Cours:TPS 2103 tp miniqv2
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!Attention à bien poser le robot au sol lors de tout déplacement !! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
Le µcontrôleur utilisé sur le robot miniQ v2 est un atmega32u4, avec une source d'horloge externe (Quartz) à 16MHz.
Sommaire
Débogage
Il est intéressant lors de la conception d'un programme d'avoir des informations sur le déroulement de celui-ci.
Une méthode simple est de disposer d'une liaison série, cependant :
- la seule liaison est en USB, ce qui en complique l'utilisation
- un fil sur un robot est peu pratique !
Nous utiliserons donc une information visuelle grâce à la led RGB. Vous utiliserez cette librairie disponible sur github dont les fichiers sont donnés ci-dessous :
Fichier : ws2812_config.h
/*
* light_ws2812_config.h
*
* Created: 18.01.2014 09:58:15
*
* User Configuration file for the light_ws2812_lib
*
*/
#ifndef WS2812_CONFIG_H_
#define WS2812_CONFIG_H_
///////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Define I/O pin
///////////////////////////////////////////////////////////////////////
#define ws2812_port B // Data port
#define ws2812_pin 6 // Data out pin
#endif /* WS2812_CONFIG_H_ */
Fichier : light_ws2812.h
/*
* light weight WS2812 lib include
*
* Version 2.3 - Nev 29th 2015
* Author: Tim (cpldcpu@gmail.com)
*
* Please do not change this file! All configuration is handled in "ws2812_config.h"
*
* License: GNU GPL v2 (see License.txt)
+
*/
#ifndef LIGHT_WS2812_H_
#define LIGHT_WS2812_H_
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include "ws2812_config.h"
/*
* Structure of the LED array
*
* cRGB: RGB for WS2812S/B/C/D, SK6812, SK6812Mini, SK6812WWA, APA104, APA106
* cRGBW: RGBW for SK6812RGBW
*/
struct cRGB { uint8_t g; uint8_t r; uint8_t b; };
struct cRGBW { uint8_t g; uint8_t r; uint8_t b; uint8_t w;};
/* User Interface
*
* Input:
* ledarray: An array of GRB data describing the LED colors
* number_of_leds: The number of LEDs to write
* pinmask (optional): Bitmask describing the output bin. e.g. _BV(PB0)
*
* The functions will perform the following actions:
* - Set the data-out pin as output
* - Send out the LED data
* - Wait 50�s to reset the LEDs
*/
void ws2812_setleds (struct cRGB *ledarray, uint16_t number_of_leds);
void ws2812_setleds_pin (struct cRGB *ledarray, uint16_t number_of_leds,uint8_t pinmask);
void ws2812_setleds_rgbw(struct cRGBW *ledarray, uint16_t number_of_leds);
/*
* Old interface / Internal functions
*
* The functions take a byte-array and send to the data output as WS2812 bitstream.
* The length is the number of bytes to send - three per LED.
*/
void ws2812_sendarray (uint8_t *array,uint16_t length);
void ws2812_sendarray_mask(uint8_t *array,uint16_t length, uint8_t pinmask);
/*
* Internal defines
*/
#define CONCAT(a, b) a ## b
#define CONCAT_EXP(a, b) CONCAT(a, b)
#define ws2812_PORTREG CONCAT_EXP(PORT,ws2812_port)
#define ws2812_DDRREG CONCAT_EXP(DDR,ws2812_port)
#endif /* LIGHT_WS2812_H_ */
Fichier : light_ws2812.c
/*
* light weight WS2812 lib V2.0b
*
* Controls WS2811/WS2812/WS2812B RGB-LEDs
* Author: Tim (cpldcpu@gmail.com)
*
* Jan 18th, 2014 v2.0b Initial Version
* Nov 29th, 2015 v2.3 Added SK6812RGBW support
*
* License: GNU GPL v2 (see License.txt)
*/
#include "light_ws2812.h"
#include <avr/interrupt.h>
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
// Setleds for standard RGB
void inline ws2812_setleds(struct cRGB *ledarray, uint16_t leds)
{
ws2812_setleds_pin(ledarray,leds, _BV(ws2812_pin));
}
void inline ws2812_setleds_pin(struct cRGB *ledarray, uint16_t leds, uint8_t pinmask)
{
ws2812_sendarray_mask((uint8_t*)ledarray,leds+leds+leds,pinmask);
_delay_us(50);
}
// Setleds for SK6812RGBW
void inline ws2812_setleds_rgbw(struct cRGBW *ledarray, uint16_t leds)
{
ws2812_sendarray_mask((uint8_t*)ledarray,leds<<2,_BV(ws2812_pin));
_delay_us(80);
}
void ws2812_sendarray(uint8_t *data,uint16_t datlen)
{
ws2812_sendarray_mask(data,datlen,_BV(ws2812_pin));
}
/*
This routine writes an array of bytes with RGB values to the Dataout pin
using the fast 800kHz clockless WS2811/2812 protocol.
*/
// Timing in ns
#define w_zeropulse 350
#define w_onepulse 900
#define w_totalperiod 1250
// Fixed cycles used by the inner loop
#define w_fixedlow 2
#define w_fixedhigh 4
#define w_fixedtotal 8
// Insert NOPs to match the timing, if possible
#define w_zerocycles (((F_CPU/1000)*w_zeropulse )/1000000)
#define w_onecycles (((F_CPU/1000)*w_onepulse +500000)/1000000)
#define w_totalcycles (((F_CPU/1000)*w_totalperiod +500000)/1000000)
// w1 - nops between rising edge and falling edge - low
#define w1 (w_zerocycles-w_fixedlow)
// w2 nops between fe low and fe high
#define w2 (w_onecycles-w_fixedhigh-w1)
// w3 nops to complete loop
#define w3 (w_totalcycles-w_fixedtotal-w1-w2)
#if w1>0
#define w1_nops w1
#else
#define w1_nops 0
#endif
// The only critical timing parameter is the minimum pulse length of the "0"
// Warn or throw error if this timing can not be met with current F_CPU settings.
#define w_lowtime ((w1_nops+w_fixedlow)*1000000)/(F_CPU/1000)
#if w_lowtime>550
#error "Light_ws2812: Sorry, the clock speed is too low. Did you set F_CPU correctly?"
#elif w_lowtime>450
#warning "Light_ws2812: The timing is critical and may only work on WS2812B, not on WS2812(S)."
#warning "Please consider a higher clockspeed, if possible"
#endif
#if w2>0
#define w2_nops w2
#else
#define w2_nops 0
#endif
#if w3>0
#define w3_nops w3
#else
#define w3_nops 0
#endif
#define w_nop1 "nop \n\t"
#define w_nop2 "rjmp .+0 \n\t"
#define w_nop4 w_nop2 w_nop2
#define w_nop8 w_nop4 w_nop4
#define w_nop16 w_nop8 w_nop8
void inline ws2812_sendarray_mask(uint8_t *data,uint16_t datlen,uint8_t maskhi)
{
uint8_t curbyte,ctr,masklo;
uint8_t sreg_prev;
ws2812_DDRREG |= maskhi; // Enable output
masklo =~maskhi&ws2812_PORTREG;
maskhi |= ws2812_PORTREG;
sreg_prev=SREG;
cli();
while (datlen--) {
curbyte=*data++;
asm volatile(
" ldi %0,8 \n\t"
"loop%=: \n\t"
" out %2,%3 \n\t" // '1' [01] '0' [01] - re
#if (w1_nops&1)
w_nop1
#endif
#if (w1_nops&2)
w_nop2
#endif
#if (w1_nops&4)
w_nop4
#endif
#if (w1_nops&8)
w_nop8
#endif
#if (w1_nops&16)
w_nop16
#endif
" sbrs %1,7 \n\t" // '1' [03] '0' [02]
" out %2,%4 \n\t" // '1' [--] '0' [03] - fe-low
" lsl %1 \n\t" // '1' [04] '0' [04]
#if (w2_nops&1)
w_nop1
#endif
#if (w2_nops&2)
w_nop2
#endif
#if (w2_nops&4)
w_nop4
#endif
#if (w2_nops&8)
w_nop8
#endif
#if (w2_nops&16)
w_nop16
#endif
" out %2,%4 \n\t" // '1' [+1] '0' [+1] - fe-high
#if (w3_nops&1)
w_nop1
#endif
#if (w3_nops&2)
w_nop2
#endif
#if (w3_nops&4)
w_nop4
#endif
#if (w3_nops&8)
w_nop8
#endif
#if (w3_nops&16)
w_nop16
#endif
" dec %0 \n\t" // '1' [+2] '0' [+2]
" brne loop%=\n\t" // '1' [+3] '0' [+4]
: "=&d" (ctr)
: "r" (curbyte), "I" (_SFR_IO_ADDR(ws2812_PORTREG)), "r" (maskhi), "r" (masklo)
);
}
SREG=sreg_prev;
}
Un exemple d'utilisation est donné ci-dessous :
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include "light_ws2812.h"
struct cRGB led[1];
int main()
{
while(1)
{
led[0].r=10;led[0].g=00;led[0].b=0;
ws2812_setleds(led,1);
_delay_ms(500);
led[0].r=0;led[0].g=00;led[0].b=0;
ws2812_setleds(led,1);
_delay_ms(500);
}
}
Créer les 3 fichiers précédents sur éclipse en respectant rigoureusement le nom des fichiers et en copiant le code ci dessus dans chacun !
Vous devez donc avoir 4 fichiers dans votre projet (les 3 pour la led + le fichier contenant votre "main"
Après avoir vérifié le fonctionnement, écrire différents programmes qui :
- affichent successivement R puis V puis B en boucle
- affichent un dégradé de rouge
- affichent un dégradé de bleu
moteur !
Cette partie ayant été étudiée en TD, on partira du code suivant :
Base de programme
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include "light_ws2812.h"
struct cRGB led[1];
// prototype des fonctions
void initMoteur();
inline void setVitesse (int16_t, int16_t) __attribute__((always_inline));
inline void setMoteurG (int16_t) __attribute__((always_inline));
inline void setMoteurD (int16_t) __attribute__((always_inline));
#define topPWM 100 // la vitesse des moteurs varie de -topPWM à topPWM
int main()
{
initMoteur();
while(1)
{
}
}
void initMoteur()
{
DDRD |= (1<<PD7) | (1<<PD6);
DDRE |= 1<<PE6;
DDRC |= 1<<PC6;
TCCR4B |= (1<<PWM4X) // inverse les sortie OCRxA et OCRxA/
|(1<<CS42)|(1<<CS41)|1<<CS40; // prédiviseur
TCCR4A |= (1<<PWM4A) | (1<<COM4A0); // PWM sur COM4A/
TCCR4C |= (1<<PWM4D) | (1<<COM4D0) | (1<<COM4D1); // PWM sur COM4D
TC4H=0;
OCR4C=topPWM; // valeur max PWM -> fmli = fq / (topPWM * prediv )
}
void setVitesse(int16_t vG, int16_t vD)
{
setMoteurD(vD);
setMoteurG(vG);
}
void setMoteurG(int16_t vit)
{
if (vit<0)
{
vit = -vit;
PORTD |= (1<<PD6);
}
else PORTD &=~ (1<<PD6);
if (vit>topPWM) vit=topPWM;
OCR4A = vit;
}
void setMoteurD(int16_t vit)
{
if (vit<0)
{
vit = -vit;
PORTE |= (1<<PE6);
}
else PORTE &=~ (1<<PE6);
if (vit>topPWM) vit=topPWM;
OCR4D = vit;
}
Utiliser ces fonctions pour que la trajectoire du robot soit un cercle
Comment parcourir le cercle dans le sens inverse ?
Comment faire varier le rayon du cercle ?
Les boutons
light tracking robot
2 capteurs de lumière sont positionnés sur le robot. Ce sont des LDR (résistances variant en fonction de l'intensité lumineuse) qui sont câblés en pont diviseur comme indiqué sur la figure ci-contre.
Les informations nécessaires à la lecture de ce capteur sont :
- entrée analogique ADC0
- valeur environ 400 si la lumière est dans l'axe
- valeur diminue si elle est à gauche du robot ( sens de l'avancement du robot )
- tension de référence du CAN : AVCC
Vous utiliserez l'un des 2 canevas ci-dessous, l'un utilisant les interruptions, l'autre non :
| Avec interruption | Par scrutation |
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include <avr/interrupt.h>
void initMoteur();
inline ...
int16_t vt = xxxx;
int16_t wr = 0;
volatile int16_t n;
ISR(ADC_vect)
{
n=ADC;
....
//relancer une nouvelle conversion
}
int main()
{
initMoteur();
// mettre en route CAN
// configurer CAN
// autoriser interruption CAN et lancer une conversion
while(1)
{
}
}
...
|
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include <avr/interrupt.h>
void initMoteur();
inline ...
int16_t vt = xxxx;
int16_t wr = 0;
int main()
{
initMoteur();
// mettre en route CAN
// configurer CAN
while(1)
{
// lancer une conversion
// attendre fin de conversion : le bit ADSC reste à 1 jusqu'à la fin de la conversion
// donc : ne rien faire tant que le bit est à 1 (utiliser while et bit_is_set)
// lire la valeur
int16_t n=ADC;
....
}
}
...
|
Nous souhaitons faire un robot qui suit une source lumineuse. Pour cela, la vitesse des roues (plus exactement la vitesse de rotation du robot) doit dépendre de la valeur renvoyée par l'entrée analogique ADC0.
On aura donc :
- vt : vitesse de translation (ex 20)
- wr : vitesse de rotation
- vitMoteurD = vt + wr
- vitMoteurG = vt - wr
- wr = f(ADC0)
Ecrire un programme permettant de réaliser ce comportement.
  Allons y progressivement
Il convient donc de procéder par étapes. Commencez donc par changer la couleur de la led suivant la position de la lumière par rapport au robot, par exemple :
|
Suivi de ligne
On souhaite maintenant programmer un robot suiveur de ligne, qui sera de couleur noire.
Principe
5 capteurs photoréflectifs sont disposés sur le robot tel que résumé dans le tableau ci-dessous.
| Position du capteur | extrême gauche | gauche | centre | droite | extrême droite |
| broche µc | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 |
| entrée CAN | ADC7 | ADC6 | ADC5 | ADC4 | ADC1 |
On peut considérer dans un premier temps que la valeur lue sur le CAN est :
- inférieure à 300 sur du noir
- supérieur à 300 pour le blanc
On décomposera la vitesse du robot de la même façon que précédemment :
- vt : vitesse de translation, constante par ex 30
- wr : vitesse de rotation, dépendra de la position du robot par rapport à la ligne
- vitMoteurD = vt + wr
- vitMoteurG = vt - wr
Position de la ligne
Le plus important est de trouver la position du robot par rapport à la ligne, que l'on notera pos.
Le principe est d'attribuer un poids à chaque capteur, d'autant plus grand que le capteur est excentré. Le signe donne le côté du capteur :
| Position du capteur | extrême gauche | gauche | centre | droite | extrême droite |
| poids du capteur | 24 | 12 | 0 | -12 | -24 |
L'algorithme est le suivant :
- initialiser pos à 0
- initialiser nbCaptOnLine à 0
- pour chaque capteur sur la ligne
- incrémenter nbCaptOnLine
- ajouter le poids du capteur à pos : pos <- pos + poids[numeroCapteur]
- normaliser pos : pos <- pos / nbCaptOnLine
Exemples :
pos = (0 + (-12))/2 = -6 |
pos = (12 + 0 + (-12))/3 = 0 |
pos = (24)/1 = 24 |
Vérification des capteurs
La première étape dans la conception du programme va consister à vérifier le Convertisseur Analogique Numérique, en utilisant la led.
On testera individuellement chaque capteur :
Écrire un programme qui allume la led si le capteur est au dessus de la ligne
Modifier ensuite le programme pour boucler sur le 5 capteurs :
- lumière bleue avant de lancer les conversions
- pour chaque capteur
- allumer la led en rouge si présence ligne
- allumer en vert pour indiquer qu'on passe au capteur suivant
Comment calibrer correctement les capteurs pour trouver les seuils
Ceci peut être réalisé par un simple programme Arduino qui nous permet de regarder les valeurs des capteurs par la liaison série :
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
int data[5];
uint8_t i;
// put your main code here, to run repeatedly:
for (i=0;i<5;i++)
{
data[i]=analogRead(i);//store the value read from the sensors
Serial.print(data[i]);Serial.print(" - ");
}
Serial.println();
delay(500);
}
Un essai avec un Robot a donné les résultats suivants.
| Position du capteur | extrême gauche | gauche | centre | droite | extrême droite |
| broche µc | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 |
| entrée CAN | ADC7 | ADC6 | ADC5 | ADC4 | ADC1 |
| entrée Arduino | A0 | A1 | A2 | A3 | A4 |
| BLANC | 836 | 982 | 980 | 974 | 970 |
| NOIR | 210 | 390 | 338 | 305 | 305 |
| Seuil | 523 | 686 | 659 | 639 | 637 |
Position de la ligne
Il est temps maintenant de calculer la variable pos tel qu'indiqué ci-dessus.
Modifier la couleur de la led suivant la valeur de pos :
- vert si pos = 0
- rouge si pos>0
- bleu si pos<0
- éteindre la led si aucun capteur n'est sur la ligne.
Marche
Il ne reste qu'à modifier la vitesse angulaire du robot (wr) en fonction de la variable pos
Remarque : attention au signe, sinon la correction se fait dans le mauvais sens !
