Monthly Archives: May 2011

很长时间没折腾了,因为前段时间忙家里的事情、学校的事情,所以就耽搁了。昨天搞了一个通宵,搞定了今天上午的一个报告,下午就继续搞飞机了。

我们原定的目标就是通过Arduino来作为四轴飞行器的控制板,那么必然就需要用Arduino来控制四个电机的转速,其实就是多PWM输出。在去年我已经实现了单电机的输出,发现了不少问题。

首先,舵机的信号格式和我们用的电调的信号格式是相同的,一般来说,航模上的电调信号线接于接收器的三号通道上,但是,如果接在别的通道上也是能正常工作的,这也证明了他们之间信号是相同的。

但是,上次通过Arduino上的Servo库来控制电机时,发现Servo库输出的pwm宽度会超过电调接收的范围,从而导致电机无法启动。然而,通过遥控器遥控时就不存在这个问题。所以,我今天就首先对遥控器的pwm信号进行测量,然后对Arduino输出的pwm信号进行测量。然后计算出控制方式。注意:这里的pwm信号是通过Arudino上Servo库输出的pwm信号,它是脉冲宽度调制,不是Arduino默认的pwm,默认的pwm是通过占空比来模拟一个模拟量。

好了,不多说,上图。

首先,测试电池是否有能力带动两个电机同时稳定地工作,我用遥控器电路对他们进行了测试。先搭建了一个下图所示的电路,进行测试。

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http://v.youku.com/v_show/id_XMjcwNzAxNzY0.html

然后就需要测量遥控器输出的脉冲宽度和Arduino输出的脉冲宽度,搭了下面这个电路。为此我还去买了能测占空比的ut10a,但是那个万用表实在不给力,根本没有办法量到数据。-_-b

这张图当中电调只是起到供电的作用,所以并没有连电机。

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无奈,但是发现Arduino有pulseIn()这个函数,可以计算一个高电平或低电平持续时间,正好,把数据拿下了。

最高位:	1900us
最低位:	1100us

那么就碰到了另外一个问题,既然没有仪器来测量脉冲宽度,那如何去测量Arduino输出的PWM脉冲的宽度呢?我在万念俱灰的情况下,把两个Arduino上的数字端口连在了一起,就像下面图中的一样,看看是否能自己测量自己。

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结果很出乎意料,居然得到数据了,真的很佩服Arduino写底层库的人,中断控制得如此完美:-)

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可以看到,Servo库在输出0时,对应的脉冲宽度为522ms;而输出180时,对应的脉冲宽度为2373ms。远远大于遥控器输出的范围,所以导致一开始电调无法识别Arduino的pwm信号。这样经过简单的计算就可得出,电调的最低位应为56度,最高位应为133度。:-D

有了这个重要的数据,下面就可以用它来控制电机了。不过首先还是先让程序控制舵机,保证他能正常运行,呵呵。

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测试通过之后,就上电机啦。通过控制板上的两个旋钮,其实就是可变电阻,来控制电机的速度。

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上视频


http://v.youku.com/v_show/id_XMjcwNzA0MDAw.html

控制板特写

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右边的电源模块特写,整个系统的动力电源和控制电源分为两路,控制电源由我自己做的手机电池包来提供.

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电机特写,呵呵,山寨味道太浓了

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最后,我测了下电机的电流,在两个电机空载,半油门的情况下,电流为4A左右。这两个电机都是经过风风雨雨的,什么坠机、落水都经历过,轴已经有点不正常了,所以也只是带大概估计一下。

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下面就是测试程序

#include <Servo.h>

//Author:	HE Qichen
//Date:	2011-5-27
//Website:	http://heqichen.cn
//Email:	heqichen(a)gmail.com

#define inputPin1  A8
#define inputPin2  A9

#define motorPin1  5
#define motorPin2  6

Servo motor1;
Servo motor2;

void setup()
{
  motor1.attach(motorPin1);
  motor2.attach(motorPin2);
  motor1.write(motorSpeedTransfer(0));
  motor2.write(motorSpeedTransfer(0));
  Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
  int input1, input2;
  int speed1, speed2;
  input1 = analogRead(inputPin1);
  input2 = analogRead(inputPin2);
  speed1 = motorSpeedTransfer(input1);
  speed2 = motorSpeedTransfer(input2);
  motor1.write(speed1);
  motor2.write(speed2);
  Serial.print("#1 value: ");
  Serial.print(speed1, DEC);
  Serial.print("    #2 value: ");
  Serial.println(speed2, DEC);

  delay(500);
}

int motorSpeedTransfer(int s)
{
  return (s/13 + 56);
}

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今天完成了遥控车的改造,这是自主控制的第一步。这辆车是在淘宝上买的,结构很简单,控制很简陋。方向就是将电机打死,这时候电流会非常大,而且对于将来的自主移动的精细控制带来不利因素。所以很早就想把它改成舵机控制的了,下面就是整个改造的过程。

这就是需要改造的部分。

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先将需要改造的部分画下来,便于设计框架结构。我不是机械出身的,所以就画个大概吧。

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结构图完成

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在图纸上设计新的结构

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根据设计切割材料

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最后完成的样子,由于是临时电路,也就没固定,看上去有点像垃圾车-_-b

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改造部分的特写

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再来一张

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这些只是机械部份,然后就是控制部份。由于舵机能够转动的角度范围到180度,而该车的转向轮仅能转动在30-40度之间。同时,自主移动机器人目标是在Arduino上面开发。所以我就一步到位,先用Arduino读取天地飞的pwm信号,然后经过转换,输出新的pwm信号给舵机,这样就不会因为卡住而损坏舵机了。

最后效果如下


http://v.youku.com/v_show/id_XMjYzOTc2NzA4.html

使用的程序非常简单,如下:


#include <Servo.h>

//Author:	HE Qichen
//Date:	2011-5-3
//Website:	http://heqichen.cn
//Email:	heqichen(a)gmail.com

Servo directionServo;

void setup()
{
  pinMode(2, INPUT);
  directionServo.attach(3);
  
}

void loop()
{
  int t, a;
  t = pulseIn(2, HIGH);
  a = map(t, 1000, 2000, 65, 115);
  directionServo.write(a);
  
  
}

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在四轴飞行器上除了要有陀螺仪外,还要有个重要的传感器就是重力传感器。由于它们各自的误差,若使用单一的传感器会造成严重的精读问题,使飞行器丧失稳定性。所以要用两个传感器进行相互矫正。

现在重力传感器应用非常广,目前iphone等智能手机上都有重力传感器,包括笔者的一台山寨手机上都有重力传感器。

这次就是要用Android来读取重力传感器的数据。这个重力传感器模块是从淘宝购买的,模块非常简单,自己够买芯片来焊接也不成问题。根据它的datasheet,就能够知道如何使用这款重力加速度模块了。下面就进行详细的介绍

这个模块使用的芯片型号是MMA7260Q,(datasheet下载[PDF,229KB]),测试中的电路就是下面图片中的样子

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控制的目标是通过重力传感器的数据来控制舵机的转动。但是发现会有少量的抖动,于是在程序中加入了一个简单的滤波器,阶数没有仔细调,但是基本上能够进行控制了。


http://v.youku.com/v_show/id_XMjYzNjIyODIw.html

下面是芯片的特写

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今天拿到了四轴飞行器的一个重要部件,就是陀螺仪。^_^ 下面这张图上的就是了,这是一个三轴陀螺仪,seeedstudio GROVE套装的一个部件。

gyro

这个陀螺仪使用ITG3200芯片,可以直接使用了I2C接口连接到Arduino上面。默认的地址是0x68,但是可以修改成0x69,只要将板子上的JP1连起来就可以修改。接口四个针脚的定义就像下面这张图中所画的。

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是的。。你没看错,他们用红色作为地线 -_-b
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今天看到一台嵌入之梦的小车,但是上电之后发了疯似的乱跑,所以刷之。但新车间却没有网络,没办法,自己一点一点试。。结果如下

CT1	接受pwm,控制速度
CT2	前进控制信号,高电位转动
CT3	后退控制信号,高电位转动

但是由于小车上的UNO与我的Ubuntu连接有问题,貌似只有Windows是好的,Mac OS有时也会出问题。所以最后车上改用了Mega 1280。

但是又发现一个问题,就是Arduino使用USB供电的时候很正常,然而,使用车上接出来的5V电源时,程序就会混乱,完全没有一点规律。猜测可能是由于电机转动导致整个系统的电压下降,无法提供足够的电压给Arduino的板子上。这大概也是之前uno不会发疯的原因。没办法,在小车上再接一块9V层叠式电池,作为Arduino的电源。最后终于行了。

后面程序的作用是往前走,遇到前方有物体是后退,打弯,然后继续往前,一个简单的壁障程序。没有用到速度控制。下面就是这个小车最后的样子,手机拍的,将就看吧

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