Dvojosová kolíska na kameru ovládaná joystickom

Záverečný projekt predmetu MIPS / LS2024 - Viacheslav Matsibora a Dmytro Fietisov

Dvojosová kolíska na kameru ovládaná joystickom

Držiak kamery pre servomotory SG90, MG90 a pod. Pohyb namontovanej kamery je možný v dvoch osiach (tzv. pan and tilt držiak kamery). Súčasťou balenia sú 4 kusy plastových komponentov a skrutky s maticami. Pre plnú funkčnosť budeme potrebovať 2 servomotory.

Takže budeme používať dva spôsoby riadenia servopohonmi: prvý, keď servopohony nasledujú polohu joysticku a pohybujú sa, kým posúvame joystick, druhý - servopohony začnú pohybovať smerom, kam ukazuje joystick, a zostanú tam, kým opäť neposunieme páčku alebo nezmeníme smer.

Model projekta.

Zadanie

Rozhodli sme sa naprogramovať držiak na kameru, ktorý by sa otáčal doľava a doprava a samotná kamera sa pohybovala vertikálne. V našom prípade pôjde o dva typy pohybu a dva programy:

1.) keď servopohony nasledujú polohu joysticku a pohybujú sa, kým posúvame joystick.

2.)servopohony pohybovať smerom, kam ukazuje joystick, a zostanú tam, kým opäť neposunieme páčku alebo nezmeníme smer.

Literatúra:

• ATmega328P Datasheet
• Arduino Uno pinout diagram

Analýza a opis riešenia

Celý projekt obsahuje dosku Arduino, dvojosový joystick, dva servá sg90, prepojovacie vodiče a samotný držiak kamery.

Použitý joystik má 5 pinov (Vcc, GND, Xaxis, Yaxis a kolík tlačidla). Joystick má 2 centrované potenciometre, pri napájaní produkujú analógový signál a pri použití s ​​Arduino má nasledujúce hodnoty: „0-1023“ a keďže sú v pohotovostnom režime vycentrované, vytvárajú hodnoty okolo „512“ a tlačidlo má digitálny výstup 0/1.

Musíme byť opatrní s joystickom, pretože sú dosť lacné a môže fungovať iba jedna os, čo sa stalo v našom prípade. Na kontrolu osej sme použili terminal PuTTY.

Joystik.

schema Joystika.

Schéma zapojenia joystika k Arduino.

Ďalej budeme hovoriť o servomotoroch.

Servomotory majú tri vodiče: GND/VCC/signál, v tomto prípade je napájaný 5V z Arduina, môžme použiť 9V alebo 12V, ale najprv si prečítajme datasheet list servomotora, aby sme poznali podporované napätie. Externý zdroj napájania musí mať spoločnú zem. Mame take charakteristiky motorčekov:

Napätie: 3V ~ 7.2V
Rýchlosť 0,12 s/60°
Točivý moment (@ U=4,8V)1,2 kg.cm
Točivý moment (@ U=6V) 1,6 kg.cm
Uhol natočenia: 180°
Hmotnosť: 14g
Rozmery(mm): 22 x 11,5 x 27

Servomotor.

Schéma zapojenia joystika a servomotorov k Arduino.

Riadenie polohy servomotora pomocou dĺžky impulzu.

Servomotor je kombináciou DC motora, systému riadenia polohy, prevodov. Polohu hriadeľa DC motora nastavuje riadiaca elektronika v servo na základe duty ratio PWM signálu na pine SIGNAL. Jednoducho povedané, riadiaca elektronika nastavuje polohu hriadeľa ovládaním DC motora. Tieto údaje o polohe hriadeľa sa odosielajú cez pin SIGNAL. Údaje o polohe do riadenia by sa mali odosielať vo forme signálu PWM cez signálny pin servomotora.Generovanie PWM bolo riešené pomocou 16-bitového počítadla a časovača T1. Potom pre Т1: režim Fast PWM. To, ktorý režim PWM chceme používať sa nastavuje bitmi WGM13...WGM10, ktoré sú rozdelené do registrov TCCR1A a TCCR1B.

Tabulka.

Ďalej musíme vypočítať frekvenciu signálu, na to použijeme vzorec z datasheetu.

Vzorec.

fcpu je 16MHz, fpwm by malo byť 50Hz, N – preddelička. Sme zvolili 64, teda preddeličku nastavíme takto TCCR1B = (1<<CS10)|(1<<CS11);. Potom sa z výpočtov TOP rovná 4999 a túto hodnotu zapíšeme do ICR1. Ďalej, aby sme mohli ovládať polohu servomotora k OCR1A a OCR1B, musíme zapisovať hodnoty, ktoré sú v rozsahu 5-10% z ICR1 (aby sme dostali impulzy 1,0-2,0 ms, ktoré nám dajú 0° - 180°), kde 7,5 % bude počiatočná pozícia.

Algoritmus a program

Zdrojový kód do drziaka kamery

AVR C-code(s vrátením polohy kamery)AVR C-code(bez návratu polohy kamery)

#define F_CPU 16000000UL	          // Define CPU Frequency()16MHz
#include <avr/io.h>		              // Include AVR std. library file
#include <stdio.h>		              // Include std. library file
#include <util/delay.h>		          // Include Delay header file
        
void ADC_Init()				          // ADC Initialization function
{
	DDRC=0x00;			              // Make ADC port as input
	ADCSRA = 0x87;			          // Enable ADC, with freq/128
	ADMUX = 0x40;			          // Vref: Avcc, ADC channel: 0
}

int ADC_Read(char channel)
{
	ADMUX = 0x40 | (channel & 0x07);  // set input channel to read
	ADCSRA |= (1<<ADSC);		      // Start ADC conversion 
	while (!(ADCSRA & (1<<ADIF)));
			/* Wait until end of conversion by polling ADC interrupt flag*/
	ADCSRA |= (1<<ADIF);		      // Clear interrupt flag
	_delay_ms(1);				      // Wait a little bit 
	return ADCW;				      // Return ADC word
}
                 
int main(void)
{
  ADC_Init();				          // ADC initialize function
  DDRB|=(1<<PB1)|(1<<PB2);		      // Make OC1A and OC1B pin as output
  TCNT1 = 0;				          // Set timer1 count zero
  ICR1 = 4999;				          // Set TOP count for timer1 in ICR1 register //50Hz for 20ms pulse width

	/* Set Fast PWM, TOP in ICR1, Clear OC1A, OC1B on compare match, clk/64 */
  TCCR1A = (1<<WGM11)|(1<<COM1A1)|(1<<COM1B1);
  TCCR1B = (1<<WGM12)|(1<<WGM13)|(1<<CS10)|(1<<CS11);

  while(1)
  {
	 OCR1A = 90 + (ADC_Read(0)/2);	  // Read ADC channel 0 and make count in between 90-600
	 OCR1B = 90 + (ADC_Read(1)/2);	  // Read ADC channel 1 and make count in between 90-600
	 _delay_ms(16);			          // wait a bit
  }  
  return(0);
}

#define F_CPU 16000000UL	          // Define CPU Frequency()16MHz
#include <avr/io.h>		              // Include AVR std. library file
#include <stdio.h>		              // Include std. library file
#include <util/delay.h>		          // Include Delay header file
        
void ADC_Init()			              // ADC Initialization function
{
	DDRC=0x00;		                  // Make ADC port as input
	ADCSRA = 0x87;		              // Enable ADC, with freq/128
	ADMUX = 0x40;		              // Vref: Avcc, ADC channel: 0
}

int ADC_Read(char channel)
{
	ADMUX = 0x40 | (channel & 0x07);  // set input channel to read
	ADCSRA |= (1<<ADSC);		      // Start ADC conversion 
	while (!(ADCSRA & (1<<ADIF)));
			/* Wait until end of conversion by polling ADC interrupt flag*/
	ADCSRA |= (1<<ADIF);			  // Clear interrupt flag
	_delay_ms(1);				      // Wait a little bit 
	return ADCW;				      // Return ADC word
}
              
int main(void)
{
  ADC_Init();					      // ADC initialize function
  DDRB|=(1<<PB1)|(1<<PB2);			  // Make OC1A and OC1B pin as output
  TCNT1 = 0;					      // Set timer1 count zero
  ICR1 = 4999;					      // Set TOP count for timer1 in ICR1 register //50Hz for 20ms pulse width

	/* Set Fast PWM, TOP in ICR1, Clear OC1A, OC1B on compare match, clk/64 */
  TCCR1A = (1<<WGM11)|(1<<COM1A1)|(1<<COM1B1);
  TCCR1B = (1<<WGM12)|(1<<WGM13)|(1<<CS10)|(1<<CS11);
  
  int c_X = 90 + 512/2; 	          // The value of the initial position
  int c_Y = 90 + 512/2;		          // The value of the initial position

  int ADC_ValueX; 
  int ADC_ValueY;
  
  OCR1A = c_X;			              // motor to the initial position
  OCR1B = c_Y;			              // motor to the initial position
  
  while(1)
  {
	 ADC_ValueX = ADC_Read(0);	      // reading the value from the joystick
	 ADC_ValueY = ADC_Read(1);	      // reading the value from the joystick
	 
	 if(ADC_ValueX >= 715)			  // when the joystick is tilted from its initial position	
	 {
		c_X = c_X +5;			      // changing the position value
		if(c_X >=600)	{c_X = 600;}  // to stay in the range of 90 - 600
		if(c_X <=90)	{c_X = 90;}	  // to stay in the range of 90 - 600
	 }
	 if(ADC_ValueX <= 310)
	 {
		c_X = c_X -5;
		if(c_X >=600)	{c_X = 600;}
		if(c_X <=90)	{c_X = 90;}
	 }
	 if(ADC_ValueY >= 715)
	 {
		c_Y = c_Y +5;
		if(c_Y >=600)	{c_Y = 600;}
		if(c_Y <=90)	{c_Y = 90;}
	 }
     if(ADC_ValueY <= 310)
	 {
		c_Y = c_Y -5;
		if(c_Y >=600)	{c_Y = 600;}
		if(c_Y <=90)	{c_Y = 90;}
	 } 
	 OCR1A = c_X;		              // setting the motor to a new value
	 OCR1B = c_Y;		              // setting the motor to a new value
	 _delay_ms(16);		              // wait a bit
  } 
  return(0);
}

Zdrojový kód: zdrojaky.zip

Overenie

Všetko sme spojili, ako je popísané vyššie. Pomocou Datasheetu sme skontrolovali napäťové charakteristiky našich dielov a vyšlo toto:

Projekt.

Projekt.

Projekt.

V jednom prípade polohy servopohonov nasledujú polohu joysticku a pohybujú sa, kým posúvame joystick, v druhom - servopohony posúvame smerom, kam ukazuje joystick, a zostanú tam, kým opäť neposunieme páčku alebo nezmeníme smer.

Video:

- s vratenym polohy kamery

- bez vratenia polohy kamery

Kľúčové slová 'Category', ktoré sú na konci stránky nemeňte.