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[Ardublock] Makeblock搬运遥控车之车身行动控制

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搬运遥控车的底盘是由金属铝合金结构件组建而成，它底盘驱动系统是由两个直流电机，四个同步带轮和橡胶履带组成的，以实现前后进退和左右转弯的动作。

为了让搬运遥控车的宽度限制在160mm内，我选用了两个短尺寸的电机并排放置在小车的后轮位置，如图1所示。两个电机由一块MC33886电机双路驱动板驱动。

图1 搬运遥控车的底盘

一、Makeblock搬运车车身行动部分的电控系统组成

搬运车车身行动部分的电控系统组成为：两个短尺寸直流电机、Arduino MEGA2560控制器与XBee无线数传模块，一块MC33886电机驱动板，稳压电源模块，还有12V锂聚合物电池。

用来驱动这两个短尺寸直流电机是MC33886驱动板。这个驱动板是一款大电流电机驱动模块，两路电机输出，可实现 PWM调速、正反转、制动功能等。

二、Makeblock搬运车的车身行动控制调试程序编制

机械和电子硬件组装完毕后，我一步步通过LabVIEW软件来调试各执行部件的动作，并确定出来重要参数。这次调试的是车身行动控制，确定出车子直行和转弯的速度，以及两个电机转速偏差为多少时，小车才会直行。

经常做智能车模型作品，你会发现，若给驱动左右两个车轮的电机相同的PWM功率值，小车却不能直行。可能有三个因素，导致了这种现象的出现。一是车轮的轮胎质量不行，比如轮胎没有内胆，有下陷的凹面，或者车身负载较大时，轮胎太硬，导致抓地能力不强而打滑；二是小车身上所带负载不平衡，车体左右一边重，一边较轻；三是驱动左右两个车轮的电机，它们的电气参数不一致。所以可以通过修正左右电机的PWM值，让它们之间有些偏差，小车就会被调整到走直线。

所以设计一个行动灵活，控制精确的智能车，我认为要注意以下几点：

1、在智能车能够完成规定任务的前提下，小车负载尽量做到最轻（除相扑机器人），同时小车左右两边的负载尽量做到均衡。

2、所选电机要能与小车负载匹配，小车应具有比较好的加速能力和响应能力。

3、驱动小车的电机最好能选用带编码器的电机，这样小车的控制能力可以被提升。

4、小车的轮胎需仔细选择，轮胎要有很好的韧性。

调试车身行动参数，采用了LabVIEW前面板，上位机与下位Arduino控制器通过XBee无线串口通信。

图2车身行动控制前面板

上图前面板中，左右两个旋钮控件分别用来设置小车左右电机的PWM值，PWM值范围为0~255，值越大，电机转速越快。当把小车左右电机的PWM值设置好后，按下启动按钮，小车被遥控行驶。若此时，按下停止按钮，则小车停止。

注意，小车的Arduino MEGA2560控制器上插有一块XBee数传模块，它与插在电脑USB适配器上的另一块XBee模块无线通信，该适配器如图3所示。

图3 Xbee适配器

这个适配器通过USB数据线插到电脑USB插口上，要通过Arduino软件自带的驱动，生成串口COM号。这个串口号可以在windows操作系统的设备管理器看到，并且要把这个COM号，填写到图2前面板右侧的“请选择串口号”列表框中。“波特率”列表框中的值也不能随便写，它要与下位机Arduino程序设置的波特率一致。

前面板后台程序是图形化编程语言，称为框图程序。在这个程序中，我采用了事件结构，这个结构分为三个由按钮控件引发的事件分支。三个按钮是分别指启动、停止、退出按钮。图4展示的就是启动按钮分支，

图4 车身行动控制框图程序之启动按钮事件分支

从图4看出，如果按下前面板的“启动”按钮，在后台框图程序中就会引发“启动”：值改变事件分支，这个分支程序的任务是先把五个字节数据转换为一个字符串，再输入到VISA写入VI中，这个VI就会通过RS322通信协议把五个字节下达给小车上的Arduino控制器。五个字节中第一个字节如果是0x11（十六进制），则表示小车启动，若是0x22，则小车停止；第二个字节决定小车左轮电机正转或者反转，0xAA表示前进，0xBB表示后退；第三个字节是决定右轮电机正转或者反转，0xAA表示前进，0xBB表示后退；第四个字节是左轮电机的PWM功率值，功率值的大小由图2中旋钮控件来调节，第五个字节是小车右轮电机的PWM功率值。

与上位机LabVIEW程序相配合的是Arduino程序，它的任务是：接受上位机下达的五个控制字节，并据此控制小车左右轮子的转向、转速。

Arduino程序：

int P11_left =8; //连接小车右轮电机的PWM控制端口到数字接口8
int P12_left =9; //连接小车右轮电机的转向控制端口到数字接口9
int P21_right =10; //连接小车左轮电机的PWM控制端口到数字接口10
int P22_right =11; //连接小车左轮电机的转向控制端口到数字接口11
int val[5]; //定义接受上位机下达的五个控制字节的存储数组变量
//初始化
void setup()
{
  Serial1.begin(9600);    // 启动串口通信，波特率为9600b/s
  pinMode(P21_right, OUTPUT);   //直流电机驱动板的控制端口设置为输出模式
  pinMode(P22_right, OUTPUT);
  pinMode(P11_left, OUTPUT);
  pinMode(P12_left, OUTPUT);
  digitalWrite(P21_right, LOW); //右电机停止
  digitalWrite(P22_right, LOW);
      delay(20);
  digitalWrite(P11_left, LOW); //左电机停止
  digitalWrite(P12_left, LOW);
      delay(20);  
}
void left_advance()//小车左轮前进
{
   digitalWrite(P11_left,LOW);
   analogWrite(P12_left,val[3]); 
}
void left_back()//小车左轮后退
{  
   digitalWrite(P12_left,LOW);
   analogWrite(P11_left,val[3]);  
}
void right_advance()//小车右轮前进
{
   digitalWrite(P22_right,LOW);
   analogWrite(P21_right,val[4]);    
}
void right_back()//小车右轮后退
{
   digitalWrite(P21_right,LOW);
   analogWrite(P22_right,val[4]);
}
 
void left_stop()//小车左轮停止
{
   digitalWrite(P11_left, LOW);
   digitalWrite(P12_left, LOW);     
}  
void right_stop()//小车右轮停止
{
   digitalWrite(P21_right, LOW);
   digitalWrite(P22_right, LOW);       
}  
//主程序
void loop()
{
  if (Serial1.available()>0) //如果Arduino控制器读缓冲区中存在上位机下达的字节
  {
     delay(300);
      for(int i=0; i<5; i++)//for循环次数与上位机下达的字节数一致
     {val[i] = Serial1.read(); //读出Arduino控制板读缓冲区的字节
        delay(5);    
      }     
     if(val[0]==0x11)     //如果读出的第一个字节为小车启动标志字节0x11
     {
         if(val[1] ==0xAA)   
            left_advance();               
         if(val[1] ==0xBB)   
           left_back();              
         if(val[2] ==0xAA)   
            right_advance();        
         if(val[2] ==0xBB)            
           right_back();                
     }
     else if(val[0]==0x22) //如果读出的第一个字节为小车停止标志字节0x22
     {
         right_stop();
         left_stop();                                   
      }
  }
}
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