UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA FACULTATEA DE AUTOMATICĂ, CALCULATOARE ȘI ELECTRONICĂ
Proiect la Microcontrolere si sisteme integrate
Robot mobil line follower
Specilizarea şi anul : Sisteme de conducere în robotică, anul I Nume : Iacob Gabriel – Costinel Costinel Data: 18.01.2018 Disciplina : MSI
Curpins : 1. Descrierea microcontroller-ului utilizat 2. Descrierea sistemului de dezvoltare 3. Mijloacele de dezvoltare si testare a aplicatiei 4. Descrierea aplicatiei
1.Descrierea microcontroller-ului utilizat
ATmega328 este un cip microcontroler creat de către Atmel și face parte din seria de megaAVR. Atmega328 AVR 8-bit este un circuit integrat de înaltă performanță ce se bazează pe un microcontroler RISC, combinând 32 KB ISP flash o memorie cu capacitatea de a citi-în-timp-cescrie, 1 KB de memorie EEPROM, 2 KB de SRAM, 23 linii E/S de uz general, 32 Înregistrari procese generale, trei cronometre flexibile/contoare în comparație cu, întreruperi internă și externă, programator de tip USART, orientate interfață serială byte de 2 cabluri, SPI port serial, 6-canale 10-bit Converter A/D (8-chanale în TQFP și QFN/MLF packages), "watchdog timer" programabil cu oscilator intern, și cinci moduri de software-ul intern de economisire a energiei selectabil. Modul Power-down salvează conținutul registrului, dar blochează Oscilatorul,
dezactivând toate celelalte funcții ale cip-ului până la următoarea întrerupere sau resetare hardware. În modul de economisire a energiei, cronometrul asincron continuă să funcționeze, permițând utilizatorului să mențină o bază temporizator în timp ce restul dispozitivul dormește. Modul de reducere a zgomotului ADC oprește CPU-ul și toate modulele de intrare / ieșire, cu excepția cronometru asincron și ADC pentru a minimiza zgomotul de comutare în timpul conversiilor ADC. În modul de așteptare, Oscilatorul de cristal / rezonator este în funcțiune în timp ce restul aparatului dormește. Acest lucru permite pornirea foarte rapidă combinate cu un consum redus de energie. În modul Extended Standby, atât oscilatorul principal cât și cronometrul asincron continuă să ruleze.
Dispozitivul funcționează 1,8-5,5 volți.
Parametrii microcontroller-ului sunt :
Azi, ATmega328 acesta este frecvent utilizat în mai multe proiecte și sisteme autonome unde un microprocesor simplu, de consum redus, cost scăzut. Poate cea mai comună implementare acest chip este populara platforma pentru Arduino, pentru modelele Uno și Nano.
2. Descrierea sistemului de dezvoltare Microprocesorul folosit la dezvoltarea acestui robot line follower este ATMega328. Acesta are memorie EEPROM ceea ce este folositoare, deoarece este necesară memorarea
instrucțiunilor și după întreruperea alimentării plăcii de dezvoltare. Acesta are 6 pini analogici care sunt necesari funcționării barii de senzori. Pentru a putea urmării linia, s-a folosit bara de senzori QTR-8A, cu 8 senzori cu ieșiri analog, un pin digital pentru pornirea diodelog de pe bara de senzori. Pentru aceasta aplicație
sunt folosiți doar 6 senzori. Pinii senzorilor folosiți au fost legați la pinii analog de pe placuta Arduino Uno R3. Bara de senzori este alimentată cu 3.3V direct din Arduino. Am folosit shield-ul de motoare DualMotorDriver VNH5019, acesta este introdus
direct în placuța Arduino. Acest motor driver este utilizat deoarece poate da informația către două motoare DC, putând astfel fii modificată viteza fiecăruia dintre ele în mod se parat. Senzorii sunt introduși în pinii analog din shield deoarece pinii shield-ului sunt conectați direct în cei ai placuței Arduino.
Atât alimentarea motoarelor DC cat și a placii Arduino se realizează prin pinii special destinați din shield-ul de motoare, acestia având conexiune directa cu alimentarea placii de dezvoltare. Alimentarea se face de la o baterie LiPo de 3.7 V 1400mAh pe care o conectam la un regulator de tensiune Step-Up pentru a avea tensiunea necesara de 6V pentru alimentarea motoarelor.
Principiul de funcționare al robotului line follower este :
3. Mijloace de dezvoltare și testare a aplicației Mediul IDE în care a fost programat robotul line follower este Arduino IDE. Programele Arduino pot fi scrise în orice limbaj de programare cu un compilator capabil
să producă un cod mașină binar. Atmel oferă un mediu de dezvoltare pentru microcontrolerele sale, AVR Studio și mai nou, Atmel Studio. Proiectul Arduino oferă un mediu integrat de dezvoltare (IDE), care este o aplicație cross- platform, scrisă în Java. Acesta își are originile în mediul de dezvoltare pentru limbajul de programare Processing și în proiectul Wiring. Este
proiectat pentru a introduce programarea în lumea artiștilor și a celor nefamiliarizați cu dezvoltarea software. Include un editor de cod cu funcții ca evidențierea sintaxelor, potrivirea
acoladelor și spațierea automată și oferă mecanisme simple cu un singur click, pentru a compila și a încărca programele în plăcuța Arduino. Un program scris în IDE pentr u Ar duino se numește sketch.Arduino IDE suportă limbajele de programare C și C++ folosind reguli speciale de
organizare a codului. Arduino IDE oferă o librărie software numită Wiring, din proiectul Wiring, care oferă multe proceduri comune de intrare și ieșire. Un sketch tipic Arduino scris în C/C++ este compus din două funcții care sunt compilate și legate funcția principală de program main(), într-un program executabil cu o execuție ciclică:
setup(): o funcție care este rulată o singură dată la începutul programului, când se inițializează setările.
loop(): o funcție apelată în mod repetat până la oprirea alimentării cu energie a plăcuței.
4. Descrierea aplicației Un line follower este un robot autonom, capabil să se deplaseze pe un traseu predefinit. Traseul este de fapt o dungă colorată, așezată pe un fundal de culoare contrastantă. De obicei, se folosește traseul de culoare neagră, iar fundalul de culoare albă (ca și în cazul nostru).
Funcționalitatea aplicației merge pe principiul :
La începutul programului se declară librăriile folosite pe parcursul programului : “#include #include
“
Dupa declararea librăriilor se declară viteza maximă optimă de deplasare a robotului ( “#define rightMaxSpeed / #define leftMaxSpeed ” ).
Pentru urmarirea liniei în cod trebuie folosiți coeficientul proportional Kp și coeficientul derivator Kd. În primul rand i se dă o valoarea cat mai mică lui Kp, astfel încât să aflam viteza optima de deplasare a robotului mobil, formula de calcul este : 2500(eroarea maxim posibila) *
Kp(valoarea alocata parametrului de către utilizator) = Valoarea maxim posibila a motoarelor în funcție de Kp. Se alocă pinii corespunzători senzorilor infrarosii : “QTRS ensorsAnalog qtra((unsigned char[]) { A0,A1,A2,A3,A4,A5} ,NUM_SENSORS, NUM_SAMPLES_PER_SENSOR, EMITTER_PIN);”
Se defineste numărul de senzori folosiți : „ #define NUM_SENSORS 6 ” Calibrarea senzorilor se face manual, prin trecerea lor deasupra liniei negre de cateva ori.
Calibrarea manuală dureaza 8-10s, pentru ca microcontroller-ul sa memoreze valorile citite de senzorii infraroșii, astfel putând transmite informația la motoare, dandu-le sensul necesar de deplasare, astfel încât robotul sa iși mențina senzorii din mijloc pe linia neagra, fiind posibila finalizarea traseului.
“ for (int i = 0; i < 100; i++) {
qtra.calibrate(); delay(20); } “
Se citeste poziția senzorilor din mijloc, pentru a se afla poziționarea robotului line follower pe traseu prin intermediul instrucțiunii “int position = qtrrc.readLine(sensors)”. Eroarea de poziționare se afla prin intermediul instrucțiunii “int error = position – 2500”(2500 reprezentând valoarea maxima a erorii).
Viteza motoarelor este dată de formula : “int motorSpeed = Kp * error + Kd * (error lastError);”, lastError reprezinta ultima eroare memorata de catre microcotroller pentru a se afla
poziția exactă a senzorilor pe lina neagră, care urmeaza după rularea acestei instrucțiuni a fii înlocuită cu eroarea folosita în formula.
Bibliografie
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-42735-8 bit-AVR-Microcontroller-ATmega328-328P_Datasheet.pdf https://www.pololu.com/docs/pdf/0J49/dual_vnh5019_motor_driver_shi eld.pdf https://www.arduino.cc
