Wireless Motordrive

Proyecto para la Actividad Práctica 4 de Sistemas Empotrados y de Tiempo Real, en la ULPGC.

Copyright (c) 2017 Diego Sáinz de Medrano.

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Componentes

Se han usado las siguientes piezas de hardware aparte de la placa Arduino Uno:

• RD02 - 12V robot drive de Robot Electronics
• LCD05 - 16x2 green de Robot Electronics
• XBee 2mW S2C con antena de Digi
• XBee Explorer USB de Digi

Montaje

Operación del robot

Nota: estas comprobaciones sólo se realizan una vez un comando de sincronización temporal ha sido recibido.

Después de realizar estas comprobaciones, se procede a comprobar si existen nuevos mensajes recibidos vía el router XBee montado sobre el wireless SD shield. De haberlo, se procesa de la siguiente manera:

Se toma el prefijo del mensaje, que debe consistir del primer caracter del mismo, y se parsea el resto del mensaje en un número entero que servirá como parámetro.

Prefijo	Acción
T	Sincronizar el tiempo de la librería Time
S	Indicar la nueva velocidad deseada al módulo de regulación de velocidad
D	Indicar la nueva dirección del robot
K	Actualizar la constante de regulación de velocidad

Interfaz de comandos

En el otro extremo del software está la aplicación de consola que se encarga de comunicarse con el robot a través de un módulo XBee configurado como coordinador. La aplicación está dividida en módulos encargados de diferentes tareas, como el procesado de la entrada de texto, la obtención de la fecha actual y la comunicación per se (este último módulo está basado en la aplicación super_serial).

Existen dos modos para interactuar con el robot, normal y direccional. En ambos modos la velocidad es medida de forma constante para proporcionar la información al display.

Modo normal

Se procesa la entrada de teclado como texto normal, y se reconocen los siguientes comandos:

• speed <s> : acelera o decelera el robot hasta alcanzar la velocidad s (medida en mm/s)
• toggle : cambia a modo direccional
• constant <k> : cambia la constante de proporción de regulación de velocidad.
• quit : detiene el robot y cierra el programa.

El módulo de control de velocidad consiste de una llamada a función que se realiza de forma síncrona con una señal del Timer2 que se activa cada 8ms. La función aumenta o disminuye el código de velocidad usando esta fórmula:

speed_code += K * (commanded_speed - measured_speed)

Modo direccional

Se procesa el pulsado de las teclas en lugar de texto. Los controles son:

• a/A : girar a la izquierda
• d/D : girar a la derecha
• w/W : hacia delante
• s/S : hacia atrás
• m/M : cambiar a modo normal
• <space> : parar

Liquid Crystal Display

En el LCD imprimiremos las informaciones relevantes actualizadas del robot. En el iniciado del sistema, se imprimirá un único mensaje mientras el tiempo no esté sincronizado: start console.

En la pantalla mostraremos la siguiente información:

Esquina	Mensaje
superior izquierda	Velocidad lineal del motor izquierdo
inferior izquierda	Velocidad lineal del motor derecho
superior derecha	Unidades de medida más símbolo (ver abajo)
inferior derecha	Hora y minuto actual

El símbolo mencionado consistirá de una flecha que se corresponderá con la dirección seleccionada en caso de que estemos en modo direccional (en caso de estar detenido, se mostrará un cuadrado). Para el modo normal, se mostrará la letra 'N'.

Las flechas direccionales son tanto propias del set de carácteres predefinidos como añadidas al inicio del programa mediante mapas de bits: ver la documentación del LCD05 y los sketchs de ejemplo para más información (en particular: arduino_sketches/lcd05_arrows/, donde hay un fichero con los "bitmaps" y un sketch que muestra cómo se graban en la memoria extra. Ver también la propia librería del LCD05, que ha sido expandida de la proporcionada inicialmente por el autor.)

Ficheros

• arduino_libs
  • lcd05
    • examples
    • keywords.txt
    • lcd05.cpp
    • lcd05.h
    • library.properties
  • rd02
    • examples
    • keywords.txt
    • rd02.cpp
    • rd02.h
    • library.properties
  • Time - github.com/PaulStoffregen
  • Xbee - github.com/andrewrapp
• arduino_sketches - sketches para probar las librerías
  • lcd05_arrows
  • lcd05_display
  • lcd05_time_display
  • lcd05_with_lib
  • rd02_measuring
  • rd02_with_lib
• doc
  • css - hojas de estilo para la documentación en html
  • WirelessMotordrive.md
  • WirelessMotordrive.md.html
• include
  • commands.h
  • connect.h
  • controls.h
  • timing.h
• sketch
  • Makefile
  • xbee_bridge.ino
• src
  • commands.cpp -
  • connect.cpp
  • controls.cpp
  • main.cpp
  • timing.cpp
• CMakeLists.txt

Instalación

Para utilizar los sketches hace falta incluir las librerías bajo el directorio arduino_libs en el directorio de librerías de usuario de la instalación de Arduino en el sistema, normalmente $HOME/Arduino/libraries. Su uso en otros sketches está facilitado gracias a los ficheros library.properties, que autoinserta el #include necesario en los códigos fuentes al importar las librerías. También hay pequeños ejemplos incluidos en las mismas.

En el caso del sketch final, se ha utilizado una aproximación diferente por razones técnicas (ver Referencias - AVR Library vprintf family bug). Se ha usado el proyecto Arduino-Makefile para aprovechar las herramientas de una instalación completa de Arduino con mayor flexibilidad y sin necesidad de usar un entorno gráfico. Este método también depende de la presencia de las librerías en su lugar.

Por último, para el uso de la aplicación de consola, se utilizan los ficheros de src e include así como el fichero CMakeLists.txt. Por cada módulo en C++ en src existe un header en include, y el fichero main.cpp coordina los módulos para le ejecución. El método más adecuado de construcción es crear un directorio en la raíz del directorio del proyecto y utilizar los siguientes comandos:

$ cmake ..
$ make clean && make

Esto generará un ejecutable que toma como parámetro el puerto USB donde está conectado el coordinador XBee.

Referencias

• AVR Library vprintf family bug El compilador para la familia AVR utilizado por el proyecto Arduino por defecto elimina parte de la implementación de los formatos de impresión, en concreto el formato %f para números en coma flotante. El 'workaround' es utilizar directamente un Makefile donde indicamos las banderas de linkeado necesarias para que funcione con propiedad.
• StackOverflow - C++: How to split a string? Código ejemplo para partir una cadena en C++ en un vector de cadenas. Se utiliza en commands.cpp.
• StackOverflow - What is Equivalent to getch() & getche() in Linux? Código ejemplo para utilizar el input estándar de forma que se perciban los eventos del teclado. Se utiliza en controls.cpp.

Licencia

GPL 2.0