14 - 输出控制:电机输出

电机输出是车轮的动力来源,智能车的控制最后都要落实到电机输出。
参考 http://feichashao.com/ftm/

输出到电机的电压是不变的(12V),要控制输出动力大小,就要控制占空比的大小。
占空比越大,动力输出越大。(可以当作是线性的)

对于平衡直立车,输出动力的大小应该是 直立控制量+速度控制量+方向控制量 的叠加,而且左右轮各自的量是不一样的。
获得了直立速度方向控制量的总和,就可以输出到电机上了。
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13 - 读取传感器:数字摄像头

读取摄像头是高潮,运气好的话几行代码一调就出来,不幸的话,整一个多月发现摄像头原来是坏的orz...

时序关系

帧。 帧是一幅完整的图像。以我们所用的数字摄像头为例(型号我忘了),默认设置下1秒有30帧。

场。 一帧包含两个场,奇数场和偶数场。奇数场传送奇数行数据,偶数场传送偶数行数据。如果一帧(一副完整图片)有480行,那么奇数场和偶数场会各有240行,奇数场传第1,3,5....行,传完后到偶数场传2,4,6....行。奇数场和偶数场传送的是同一幅图像的不同行,对提取道路信息来说,只使用奇数场/偶数场的数据就足够了。每一场的开始,会出现一个场中断。

行。 如果一幅图像是640*480,那么一行就有640个像素点。 每一行的开始,会出现一个行中断。
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12 - 读取传感器:编码器

对于四轮车,只要电机的输出保持恒定,速度基本是恒定的。
但平衡直立车要控制直立,就算是原地不动,电机的输出每时每刻都在发生变化。
所以,要进行速度控制,获得当前小车的实际速度相当重要。


编码器有好多种,主要区别是单向双向,200线500线等不同精度,AB相输出,AZ相输出等区别。
其实对于平衡直立车,左右轮各一个200线的单向编码器就足够了。(大概100元一个)

200线的单向编码器,有一个A相输出,简单地说,就是轮子转一圈,就输出200个脉冲,也就是每转1/200圈,编码器就输出一个脉冲。
通过统计单位时间的脉冲,即可得到小车当前的行走速度。

K60有两个脉冲计数模块,够用。
XS128只有一个脉冲计数模块,需要在电路上另加一个加计数器(74LS系列即可)进行计数。

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11 - 读取传感器:加速度计、陀螺仪

平衡直立车要想保证直立,得知当前角度和角速度尤为重要;
加速度计常用两种:数字加速度计和模拟加速度计;
数字加速度计一般通过I2C来传送数据,模拟加速度计直接给出电压读数;
模拟加速度计使用较为简单,而且读取速度和精度基本能满足平衡直立车的需求;
数字加速度计可以进行丰富的配置,获得更加理想的数据而不耗费单片机过多资源。
陀螺仪用来测量角速度。这里用的是模拟陀螺仪,直接用ADC读数。

计算角度的方法

牛顿老人家说过: F = ma; 加速度计能测量加速度a,从而可以得知测量方向上所受的重力分量;
accelerometer
测出小车前后水平放置时,加速度计的读数,可以得到±G的读数。小车行走时,加速度计的读数除以G的读数,就能得到角度值了。
具体请参考互补滤波算法:http://feichashao.com/balance_filter/
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10 - 中断:中断优先级

前面讲到了各种中断。
PIT中断用于控制小车的直立速度角度;
EXTI中断用于处理摄像头的行场中断;
UART中断用于串口通信;

直立控制必须1ms进行一次计算,所以PIT中断一次都不能少;
摄像头的行场中断缺一不可,而且行场中断来了必须马上处理,处理过程不能暂停,否则图像会采集出错;
UART不要求马上反应,但需要处理每个请求;

那么问题来了,一个中断正在处理的时候,另一个中断来了,怎么办?
中断优先级的设置,可以让每个中断都得到处理,且能按照优先级进行中断嵌套。(优先级低的中断正在处理的时候,来了优先级高的中断,会先暂停优先级低的中断,执行完优先级高的中断后再继续进行处理。)

好消息是,在K60和XS128中设置中断优先级都不难。
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9 - 中断:PIT定时中断

PIT是个非常准的定时中断(相比delay函数来说),说好的1ms触发一次中断就是1ms触发一次。
PIT是平衡直立车的灵魂,因为角度计算,速度计算,和方向控制都高度依赖于积分,而积分的“单位时间”5ms靠的就是PIT中断。

PIT中断的配置也很简单。设置好中断时间间隔(这里是1ms),写好中断处理函数,就可以啦。
要注意的是,中断处理函数要尽可能简单,把复杂的工作留给主循环。

K60

这里用野火的底层库,详情请参考《三天入门 Cortex-M4——Kinetis 系列》PIT 定时中断模块。

初始化

函数原型

void pit_init(PITn,u32 cnt);

调用示例

pit_init(PIT0,100000); //初始化 PIT0,定时 100000 个时钟周期

中断处理

中断重定向

#undef VECTOR_084
#define VECTOR_084 PIT0_IRQHandler  //重新定义 84 号中断为 PIT0_IRQHandler 中断
extern void PIT0_IRQHandler();     //PIT0 定时中断服务函数

中断处理函数

void PIT0_IRQHandler(void)
{
  PIT_Flag_Clear(PIT0);                 //清中断标志位
  // Do sth.
}

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8 - 中断:EXTI外部中断

EXTI外部中断可用来应付那些“出现时机不确定”的事件。比如说,按键,摄像头的行场中断,测速编码器的输入等。
例如,设定A1引脚上升沿能触发EXIT中断,A1连接一个按钮,按钮按下那瞬间,A1产生上升沿,触发中断,进行按钮事件的处理。

K60

同样,K60使用野火的底层库,参考《三天入门 Cortex-M4》EXTI 外部 GPIO 中断例程。

初始化

函数原型

void exti_init(PORTx, u8 n,exti_cfg);

调用例子

void
exti_init(PORTA,17,rising_down);//下拉,上升沿触发中断

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