【树莓派+.NET MF打造视频监控智能车】控制篇(.NET MF)

qiaoweiyiyi

在上一篇《遥控篇》文章中，我们介绍了Sony PS2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。


一个驱动器模块，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.NET Gadgeteer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。


下面介绍一下.NET Micro Framework的PWM接口函数类。

1. public class PWM : IDisposable
   
2. 
   
3.     {
   
4. 
   
5.         public PWM(Cpu.PWMChannel channel, double frequency_Hz, double dutyCycle, bool invert);
   
6. 
   
7.         public PWM(Cpu.PWMChannel channel, uint period, uint duration, PWM.ScaleFactor scale, bool invert);
   
8. 
   
9. 
   
10. 
    
11.         public uint Duration { get; set; }
    
12. 
    
13.         public double DutyCycle { get; set; }
    
14. 
    
15.         public double Frequency { get; set; }
    
16. 
    
17.         public uint Period { get; set; }
    
18. 
    
19.      
    
20. 
    
21.         public void Start();
    
22. 
    
23.        public void Stop();
    
24. 
    
25.       
    
26. 
    
27.       //… 省略一些非主要函数
    
28. 
    
29.    }

复制代码

两个构造函数，分别介绍一下。

PWM(Cpu.PWMChannel channel, double frequency_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, uint period, uint duration, PWM.ScaleFactor scale, 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：

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：   

1. static PWM[] motor_pwm = new PWM[4];
   
2. 
   
3.     static double[] frequency = new double[] { 10000, 10000, 10000, 10000 };        
   
4. 
   
5.     static double[] dutyCycle = new double[] { 0, 0, 0, 0};                        
   
6. 
   
7.     static bool[] states1 = new bool[] { true, false, true, false, true, false, true, false };
   
8. 
   
9.     static bool[] states2 = new bool[] { false, true, false, true, false, true, false, true };
   
10. 
    
11.     static OutputPort[] In = new OutputPort[8];

复制代码

马达驱动初始化：

1.   //初始化马达控制
   
2. 
   
3.     //方向IO
   
4. 
   
5.     Cpu.Pin[] pins = new Cpu.Pin[] { Mainboard.Gadgeteer.Socket2.Pin4, Mainboard.Gadgeteer.Socket2.Pin5, Mainboard.Gadgeteer.Socket2.Pin6, Mainboard.Gadgeteer.Socket2.Pin7,
   
6. 
   
7.                                         Mainboard.Gadgeteer.Socket1.Pin4, Mainboard.Gadgeteer.Socket1.Pin5, Mainboard.Gadgeteer.Socket1.Pin6, Mainboard.Gadgeteer.Socket1.Pin7};           
   
8. 
   
9.     for (int i = 0; i < In.Length; i++)
   
10. 
    
11.     {
    
12. 
    
13.         In[i] = new OutputPort(pins[i], false);
    
14. 
    
15.     }
    
16. 
    
17.     //马达速度PWM输出
    
18. 
    
19.     Cpu.PWMChannel[] motor_chanels = new Cpu.PWMChannel[] { Mainboard.PWM.Channel13, Mainboard.PWM.Channel14, Mainboard.PWM.Channel2, Mainboard.PWM.Channel3 };
    
20. 
    
21.     for (int i = 0; i < motor_pwm.Length; i++)
    
22. 
    
23.     {
    
24. 
    
25.         motor_pwm[i] = new PWM(motor_chanels[i], frequency[i], dutyCycle[i], false);
    
26. 
    
27.         motor_pwm[i].Start();
    
28. 
    
29.     }
    
30. 
    

复制代码

马达控制：

在Sony PS2的事件代码中，我们填写如下代码：

1. static void ps2_Click(object sender, PS2.ButtonArgs e)
   
2. 
   
3.     {
   
4. 
   
5. if(e.key == PS2.Key.RRocker)
   
6. 
   
7.         {
   
8. 
   
9.             PS2 ps2 = (PS2)sender;
   
10. 
    
11.             PS2.ButtonArgs button = ps2.GetButton(PS2.Key.L2);
    
12. 
    
13.             if (button.state == 1) //L2按下
    
14. 
    
15.             {
    
16. 
    
17.                 byte[] buffer = new byte[] { 0xAA, (byte)e.x, (byte)e.y, 0x55 };
    
18. 
    
19.                 piPort.Write(buffer, 0, 4);
    
20. 
    
21.                 piPort.Flush();
    
22. 
    
23. 
    
24. 
    
25.                 //左右旋转
    
26. 
    
27.                 steering_pwm[3].Duration = (UInt32)(durations[3] + (128 - e.x) * 5);
    
28. 
    
29.                 //上下旋转
    
30. 
    
31.                 steering_pwm[4].Duration = (UInt32)(durations[4] + (128 - e.y) * 5);
    
32. 
    
33. 
    
34. 
    
35.             }
    
36. 
    
37.             Else  //L2抬起
    
38. 
    
39.             {
    
40. 
    
41.                 //小车运动
    
42. 
    
43.                 UInt32[] values = new UInt32[4];
    
44. 
    
45.                 UInt32 x = (UInt32)(System.Math.Abs(e.x - 128));
    
46. 
    
47.                 UInt32 y = (UInt32)(System.Math.Abs(e.y - 128));
    
48. 
    
49.                 for (int i = 0; i < values.Length; i++) values[i] = y;
    
50. 
    
51. 
    
52. 
    
53.                 if (e.y < 128)
    
54. 
    
55.                 {
    
56. 
    
57.                     //前进
    
58. 
    
59.                     for (int i = 0; i < In.Length; i++) In[i].Write(states2[i]);
    
60. 
    
61.                     //拐弯
    
62. 
    
63.                     if (x > 30)
    
64. 
    
65.                     {
    
66. 
    
67.                         if (e.x < 128)
    
68. 
    
69.                         {
    
70. 
    
71.                             values[2] = x;
    
72. 
    
73.                             values[3] = x;
    
74. 
    
75.                         }
    
76. 
    
77.                         else
    
78. 
    
79.                         {
    
80. 
    
81.                             values[0] = x;
    
82. 
    
83.                             values[1] = x;
    
84. 
    
85.                         }
    
86. 
    
87.                     }
    
88. 
    
89.                 }
    
90. 
    
91.                 else
    
92. 
    
93.                 {
    
94. 
    
95.                     //后退
    
96. 
    
97.                     for (int i = 0; i < In.Length; i++) In[i].Write(states1[i]);
    
98. 
    
99.                     //拐弯
    
100. 
     
101.                     if (x > 30)
     
102. 
     
103.                     {
     
104. 
     
105.                         if (e.x < 128)
     
106. 
     
107.                         {
     
108. 
     
109.                             values[0] = x;
     
110. 
     
111.                             values[1] = x;
     
112. 
     
113.                         }
     
114. 
     
115.                         else
     
116. 
     
117.                         {
     
118. 
     
119.                             values[2] = x;
     
120. 
     
121.                             values[3] = x;
     
122. 
     
123.                         }
     
124. 
     
125.                     }
     
126. 
     
127.                 }
     
128. 
     
129.                 //设置占空比
     
130. 
     
131.                 for (int i = 0; i < motor_pwm.Length; i++) motor_pwm[i].DutyCycle = (values[i] / 128.0);
     
132. 
     
133.             }
     
134. 
     
135.         }
     
136. 
     
137.     }      

复制代码

B、驱动舵机

舵机参数定义：

1. static PWM[] steering_pwm = new PWM[5];
   
2. 
   
3.     static UInt32[] periods = new UInt32[] { 20000, 20000, 20000, 20000, 20000 };//周期        static UInt32[] durations = new UInt32[] { 1390, 1500, 1390, 1550, 1420 };   //脉宽

复制代码

舵机初始化：

1. Cpu.PWMChannel[] steering_chanels = new Cpu.PWMChannel[] { Mainboard.PWM.Channel8, Mainboard.PWM.Channel9, Mainboard.PWM.Channel6, Mainboard.PWM.Channel0, Mainboard.PWM.Channel4 };
   
2. 
   
3.     for (int i = 0; i < steering_pwm.Length; i++)
   
4. 
   
5.     {
   
6. 
   
7.         steering_pwm[i] = new PWM(steering_chanels[i], periods[i], durations[i], PWM.ScaleFactor.Microseconds, false);
   
8. 
   
9.         steering_pwm[i].Start();
   
10. 
    
11.     }

复制代码

舵机控制：

1. static void ps2_Click(object sender, PS2.ButtonArgs e)
   
2. 
   
3.     {
   
4. 
   
5.        if (e.key == PS2.Key.LRocker) //左摇杆事件
   
6. 
   
7.         {
   
8. 
   
9.             //控制机械臂左右旋转
   
10. 
    
11.             steering_pwm[0].Duration = (UInt32)(durations[0] + (128 - e.x) * 5);
    
12. 
    
13.             //控制机械臂上下旋转
    
14. 
    
15.             steering_pwm[1].Duration = (UInt32)(durations[1] + (128 - e.y) * 5);
    
16. 
    
17.         }
    
18. 
    
19.         else if (e.key == PS2.Key.R2)  //按下右R2键
    
20. 
    
21.         {
    
22. 
    
23.             //打开钳子
    
24. 
    
25.             value += 10; if (value > 255) value = 255;
    
26. 
    
27.             steering_pwm[2].Duration = (UInt32)(durations[2] + (value - 128) * 5);
    
28. 
    
29.         }
    
30. 
    
31.         else if (e.key == PS2.Key.R1)  //按下右R1键
    
32. 
    
33.         {  
    
34. 
    
35.             //闭合钳子
    
36. 
    
37.             value -= 10;if (value < 0) value = 0;
    
38. 
    
39.             steering_pwm[2].Duration = (UInt32)(durations[2] + (value - 128) * 5);
    
40. 
    
41.         }
    
42. 
    
43.      }

复制代码

C、视频演示


本文作者 叶帆，转载自cnblogs

党国特派员

谢谢分享。