MSP430线路跟随器开源分享

描述

介绍

对于熟悉 Arduino IDE 的digitalRead()和digitalWrite()的人来说，德州仪器的 Code Composer Studio 的端口方向和按位操作可能看起来有点陌生。但是请相信我，一旦您习惯了它，您将立即使用 PIC 和 MSP430 等廉价 MCU 制作史诗般的项目！

我们将使用MSP430 G2553 超值系列 MCU 随附的MSP430G2 LaunchPad 开发套件( http://www.ti.com/tool/MSP-EXP430G2)制作带有 PD 控制器的线路跟随机器人。如果您有不同的德州仪器 MCU，代码应该可以工作，但您必须检查其数据表以确保引脚支持分配给它们的某些特殊功能。（如定时器和中断）

 

图 1：MSP430G2 Launchpad 套件

 

代码编写器工作室

我们将在本教程中使用 CCS。你可以在这里下载。

安装时，请确保您正在安装 MSP430 设备的所有组件。安装完成后，打开应用程序并使用 File > New创建一个新的CCS 项目。

 

图 2：CCS 项目创建

 

确保选择正确的目标设备。您可以在插入电路板后使用识别按钮让 CCS 找出电路板。为您的项目命名并点击完成。

 

图 3：main.c

 

您将看到一个包含如上所示小代码片段的 main.c 文件。主循环内的乱码用于停止看门狗计时器（呃！它旁边的评论中这么说）提示：尝试突出显示该行的一个单词并按 F3。它将在单独的文件中打开 msp430g2553.h 文件，并为您提供有关该寄存器的更多信息。

设置和清除位

我们将使用 DIR 寄存器作为如何设置和清除位的示例。

MSP430 使用 DIR（方向）寄存器将引脚设置为输入或输出。此外，G2553 有两个端口，分别是 PORT1 和 2。看看你的 Launchpad。您会看到标记为 P1.0、P1.1、P2.0、P2.1 的引脚。他们的意思是什么？简单！P1.0 - 端口 1，引脚 0P2.3 - 端口 2，引脚 3

这些端口通常为 8 位长，这就是为什么每个端口只能看到 8 个引脚的原因。两个端口有两个 DIR 寄存器，它们遵循与引脚相同的命名约定。P1DIR - 端口 1 方向寄存器 P2DIR - 端口 2 方向寄存器

这些寄存器也是 8 位长，每个位对应于相关端口中的一个引脚。P1DIR的BIT1对应P1.1（Port 1 Pin 1）

正确的。那么我们如何将一个引脚设置为输入或输出呢？如果将 DIR 寄存器中某个引脚的相应位设置为 1，则该引脚为输出。同样，如果您将该位设置为 0，则该引脚将成为输入。与 Arduino 的 pinMode() 函数相同。例如 - 为了将 P2.1 设置为输出，我们必须将 P2DIR 的 BIT1 设为 1。CCS 允许我们通过使用 BIT0、BIT1、BIT2 轻松访问寄存器中的位。 ..BIT6 关键字。

尝试在 CCS 中输入“ BIT4 ”，突出显示它并按 F3 键。您将能够看到它们是如何在 msp430g2553.h 标头中定义的。

 

图 4：标准钻头

 

您可以使用这些关键字和二进制 OR 运算符 ('|') 将寄存器中的各个位设置为 1。

P1DIR |= BIT2; //Set BIT2 of P1DIR to 1 (Sets pin 1.2 as an output)

我们正在使用 or 运算符，以便我们只对所需的位进行更改。

重置一个位是棘手的。这涉及使用二进制 AND 运算符 (' & ') 和二进制补码运算符 (' ~ ')

P1DIR &= ~BIT2; //Set BIT2 of P1DIR to 0 (Sets pin 1.2 as an input)

接线组件

现在我们知道了基础知识，让我们开始做生意。首先，使用下面的图片作为组装组件的指南。（我还附上了fritzing项目，你可以在本页底部下载）

 

图 5：接线

 

注意：我使用了 TCRT5000 和比较器附带的 IR 线跟随传感器。这些东西相当便宜。你可以花 2 美元买到其中的 5 个。epid=911730611&hash=item488ae89f86:g:TDUAAOSwlzZbIiiiI:rk:3: pf:0

声明和全局变量

我们将首先声明我们将使用的函数和全局变量的名称。

#include  
void MotorSetup();
void SetLeftMotorSpeed();
void SetRightMotorSpeed();
void SetSpeeds(int lspeed,int rspeed);
void IRSensorSetup();
void SonarSetup();
void ReadSonar();
int readLine();
void lineFollow();
void SetBrakes();
/**
* main.c
*/
unsigned int up_counter;
unsigned int distance_cm;
int val = 0;
int sensorpanelVal = 0;
int lastval = 0;
//PID Values
int error = 0;
int lasterror = 0;
#define BaseSpeed 160
#define Kp 18
#define Kd 30

引脚设置

让我们首先设置引脚以使用我们的声纳。我正在使用单独的函数，我将在主函数中调用一次。

void SonarSetup(){
   /* set P1.2 (TRIG)to output direction */
   P1DIR |= BIT2;
   P1OUT &= ~BIT2;                 // keep trigger at low
   /* Set P1.1 to input direction (echo)
   P1.1 is an input for Timer A0 - Compare/Capture input */
   P1DIR &= ~BIT1;
   // Select P1.1 as timer trigger input select (echo from sensor)
   P1SEL = BIT1;
   /* Timer A0 configure to read echo signal:
   Timer A Capture/Compare Control 0 =>
   capture mode: 1 - both edges +
   capture sychronize +
   capture input select 0 => P1.1 (CCI1A) +
   capture mode +
   capture compare interrupt enable */
   CCTL0 |= CM_3 + SCS + CCIS_0 + CAP + CCIE;
   /* Timer A Control configuration =>
   Timer A clock source select: 1 - SMClock +
   Timer A mode control: 2 - Continous up +
   Timer A clock input divider 0 - No divider */
   TA0CTL |= TASSEL_2 + MC_2 + ID_0;
   // Global Interrupt Enable
   _BIS_SR(GIE);
}

如果您想了解有关所用寄存器的更多信息，可以在此处查看 MSP430 G2553 数据表。

现在让我们设置控制 L298N 电机驱动器所需的引脚。

void MotorSetup(){
   P2DIR |= BIT1+BIT5;//Pin 2.1 -> left motor speed Pin 2.5 -> Right Motor Speed
   P2SEL |= BIT1+BIT5;
   P1DIR |= BIT3+BIT4; // Set Pins 1.3 and 1.4 as outputs to control left motor direction
   P1DIR |= BIT5+BIT0; // Set Pins 1.5 and 1.6 as outputs to control right motor direction
   P1OUT &= ~(BIT1+BIT4+BIT5+BIT0); //set all pins to low
   /*** Timer1_A Set-Up ***/
   TA1CCR0 |= 200 - 1;
   TA1CCTL1 |= OUTMOD_7;
   TA1CCTL2 |= OUTMOD_7;
   TA1CCR1 |= 0;
   TA1CCR2 |= 0;
   TA1CTL |= TASSEL_2 + MC_1;
}

最后，读取 5 个红外传感器的引脚。

void IRSensorSetup(){
   //Set IR sensor pins as inputs
   P2DIR &= ~(BIT0+BIT2+BIT3+BIT4); //Set pins 2.0,2.2,2.3,2.4 as inputs
   P1DIR &= ~(BIT6); //1.7 as inputs
}

辅助函数

让我们创建一些帮助函数，使我们能够轻松地控制我们的组件。这比把所有东西都塞进 main 函数要容易得多。

读取声纳的辅助功能 -

void ReadSonar(){
   P1OUT ^= BIT2;              // assert
   __delay_cycles(10);         // 10us wide
   P1OUT ^= BIT2;              // deassert
   __delay_cycles(60000);      // 60ms measurement cycle
}

控制电机的功能 -

void SetLeftMotorSpeed(int speed){
   if (speed >0){
       P1OUT &= ~BIT3; // Pin 1.3 Low
       P1OUT |= BIT4; //Pin 1.4 High
       if(speed >199){
           speed = 199;//prevent CCR2 from being negative
       }
       TA1CCR1 = speed;
   }else if(speed <0){
       P1OUT |= BIT3; //1.3 High
       P1OUT &= ~BIT4; // Pin 1.4 Low
       speed = -speed;
       if(speed >199){
           speed = 199;//prevent CCR1 from being negative
       }
       TA1CCR1 = speed;
   }
}
void SetRightMotorSpeed(int speed){
   if (speed >0){
       P1OUT &= ~BIT5;//Pin 1.5 Low
       P1OUT |= BIT0; // Pin 1.3 Low
       if(speed >199){
           speed = 199;//prevent CCR2 from being negative
       }
       TA1CCR2 = speed;
   }else if(speed <0){
       P1OUT |= BIT0; //1.5 High
       P1OUT &= ~BIT6;//Pin 1.6 Low
       speed = -speed;
       if(speed >199){
           speed = 199; //prevent CCR2 from being negative
       }
       TA1CCR2 = speed;
   }
}
void SetSpeeds(int lspeed,int rspeed){
   SetLeftMotorSpeed(lspeed);SetRightMotorSpeed(rspeed);
}
void SetBrakes(){
   P1OUT &= ~BIT5;//Pin 1.5 Low
   P1OUT &= ~BIT0; // Pin 1.3 Low
   P1OUT &= ~BIT3; // Pin 1.3 Low
   P1OUT &= ~BIT4; //Pin 1.4 Low
   TA1CCR1 = 199;
   TA1CCR2 = 199;
}

声纳中断处理程序

在触发声纳后，您将需要这个时间让 Echo 引脚变低。

#pragma vector=TIMER0_A0_VECTOR
__interrupt void Timer_A (void)
{
   if (CCTL0 & CCI)            // Raising edge
   {
       up_counter = CCR0;      // Copy counter to variable
   }
   else                        // Falling edge
   {
       // Formula: Distance in cm = (Time in uSec)/58
       distance_cm = (CCR0 - up_counter)/58;
   }
   TA0CTL &= ~TAIFG;           // Clear interrupt flag - handled
}

线路跟随

首先，我们将创建一个函数来根据行的位置返回一个值。例如，如果黑线低于第一个传感器，则函数将返回 1，如果黑线低于传感器 2 和传感器 3，则返回 2.5，依此类推。

int readLine()
{
   //from left to right. Sensor output is high when white space is detected. Since we're seeking a black line,inputs are inverted
   int sensor1 = !(P2IN&BIT0);
   int sensor2 = !(P2IN&BIT2);
   int sensor3 = !(P2IN&BIT3);
   int sensor4 =!(P1IN&BIT6);
   int sensor5 =!(P2IN&BIT4);
   int sum = 0;
   sensorpanelVal = (sensor1 * 1)+(sensor2* 2)+(sensor3 * 3)+(sensor4 *4)+(sensor5*5);
   sum = (sensor1+sensor2+sensor3+sensor4+sensor5);
   if (sum ==0){
       return lastval;
   }else{
   lastval = sensorpanelVal/sum;
   return lastval;
   }
}

现在我们有了一个函数，可以根据黑线的位置给我们一个数值，我们可以开发一个比例和微分控制器来将位置保持在指定的设定点。

void lineFollow(){
   val = readLine();
   error = 3-val;
   int delta = error-lasterror;
   int change = Kp*error + Kd*delta;
   lasterror = error;
   int leftMotorPWM = BaseSpeed -change;
   //constrain PWM
   if(leftMotorPWM >199){
       leftMotorPWM = 199;
   }else if(leftMotorPWM <0){
       leftMotorPWM = 0;
   }
   //constrain PWM
   int rightMotorPWM = BaseSpeed + change;
   if(rightMotorPWM >199){
           rightMotorPWM = 199;
   }else if(leftMotorPWM <0){
           rightMotorPWM = 0;
   }
   SetSpeeds(leftMotorPWM,rightMotorPWM);
}

就是这样！现在您所要做的就是设置您的主要功能以运行引脚设置，并连续运行 linefollow() 功能。

int main(void)
{
   WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD;   // stop watchdog timer
   MotorSetup();
   IRSensorSetup();
   SonarSetup();
   while(1){
       lineFollow();
       if(sensorpanelVal ==15){
           SetBrakes();
           while(1){
           }
       }
   }
}

在这里，如果机器人的所有 5 个传感器都在黑色表面上，我将无限期地停止机器人，但您可以使用声纳读数或任何其他 IR 传感器值组合来触发不同的功能。（可以使用全局变量 sensorpanelVal 访问）

结论

您可以修改 linefollow() 和 readline() 函数以适合您的机器人和您的表面。如果您需要在黑色表面上跟随白线，请将 readline() 中的线替换为这些线，

int sensor1 = (P2IN&BIT0); //For white line on black surface
   int sensor2 = (P2IN&BIT2);
   int sensor3 = (P2IN&BIT3);
   int sensor4 = (P1IN&BIT6);
   int sensor5 = (P2IN&BIT4);

您还必须调整 Kp 和 Kd 值，以使您的机器人沿着线走而不会丢失它。