RobotTondeuse

Présentation du projet

Site Marchand

Objectif

Le projet consiste à fabriquer un robot tondeuse autonome capable d'éviter les obstacles grâce à des capteurs de distance et faire tourner un moteur brushless désignant la lame de la tondeuse.

Tâches individuelles

• Arel RAKO :

   * capteur VL53L1X
     - programmé et connecté le capteur

   * moteur brushless 
     - programmé, connecté, fait les soudures nécessaires pour le connecteur de la batterie

   * interrupteur
     - programmé en PULL UP pour faire tourner le moteur à l'état haut et l'arrêter à l'état bas

   * plaque pastillée
     - toutes les soudures de la plaque, qui seront détaillés un peu plus tard

• Anthony JEAN-BAPTISTE-ADOLPHE :

   * gyroscope MPU9250
    - programmé et connecté le gyroscope

   * capteur VL53L1X
    - programmation pour faire fonctionner 3 capteurs en même temps avec le gyroscope aussi

   * code général
    - programmation

   * différentes soudures

Découpage fonctionnel

Travail à réaliser

Objectif

L'objectif sera bien évidemment de terminer le projet de sorte qu'il réponde au cahier des charges décrit précédemment.

Pour ce faire, il conviendra de :

- rechercher des solutions à partir du schéma fonctionnel fourni ( schéma électronique et composants )
- dimensionner les composants utilisés
- tester les différents blocs fonctionnels
- programmer les composants
- valider le fonctionnement

Choix des composants

- 3 capteurs de distance VL53L1X
- 1 arduino uno
- 1 shield avec drivers
- 1 gyroscope MPU9250
- 1 batterie EMMERICH 12.8V
- 1 abaisseur de tension LM2596
- 1 moteur brushless
- 1 interrupteur
- 2 moteurs MDP (moteurs des roues)

Explications

• les capteurs de distance

   * connectés en I2C via les ports SCL et SDA de l'arduino 
   * alimentés en 5V via le pin VIN, ils possèdent un régulateur qui transforme le 5V en 2.8V (sortie VDD)
   * placés au côté gauche, droit et au milieu du robot pour avoir un plus grand champ de vision 
   * détails de fonctionnement: 
 
     - si le capteur à gauche détecte un obstacle à moins de 20cm, le robot tourne à droite 
     - si le capteur à droite détecte un obstacle à moins de 20cm, le robot tourne à gauche 
     - si le capteur du milieu détecte un obstacle à moins de 20cm, le robot s'arrête et fait demi-tour vers la droite 

• le gyroscope

   * connecté en I2C comme les capteurs de distance
   * alimenté en 5V comme les capteurs de distance 
   * prend la valeur de 100 angles et fait leur moyenne pour plus de précision

• moteur brushless

   * connecté à un pin PWM de l'arduino pour pouvoir le piloter
   * alimenté directement via la batterie car nécessite 12V 
   * sur le rotor on a mis du scotch pour modéliser la lame

• interrupteur

   * connecté en PULL-UP à un pin quelconque de l'arduino 	
   * alimenté en 5V
   * s'il envoie 1, le moteur brushless commence à tourner, s'il envoie 0, le moteur s'arrête Attention! Prévoir 5 secondes pour l'arrêt du moteur 

• abaisseur de tension

   * transforme le 12V de la batterie en 5V pour alimenter les capteurs

• plaque pastillée

   * constituée de 6 parties:
     - le 12V pour alimenter l'arduino, on y branche aussi le connecteur AMASS du moteur brushless et l'abaisseur de tension
     - le 5V où sont connectés tous les capteurs, le gyroscope et l'interrupteur
     - SCL où est connecté le pin SCL des capteurs et du gyroscope au pin SCL de l'arduino
     - SDA où est connecté le pin SDA des capteurs et du gyroscope au pin SDA de l'arduino
     - masse du 12V 
     - masse du 5V

• moteurs MDP

Programmation

Code des différents composants

• programmation des capteurs de distance

 -Bibliothèque  pour le capteur de distance : Bibliothèque

Code distance

 
 #include <Wire.h>
 #include <VL53L1X.h>

 VL53L1X sensor;   // Déclaration des sensors
 VL53L1X sensor2;
 VL53L1X sensor3;

 //USE_I2C_2V8K;
 void setup()
 {
  pinMode(2, OUTPUT);  // On déclare les pins en sortie
  pinMode(3, OUTPUT);
  pinMode(4, OUTPUT);
   
  digitalWrite(2, LOW);  // On met les sorties à l'état bas pour définir leurs adresses
  digitalWrite(3, LOW);
  digitalWrite(4, LOW);
  
 // Initialisation I2C
  delay(500);
  Wire.begin();
  Wire.beginTransmission(0x29);
  Serial.begin (9600);

  digitalWrite(3,HIGH);  // On met la sortie à l'état haut pour définir l'adresse de la sortie
  delay(150);
  sensor2.init();  // On initialise le capteur
  Serial.println("01");
  delay(100);
  sensor2.setAddress(0x33); // On définit l'adresse du capteur
  Serial.println("02");

  digitalWrite(4,HIGH); // On met la sortie à l'état haut pour définir l'adresse de la sortie
  delay(150);
  sensor3.init();  // On initialise le capteur
  Serial.println("03");
  delay(100);
  sensor3.setAddress(0x35);  // On définit l'adresse du capteur
  Serial.println("04");

  digitalWrite(2, HIGH);  // On n'a pas besoin de définir l'adresse du premier capteur, il garde son adresse de base
  delay(150);
  Serial.println("09");
  sensor.init();
  Serial.println("10");
  delay(100);

  sensor.setDistanceMode(VL53L1X::Long);  // On définit le mode du capteur
  sensor.setMeasurementTimingBudget(50000);
  sensor.startContinuous(50);
  sensor.setTimeout(100);

  sensor2.setDistanceMode(VL53L1X::Long);  // On définit le mode du capteur
  sensor2.setMeasurementTimingBudget(50000);
  sensor2.startContinuous(50);
  sensor2.setTimeout(100);
  
  sensor3.setDistanceMode(VL53L1X::Long);  // On définit le mode du capteur
  sensor3.setMeasurementTimingBudget(50000);
  sensor3.startContinuous(50);
  sensor3.setTimeout(100);
  
  delay(150);
  Serial.println("addresses set");

  Serial.println ("I2C scanner. Scanning ..."); // C'est un programme pour voir combien et quelles sont adresses des différents composants utilisant l'I2C
  byte count = 0;

  for (byte i = 1; i < 120; i++)
  {

    Wire.beginTransmission (i);
    if (Wire.endTransmission () == 0)
    {
      Serial.print ("Found address: ");
      Serial.print (i, DEC);
      Serial.print (" (0x");
      Serial.print (i, HEX);
      Serial.println (")");
      count++;
      delay (1);
    } // end of good response
  } // end of for loop
  Serial.println ("Done.");
  Serial.print ("Found ");
  Serial.print (count, DEC);
  Serial.println (" device(s).");


 }

 void loop()
 {
  Serial.print("Sensor1: ");  
  Serial.print(sensor.read());  // écrit la distance du capteur 1
  if (sensor.timeoutOccurred()) { Serial.print(" TIMEOUT"); }
  Serial.println();
  delay(500);
  Serial.print("Sensor2: ");  // écrit la distance du capteur 2
  Serial.print(sensor2.read());
  if (sensor2.timeoutOccurred()) { Serial.print(" TIMEOUT"); }
  Serial.println();
  delay(500);
  Serial.print("Sensor3: ");  // écrit la distance du capteur 3
  Serial.print(sensor3.read());
  if (sensor3.timeoutOccurred()) { Serial.print(" TIMEOUT"); }
  Serial.println();
  delay(500);
 }

• programmation moteur brushless avec l'interrupteur

Code brushless

 
const int escPin = 5;  // pin de commande 
int a= digitalRead(13); // pin interrupteur 


void setup() {
  //Init Serial 
  Serial.begin(9600);
  Serial.println(F("Initialize System"));
  //Init ESC
  pinMode(escPin, OUTPUT); // on met le pin en sortie pour pouvoir le piloter

}
void loop() {
    

a= digitalRead(13);
Serial.println(a);

if(a<1)
{
 
 Serial.println(a);

}else {
  Serial.println(a);

  digitalWrite(escPin, HIGH); // fait un signal carré qui permet la commutation rapide entre état haut et bas,  ce qui permet de faire tourner le moteur
  delayMicroseconds(1350);
  digitalWrite(escPin, LOW);
  delay(20);
}

}

• programmation gyroscope

 - Bibliothèque du MPU9250 : Bibliothèque

Code gyro

 
 #include "MPU9250.h"

MPU9250 IMU(Wire,0x68);
int status;



double moyenne;
double moyenneFinal;
int i;


double angle(){
  double Module_magnetic;
  double angle;
  double Xmagnetic;
  double Ymagnetic;
  double Zmagnetic;

  IMU.readSensor();

  Xmagnetic = IMU.getMagX_uT();
  Ymagnetic = IMU.getMagY_uT();
  Zmagnetic = IMU.getMagZ_uT();
  

    
  Module_magnetic = Xmagnetic * Xmagnetic + Ymagnetic * Ymagnetic + Zmagnetic * Zmagnetic; // formule pour définir l'angle en degré
  Module_magnetic = sqrt(Module_magnetic);
  
  angle= atan2(Ymagnetic,Xmagnetic) * (180 / 3.14159265); // angle en degré
  if (angle<0) {angle=angle+360;}
  
  return angle;
}

void setup() {

  Serial.begin(115200);
  while(!Serial) {}

  // début de la communication IMU
  status = IMU.begin();
  if (status < 0) {
    Serial.println("IMU initialization unsuccessful");
    Serial.println("Check IMU wiring or try cycling power");
    Serial.print("Status: ");
    Serial.println(status);
    while(1) {}
  }
  // setting the accelerometer full scale range to +/-8G 
  IMU.setAccelRange(MPU9250::ACCEL_RANGE_8G);
  // setting the gyroscope full scale range to +/-500 deg/s
  IMU.setGyroRange(MPU9250::GYRO_RANGE_500DPS);
  // setting DLPF bandwidth to 20 Hz
  IMU.setDlpfBandwidth(MPU9250::DLPF_BANDWIDTH_20HZ);
  // setting SRD to 19 for a 50 Hz update rate
  IMU.setSrd(19);
}

void loop() {


  //Module du champ

  Serial.print("  "); 
  Serial.print("Angle  ");  //en degré
  Serial.println(angle());


  moyenne = 0;
  for (i=0; i<100; i++) 
  {
    moyenne = moyenne + angle();
    delay(10);

  }
  
  moyenneFinal = moyenne/100;
  Serial.print("Moyenne : ");
  Serial.println(moyenneFinal);
  
  
  // Affiche les différentes valeurs du capteur
  Serial.print("AccelX : ");
  Serial.print(IMU.getAccelX_mss(),6);
  Serial.print("\t");
  Serial.print("AccelY : ");
  Serial.print(IMU.getAccelY_mss(),6);
  Serial.print("\t");
  Serial.print("AccelZ : ");
  Serial.print(IMU.getAccelZ_mss(),6);
  Serial.print("\t");
  Serial.print("GyroX : ");
  Serial.print(IMU.getGyroX_rads(),6);
  Serial.print("\t");
  Serial.print("GyroY : ");
  Serial.print(IMU.getGyroY_rads(),6);
  Serial.print("\t");
  Serial.print("GyroZ : ");
  Serial.print(IMU.getGyroZ_rads(),6);
  Serial.print("\t");
  Serial.print("MagX : ");
  Serial.print(IMU.getMagX_uT(),6);
  Serial.print("\t");
  Serial.print("MagY: ");
  Serial.print(IMU.getMagY_uT(),6);
  Serial.print("\t");
  Serial.print("MagZ : ");
  Serial.print(IMU.getMagZ_uT(),6);
  Serial.print("\n");
  Serial.print("Temp : ");
  Serial.println(IMU.getTemperature_C(),6);
  delay(1000);
  
}

• programmation moteurs MDP

Code moteurs MDP

int E1 = 5;     // Moteur droite
int M1 = 4;     
int E2 = 6;     // Moteur gauche
int M2 = 7;


void setup() {

  Serial.println("Initialisation des moteurs...");
  pinMode(M1, OUTPUT);
  pinMode(M2, OUTPUT);
  pinMode(E1, OUTPUT);
  pinMode(E2, OUTPUT);
  Serial.println("Moteurs opérationnels");
}

void loop {

  //mode marche avant (m1 high m2 low)
  //mode marche arrière (m1 low m2 high)
  //tourner à gauche (m1 high m2 high)
  //tourner à droite (m1 low m2 low)
  

    digitalWrite(M1,LOW);
    digitalWrite(M2,HIGH);
    analogWrite(E1, 255);
    analogWrite(E2, 255);
    delay(30);

}

Code général

Code_tondeuse

#include <Arduino.h>
#include <Moteurs.h>
#include <Wire.h>
#include <VL53L1X.h>
#include "MPU9250.h"

int E1 = 5;     // Moteur droite
int M1 = 4;     
int E2 = 6;     // Moteur gauche
int M2 = 7;

int escPin = 5; // Pin de contrôle moteur simulation lame
int a = digitalRead(12);


VL53L1X sensor;  // Déclaration des sensors
VL53L1X sensor2;
VL53L1X sensor3;
MPU9250 IMU(Wire,0x68);

int status;

void setupLaser();  // Déclaration des variable et des fonctions
void setupLame();
void runLame();
void setupMoteurs();
double readGyro();
void setupGyro();
double angle();
void Moteurs();


void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Wire.begin();
  Wire.setClock(400000);
  setupGyro();
  setupLaser();
  setupMoteurs();
  
    
}

void loop(){  
              
  runLame(); // fonction qui fait tourner le moteur de coupe

  // Affiche les différentes valeurs des capteurs
  Serial.print(" Distance 1 : ");
  Serial.print(sensor.read());
  Serial.print(" - Distance 2 : ");
  Serial.print(sensor2.read());
  Serial.print(" - Distance 3 : ");
  Serial.print(sensor3.read());
  Serial.print("\tEtat: ");
  Serial.print(VL53L1X::rangeStatusToString(sensor.ranging_data.range_status));
  Serial.print(" Angle : ");
  Serial.println(angle());

  runLame();

  if((sensor3.read())<=150) //capteur 3 est à droite
  {
    digitalWrite(M1,HIGH); //tourner à gauche
    digitalWrite(M2,HIGH);
    analogWrite(E1, 180);
    analogWrite(E2, 150);
    delay(300);
  }else 
  {
    digitalWrite(M1,HIGH); // marche avant
    digitalWrite(M2,LOW);
    analogWrite(E1, 150);
    analogWrite(E2, 170);
    delay(30);
  }
  runLame();
  if((sensor2.read())<=200) //capteur 2 est devant milieu
  {
    digitalWrite(M1,LOW); // reculer à gauche
    digitalWrite(M2,HIGH);
    analogWrite(E1, 100);
    analogWrite(E2, 200);
    delay(1000);
    digitalWrite(M1,LOW); // arrêt
    digitalWrite(M2,HIGH);
    analogWrite(E1, 0);
    analogWrite(E2, 0);
    delay(1000);
    digitalWrite(M1,HIGH); //marche avant
    digitalWrite(M2,LOW);
    analogWrite(E1, 150);
    analogWrite(E2, 170);
    delay(30);
  }else 
  {
    digitalWrite(M1,HIGH); //marche avant
    digitalWrite(M2,LOW);
    analogWrite(E1, 150);
    analogWrite(E2, 170);
    delay(30);
  }
  runLame();
  if((sensor.read())<=150) //capteur 1 est à gauche
  {
    digitalWrite(M1,LOW); // tourner à droite
    digitalWrite(M2,LOW);
    analogWrite(E1, 150);
    analogWrite(E2, 150);
    delay(300);
  }else 
  {
    digitalWrite(M1,HIGH); // marche avant
    digitalWrite(M2,LOW);
    analogWrite(E1, 150);
    analogWrite(E2, 170);
    delay(30);
  }
  
  runLame();
  
  }

double angle(){
  double angle;
  double Xmagnetic;
  double Ymagnetic;

  IMU.readSensor();

  Xmagnetic = IMU.getMagX_uT();
  Ymagnetic = IMU.getMagY_uT();
  
  angle= atan2(Ymagnetic,Xmagnetic) * (180 / 3.14159265); // angle en degres
  if (angle<0) {angle=angle+360;}
  
  return angle;
}

void setupGyro(){
  Serial.println("Initialisation du Gyroscop...");
    status = IMU.begin();
  if (status < 0) {
    Serial.println("IMU initialization unsuccessful");
    Serial.println("Check IMU wiring or try cycling power");
    Serial.print("Etat: ");
    Serial.println(status);
    Serial.println("Problème avec le Gyroscop");
  }
  // setting the accelerometer full scale range to +/-8G 
  IMU.setAccelRange(MPU9250::ACCEL_RANGE_8G);
  // setting the gyroscope full scale range to +/-500 deg/s
  IMU.setGyroRange(MPU9250::GYRO_RANGE_500DPS);
  // setting DLPF bandwidth to 20 Hz
  IMU.setDlpfBandwidth(MPU9250::DLPF_BANDWIDTH_20HZ);
  // setting SRD to 19 for a 50 Hz update rate
  IMU.setSrd(19);
  Serial.println("Gyroscope opérationnel");
}

double readGyro(){
  double moyenne;
  double moyenneFinal;
  moyenne = 0;
  for (int j =0; j<100; j++) 
  {
    moyenne = moyenne + angle();
    delay(10);

  }
  
  moyenneFinal = moyenne/100;
  return moyenneFinal;
}

void setupLaser(){
  pinMode(2, OUTPUT);  // On déclare les pins en sortie
  pinMode(3, OUTPUT);
  pinMode(4, OUTPUT);
  
  digitalWrite(2, LOW);  // On met les sorties à l'état bas pour définir leurs adresses
  digitalWrite(3, LOW);
  digitalWrite(4, LOW);

 // initialise I2C
  delay(500);
  Wire.begin();
  Wire.beginTransmission(0x29);

  digitalWrite(3,HIGH); // On met la sortie à l'état haut pour définir l'adresse de la sortie
  delay(150);
  sensor2.init(); // On initialise le capteur
  Serial.println("01");
  delay(100);
  sensor2.setAddress(0x33); // On définit l'adresse du capteur
  Serial.println("02");

  digitalWrite(4,HIGH); // On met la sortie à l'état haut pour définir l'adresse de la sortie
  delay(150);
  sensor3.init();  // On initialise le capteur
  Serial.println("03");
  delay(100);
  sensor3.setAddress(0x35); // On définit l'adresse du capteur
  Serial.println("04");

  digitalWrite(2, HIGH); // On n'a pas besoin de définir l'adresse du premier capteur, il garde son adresse de base
  delay(150);
  Serial.println("09");
  sensor.init();
  Serial.println("10");
  delay(100);

  sensor.setDistanceMode(VL53L1X::Long);   // On définit le mode du capteur
  sensor.setMeasurementTimingBudget(50000);
  sensor.startContinuous(50);
  sensor.setTimeout(100);

  sensor2.setDistanceMode(VL53L1X::Long);   // On définit le mode du capteur
  sensor2.setMeasurementTimingBudget(50000);
  sensor2.startContinuous(50);
  sensor2.setTimeout(100);
  
  sensor3.setDistanceMode(VL53L1X::Long);   // On définit le mode du capteur
  sensor3.setMeasurementTimingBudget(50000);
  sensor3.startContinuous(50);
  sensor3.setTimeout(100);
  
  delay(150);
  Serial.println("addresses set");

  Serial.println ("I2C scanner. Scanning ...");  // C'est un programme pour voir combien et quelles sont adresses des différents composants utilisant l'I2C
  byte count = 0;


  for (byte i = 1; i < 120; i++)
  {

    Wire.beginTransmission (i);
    if (Wire.endTransmission () == 0)
    {
      Serial.print ("Found address: ");
      Serial.print (i, DEC);
      Serial.print (" (0x");
      Serial.print (i, HEX);
      Serial.println (")");
      count++;
      delay (1);
    } 
  } 
  Serial.println ("Done.");
  Serial.print ("Found ");
  Serial.print (count, DEC);
  Serial.println (" device(s).");
}

void setupMoteurs(){
  Serial.println("Initialisation des moteurs...");
  pinMode(M1, OUTPUT);
  pinMode(M2, OUTPUT);
  pinMode(E1, OUTPUT);
  pinMode(E2, OUTPUT);
  Serial.println("Moteurs opérationnels");
}

void runLame(){
  pinMode (5, OUTPUT);
  pinMode (12, INPUT);

  a= digitalRead(12);
  if(a<1){
       Serial.println(a);

  }
  else {
    
       Serial.println(a);

  digitalWrite(escPin, HIGH);  // fait un signal carré qui permet la commutation rapide entre état haut et bas,  ce qui permet de faire tourner le moteur
  delayMicroseconds(1350);
  digitalWrite(escPin, LOW);
  delay(20);
      }  
}


void Moteurs()
{
  
  //mode marche avant (m1 high m2 low)
  //mode marche arrière (m1 low m2 high)
  //tourner à gauche (m1 high m2 high)
  //tourner à droite (m1 low m2 low)
  

    digitalWrite(M1,LOW);
    digitalWrite(M2,HIGH);
    analogWrite(E1, 255);
    analogWrite(E2, 255);
    delay(30);

}

// End of file

Vidéos

Vidéo de démonstration du robot qui roule
Vidéo du moteur de coupe