial.print("\t");

//      Serial.println(balancecar.pwm2);

//      Serial.print("\t");

//      Serial.println(balancecar.stopr);

//      Serial.print("\t");

if (newLineReceived)

{

switch (inputString[1])

{

case run_car:   g_carstate = enRUN;   break;

case back_car:  g_carstate = enBACK;  break;

case left_car:  g_carstate = enLEFT;  break;

case right_car: g_carstate = enRIGHT; break;

case stop_car:  g_carstate = enSTOP;  break;

default: g_carstate = enSTOP; break;

}

//判断协议是否有丢包

/* if(inputString.length() < 21)

{

//恢复默认

inputString = "";   // clear the string

newLineReceived = false;

//Serial.print(returnstr);

goto a;

}*/

if (inputString[3] == '1' && inputString.length() == 21) //左摇

{

g_carstate = enTLEFT;

//Serial.print(returnstr);

}

else if (inputString[3] == '2' && inputString.length() == 21) //右摇

{

g_carstate = enTRIGHT;

// Serial.print(returnstr);

}

if (inputString[5] == '1') //查询PID

{

char charkp[7], charkd[7], charkpspeed[7], charkispeed[7];

dtostrf(kp, 3, 2, charkp);  // 相當於 %3.2f

dtostrf(kd, 3, 2, charkd);  // 相當於 %3.2f

dtostrf(kp_speed, 3, 2, charkpspeed);  // 相當於 %3.2f

dtostrf(ki_speed, 3, 2, charkispeed);  // 相當於 %3.2f

String strkp = charkp; String strkd = charkd; String strkpspeed = charkpspeed; String strkispeed = charkispeed;

returntemp = "$0,0,0,0,0,0,AP" + strkp + ",AD" + strkd + ",VP" + strkpspeed + ",VI" + strkispeed + "#";

Serial.print(returntemp); //返回协议数据包

}

else if (inputString[5] == '2') //恢复PID

{

ResetPID();

Serial.print("$OK#"); //返回协议数据包

}

if (inputString[7] == '1') //自动上报

{

g_autoup = true;

Serial.print("$OK#"); //返回协议数据包

}

else if (inputString[7] == '2') //停止自动上报

{

g_autoup = false;

Serial.print("$OK#"); //返回协议数据包

}

if (inputString[9] == '1') //角度环更新 $0,0,0,0,1,1,AP23.54,AD85.45,VP10.78,VI0.26#

{

int i = inputString.indexOf("AP");

int ii = inputString.indexOf(",", i);

if(ii > i)

{

String m_skp = inputString.substring(i + 2, ii);

m_skp.replace(".", "");

int m_kp = m_skp.toInt();

kp = (double)( (double)m_kp / 100.0f);

}

i = inputString.indexOf("AD");

ii = inputString.indexOf(",", i);

if(ii > i)

{

//ki = inputString.substring(i+2, ii);

String m_skd = inputString.substring(i + 2, ii);

m_skd.replace(".", "");

int m_kd = m_skd.toInt();

kd = (double)( (double)m_kd / 100.0f);

}

Serial.print("$OK#"); //返回协议数据包

}

if (inputString[11] == '1') //速度环更新

{

int i = inputString.indexOf("VP");

int ii = inputString.indexOf(",", i);

if(ii > i)

{

String m_svp = inputString.substring(i + 2, ii);

m_svp.replace(".", "");

int m_vp = m_svp.toInt();

kp_speed = (double)( (double)m_vp / 100.0f);

}

i = inputString.indexOf("VI");

ii = inputString.indexOf("#", i);

if(ii > i)

{

String m_svi = inputString.substring(i + 2, ii);

m_svi.replace(".", "");

int m_vi = m_svi.toInt();

ki_speed = (double)( (double)m_vi / 100.0f);

Serial.print("$OK#"); //返回协议数据包

}

}

//恢复默认

inputString = "";   // clear the string

newLineReceived = false;

}

a:    switch (g_carstate)

{

case enSTOP: turnl = 0; turnr = 0;  front = 0; back = 0; spinl = 0; spinr = 0; turnoutput = 0; break;

case enRUN: ResetCarState();front = 250; break;

case enLEFT: turnl = 1; break;

case enRIGHT: turnr = 1; break;

case enBACK: ResetCarState();back = -250; break;

case enTLEFT: spinl = 1; break;

case enTRIGHT: spinr = 1; break;

default: front = 0; back = 0; turnl = 0; turnr = 0; spinl = 0; spinr = 0; turnoutput = 0; break;

}

//增加自动上报

SendAutoUp();

}

pwm///

//脉冲中断计算/

void Code_left() {

count_left ++;

} //左测速码盘计数

void Code_right() {

count_right ++;

} //右测速码盘计数

//脉冲中断计算/

//serialEvent()是IDE1.0及以后版本新增的功能，不清楚为什么大部份人不愿意用，这个可是相当于中断功能一样的啊!

int num1 = 0;

void serialEvent()

{

while (Serial.available())

{

incomingByte = Serial.read();              //一个字节一个字节地读，下一句是读到的放入字符串数组中组成一个完成的数据包

if (incomingByte == '$')

{

num1 = 0;

startBit = true;

}

if (startBit == true)

{

num1++;

inputString += (char) incomingByte;     // 全双工串口可以不用在下面加延时，半双工则要加的//

}

if (startBit == true && incomingByte == '#')

{

newLineReceived = true;

startBit = false;

}

if(num1 >= 80)

{

num1 = 0;

startBit = false;

newLineReceived = false;

inputString = "";

}

}

}

/*备份*/

#if 0

char chartemp[7];

dtostrf(ax, 3, 2, chartemp);  // 相當於 %3.2f

String strax = chartemp;

strax = "\nax:" + strax;

memset(chartemp, 0x00, 7);

dtostrf(ay, 3, 2, chartemp);  // 相當於 %3.2f

String stray = chartemp;

stray = "\nay:" + stray;

memset(chartemp, 0x00, 7);

dtostrf(az, 3, 2, chartemp);  // 相當於 %3.2f

String straz = chartemp;

straz = "\naz:" + straz;

memset(chartemp, 0x00, 7);

dtostrf(gx, 3, 2, chartemp);  // 相當於 %3.2f

String strgx = chartemp;

strgx = "\ngx:" + strgx;

memset(chartemp, 0x00, 7);

dtostrf(gy, 3, 2, chartemp);  // 相當於 %3.2f

String strgy = chartemp;

strgy = "\ngy:" + strgy;

memset(chartemp, 0x00, 7);

dtostrf(gz, 3, 2, chartemp);  // 相當於 %3.2f

String strgz = chartemp;

strgz = "\ngz:" + strgz;

Serial.print(strax + stray + straz + strgx + strgy + strgz); //返回协议数据包

#endif

[/mw_shl_code]

完成！