Ovladanie krokoveho motora joystickom + uvod displej

Záverečný projekt predmetu MIPS / LS2023 - Matej Ledecky

Zadanie

• 1.Preštudovanie datasheetov k daným komponentom (joystick, LCD/I2C, krokový motor + driver).

• 2.Návrh zapojenia a funkčnosti komponentov.

• 3.Zapojenie.

• 4.Návrh programového riešenia:

a. Čítanie hodnôt z joysticku a vhodná interpretácia pre ďalšie použitie. b. Pohyb krokového motora v oboch smeroch. c. Rýchlosť krokového motora. d. Prepojenie joystick - motor (ovládanie joystickom smer/rychlosť otáčania). e. Úvodná obrazovka (výpis privítania a čo robí daný projekt na LCD). f. Výpis smeru otáčania na LCD.

• 5.Otestovanie funkčnosti (videodokumentácia).

Hardware:

• Arduino uno R3

Arduino UNO R3

• Joystick

Joystick

Schéma zapojenia

• LED display 16×2 I2C

LCD displej

Schéma zapojenia

• Krokový motor 28BYJ-48 modul ULN2003

Krokovy motor + driver

Schéma zapojenia

• Krokový motor 28BYJ-48 modul ULN2003

• Schéma zapojenia zariadenia

Schéma zapojenia zariadenia

Literatúra:

• Dokumentácia Arduino uno R3

Analýza a opis riešenia

• 1.Najprv som pripojil joystick a vyhotovil jeho programové riešenie. Joystick je súčiastka, ktorá funguje štandardne na báze potenciometra, variabilného rezistora, ktorý mení odpor pri zmene polohy. Tento konkrétny joystick má dve osi pohybu (x a y) a tlačidlo. Na toto zariadenie použijeme jednu os pohybu, ktorú pripojíme na A/D prevodník s použitím knižnice, ktorú sme používali na cvičeniach.

• 2.Ďalej som zapojil krokový motor spolu s driverom a vyhotovil programový systém, pri ktorom je možné motorom otáčať a aj meniť jeho rýchlosť. Krokový motor 28BYJ-48 s modulom ULN2003 funguje na princípe rozdelenia celého otáčania na kroky. Každý krok zodpovedá určitému uhlu otáčania. ULN2003 je ovládač, ktorý prijíma signály z mikrokontroléra a riadi cievky motora. Postupným napájaním cievok v správnom poradí sa motor pohybuje o jeden krok. Tento spôsob umožňuje presné riadenie pozície a rýchlosti motora. Jednoducho povedané, motor sa otáča v malých krokoch riadených elektrickými impulzmi z ovládača ULN2003.

• 3.Pokračoval som prepojením týchto dvoch funkcií s výsledným cieľom, aby som vedel podľa smeru otočenia páčky (buď vľavo alebo vpravo) riadiť smer krokového motora a intenzitou ohybu v danom smere riadiť rýchlosť. Smer je riešený podľa výstupných parametrov systému: pri hodnotách v nižšej polovici možných výstupných hodnôt je jeden smer a pri vyššej druhý, pričom program ráta aj s takzvaným mŕtvym stredom (stav, kedy sa nič nedeje). Funkcia rýchlosti vychádza z úpravy delayu medzi jednotlivými krokmi motora, pričom hodnota pre úpravu vychádza z hodnoty výstupu joysticka.

• 4.V poslednom programovom kroku som vyhotovil jednoduchú úvodnú obrazovku (info k zariadeniu vid video) spolu s výpisom smeru otáčania. Realizácia spočívala v pripojení LCD LED displeja 16×2 s I2C modulom, s ktorým sa pracuje podobne ako na cvičení, s rozdielom, že tu sa používa aj I2C, s ktorým sme sa stretli tiež na cvičení.

• 5.Na záver som všetko odskúšal a po overení funkčnosti vyhotovil jednoduchú inštalačnú dosku pre dané zariadenie, ktorá bola z dreva a mosadzných úchytov, a vytvorila celistvé zariadenie s jednoduchým ovládaním.

Algoritmus a program

AVR C-codemain.h

#include "main.h"		// vlozenie potrebnych includeov prepojeni	

#define X_PIN 0			//definovanie pinov joysticku
#define Y_PIN 1

void delay(int delay)		// klasicky delay
{
	for (int i=1; i<=delay; i++)
	_delay_ms(1);
}

void delayus(int delay)			//us delay pre pozitie v rotacii ako regulacia rychlosti
{
	for (int i=1; i<=delay; i++)
	_delay_us(1);
}

void left(char Pole[],int Speed){		//tocenie doprava
	 for (int L=0;L<10;L++)
	for(int i = 0; i < 4; i++){
		PORTD = Pole[i];
		delayus(4250 - Speed*20);
	}
		PORTD = 0b00000000;
	 
}

void right(char Pole[], int Speed){		// tocenie dolava
	 for (int L=0;L<10;L++)
	for(int i = 3; i >= 0; i--){
		PORTD = Pole[i];
		delayus(4000 - Speed*20);
	}
		PORTD = 0b00000000;
	 
}


int main(void)
{
	
	MCUCR &= ~(1<<PUD);

	DDRD |= 0b00111100;		//paramatre pre otacanie
	char Pole[] = {0b00100000, 0b00010000, 0b00001000, 0b00000100};
 
	int Speed = 0;

	unsigned int Valuex;	// premenne pre nacitanie s AD prevodnika
	unsigned int Valuey;
	unsigned int Value;
	
	int x = 0b00001110; // premenna pre mod LCD cursor on/OFF
	int y = 0b00001100;
	
	
	char *num;

	TWI_Init();			//inicializacie TWI LCD ADC + uvodne texty
	delay(500);
	
	LCD_Init(y);
	delay(500);
	LCD_clear();
	delay(500);
	LCD_sendString("Vitajte");		
	delay(2000);
	LCD_clear();
	delay(500);
	
	LCD_sendString("Riadenie Motora ");
	LCD_setPosition(0,1);
	LCD_sendString("Joystickom");
	delay(2000);
	LCD_clear();
	delay(500);

	LCD_sendString("Smer otacania");
	LCD_setPosition(0,1);
	delay(500);
	
	adc_init();
	delay(500);
	
	while(1){

		Valuex = adc_read(X_PIN)/4;		//Citanie s AD do valuex
		if(Valuex > 125){				//pobyb packy po osi x dolava
			Speed=Valuex-123;			//vypocet konstatny rychlosti
			left(Pole,Speed);			// rotacia dolava
			LCD_setPosition(0,1);		// pozicia kurzora LCD
			LCD_sendString("<--");		// vypis na LCD
			
		}
		else if(Valuex < 124){			//to iste len do druhej strany s mensimi upravami kvoli rozdielnym hodnotam s AD
			Speed=127-Valuex;
			right(Pole, Speed);
			LCD_setPosition(0,1);
			LCD_sendString("-->");
		}
		else{
			LCD_setPosition(0,1);		// KED nic
		    LCD_sendString("<->");
		} 
	/*	num = (char *)malloc(snprintf(NULL, 0, "%d", o) + 1);
		LCD_sendString(num);
		free(num); */
	

	}
	return(0);
	
}

#ifndef MAIN_H_
#define MAIN_H_

#define BAUD 9600
#define F_CPU 16000000UL

#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include <stdio.h>
#include <util/delay.h>

#include "adc.h"
#include "twi.h"
#include "lcd.h"

#endif /* MAIN_H_ */

Ukážka zariadenia

Video s prezentáciou funkcie