BRUKSANVISNING

2007-10-29 Bruksanvisning för roboten Saphira

BRUKSANVISNING

Revisionshistoria Datum Beskrivning

2007-08-15 Första utgåva

2007-10-29 Uppdatering av firmware till version 1.1 med nya kommandon för att styra hastigheten.

BRUKSANVISNING

Innehållsförteckning

INLEDNING .......................................................................................................................... 1

SKÖTSELINSTRUKTIONER FÖR ROBOTEN .......................................................................... 2

ROBOTENS UPPBYGGNAD .................................................................................................. 3 Inledning ..................................................................................................................................................... 3 Basplattan .................................................................................................................................................. 3 Infromationsdisplay .................................................................................................................................. 4 Utväxling .................................................................................................................................................... 5

Omkrets för driv hjul och kuggremshjul ............................................................................................. 5 Distans för varje varv motorn snurrar ................................................................................................ 5 Maxhastighet: ......................................................................................................................................... 5 Antal pulser för given distans som skall skickas till motorstyrningskortet: .................................. 5

BAKPLANET ......................................................................................................................... 6 Inledning ..................................................................................................................................................... 6 Matningspänning ...................................................................................................................................... 6 Kommunikation .......................................................................................................................................... 6 Utseende .................................................................................................................................................... 6 Schema för bakplanet ............................................................................................................................. 7 Mönsterkortssymbolen för bakplanskontakten ................................................................................... 9 Mönsterkortssymbolen för skruvplinten ............................................................................................. 10 Mönsterkortssymbolen för servokontakten ....................................................................................... 10 Mönsterkortssymbolen för anslutning bakplan / styrkort .............................................................. 11 Mönsterkortslayout för bakplanet...................................................................................................... 11

KOMMUNIKATIONSPROTOKOLLET .................................................................................. 12 Inledning .................................................................................................................................................. 12 Initiering ................................................................................................................................................... 12 Eko ............................................................................................................................................................ 12 Checksumma ........................................................................................................................................... 12 Kommandon som stöds i version 1.1 .................................................................................................. 12 Svar efter utförd förflyttning .............................................................................................................. 13 Flödeschema ........................................................................................................................................... 14

EXEMPEL PÅ EN ENKEL DESIGN AV ETT STYRKORT ......................................................... 15 Inledning .................................................................................................................................................. 15 Funktion .................................................................................................................................................... 15 Styrkortets uppbyggnad ...................................................................................................................... 15 Schemaritning ......................................................................................................................................... 15 Mönsterkortet ......................................................................................................................................... 16 Mönsterkortsritning ................................................................................................................................ 16

MJUKVARA ....................................................................................................................... 17 Inledning .................................................................................................................................................. 17 Funktion .................................................................................................................................................... 17 Uppbyggnad ......................................................................................................................................... 17 Kort berskrivning av de olika subrutinerna ...................................................................................... 17

main.c ........................................................................................................................................... 17

BRUKSANVISNING

usart.c ........................................................................................................................................... 18 Övrigt ...................................................................................................................................................... 18

EXEMPELKOD FÖR ATMEGA16 ......................................................................................... 19 main.c ....................................................................................................................................................... 19 usart.c ....................................................................................................................................................... 23 control.h ................................................................................................................................................... 25 usart.h ...................................................................................................................................................... 26

+

BRUKSANVISNING

Sida 1

BRUKSANVISNING S A P H I R A

INLEDNING Denna användarhandledning består av fyra delar. Den första delen är allmänna skötselinstruktioner för roboten. Del två beskriver kortfattat funktionen av motorstyrningskortet. Del tre beskriver kommunikationsprotokollet och del fyra visar ett exempel på hur mönsterkortet skall utformas för att passa bakplanet. För att använda sig av denna bruksanvisning förutsätts att läsaren har goda kunskaper i konstruktion med mikrodatorer, CAD med AltiumDesigner6 och C programmering.

Designunderlag finns att hämta på stud_dir under katalogen \TN\E\076_Design av autonoma robotar\Saphira. Dessa är till för att snabbt komma igång med design av hårdvara och mjukvara för styrning av roboten.

BRUKSANVISNING

Sida 2

SKÖTSELINSTRUKTIONER FÖR ROBOTEN

Det viktigaste att sköta på rätt sätt är batteriet. Batteriet består av 4st ackumulatorer på vardera 6V och 1800mAh. Dessa seriekopplas för att ge utspänningen 24V. Laddningen sker genom att ansluta ett nätaggregat. Ställ in spänningen på 28V innan aggregatet ansluts till roboten. När det är anslutet justeras laddströmmen till 10 procent kapaciteten och i detta fall blir det 180mA. Batteriet är fullladdat när laddströmen sjunker under ca 10mA. Detta kan ta upp till 12h när batteriet är helt urladdat. Observera att det endast går att ladda roboten när strömbrytaren är i laddläget och roboten är strömlös.

Roboten får inte dras på golvet då motorerna inducerar en spänning och i värsta fall med omvänd polaritet. Risken är då mycket stor att elektroniken på motorkortet förstörs!

Innan körning skall kontrolleras att alla skruvar är åtdragna. Kontrollera även att inga sladdar kan fastna i hjulen då roboten är mycket stark kommer det att bli skador om en kabel fastnar i ett roterande hjul! Gäller även fingrar!

Placera alltid roboten på ett stöd så att hjulen inte rör marken under utvecklingen, så slipper den åka iväg och krascha ner från bordet. Vi har bara en robot!

Om säkringen går får den endast ersättas med en snabb säkring på 500mA. Säkringen skall gå sönder om roboten kör in i tillexempel en vägg!

Se dock alltid till att roboten inte kan köra emot fasta föremål som tillexempel en vägg.

I övrigt tänk först handla sedan. Även då du är trött, stressad och klockan är mycket!

BRUKSANVISNING

Sida 3

ROBOTENS UPPBYGGNAD

Inledning Robotplattformen består av två stycken DC motorer med pulsigvare, motorstyrningskort, batteri och ett bakplan. Motorerna kontrolleras av motorstyrningskortet vars huvuddelar består av två kontrollkretsar (LM629 en för varje motor) samt en mikrokontroller (Atmega128) för programmering av kontrollkretsarna och kommunikation med kretskorten på bakplanet. Bakplanet är placerat ovanpå roboten och har plats för 5 stycken kretskort. Kretskorten kommunicerar med motorstyrningskortet via en RS232-länk och kan matas med 5 eller 3.3 volt.

Basplattan På basplattan är de delar som tillhör drivpaketet monterade. Dessa är hjul, drivremmar med kuggremshjul, batteri samt drivelektroniken i form av motorstyrningskortet. Bilden nedan visar var dessa delar är placerade.

Motor och tachometer

Batteri 24V 1800mAh

Hjuldiameter 0,15m

Hjuldiameter 0,15m

Drivrem & utväxling Motor och tachometer

Motorstyrningskort

BRUKSANVISNING

Sida 4

Infromationsdisplay Till motorstyrningskortet finns en informationsdisplay kopplad. Den ger information om robotens status. Vid uppstart visas en text om att roboten måste aktiveras samt en rad med batterispänningen. Under körning visas vilken position som höger och vänster hjul befinner sig på.

BRUKSANVISNING

Sida 5

Utväxling Beräkningen nedan visar hur antalet pulser/m och maxhastighet beräknas. OBS att även om det är många decimaler med i beräkningen kan en viss kalibrering vara nödvändig!

Kuggdrev a

Kuggdrev b Kuggrem

Hjul med diameter 0,15m

Omkrets för driv hjul och kuggremshjul

Hjulomkretsen är π * 0,15 = 0,47234 m = c

Omkretsen för motorkuggdrev är 0,03820 m = a

Omkretsen för hjulaxelkuggdrev är 0,02387 m = b

Distans för varje varv motorn snurrar

D = (a/b)*c = 0,754140 m

Maxhastighet:

Enligt databladet till motorn är rotationshastigheten på utgående axel 91 varv/minut vid 24 V.

91/60 * 0,754140= 1,14 m/s

1,14 * 3.6 = 4,1 km/h

Antal pulser för given distans som skall skickas till motorstyrningskortet:

32768 pulser/varv på motoraxeln i LM629 kretsen ökar upplösningen med 4. Detta beror på hur signalerna från tachometern behandlas i LM629 kretsen. Se sidan 9 & 10 i databladet till LM628/LM629. . Systemets upplösning R = 32768 * 4 = 131072

L = 1m

Ger en upplösning på L/(D/R) = 1 / (0,754140 / 131072) = 173803.32 pulser/m = 2A6EB16

BRUKSANVISNING

Sida 6

BAKPLANET

Inledning Till bakplanet skall de egenkonstruerade kretskorten anslutas. Detta avsnitt beskriver bakplanets funktion.

Matningspänning Bakplanet är direkt anslutet till batteriet på 24V. På kortet sitter sedan två stycken switchregulatorer som omvandlar 24V till 5,0V och 3,3V. Dessa två spänningar leds sedan ut till bakplanskontakterna. Strömmen får dock inte överskrida 5A. Om 24V behövs kan en sladd direkt anslutas till den extra batterikontakten som är placerad vid sidan av den som ansluter matningsspänningen till bakplanet.

Kommunikation Från kortet går en flatkabel till motorstyrningskortet. Denna kabel används för kommunikationen via RS232. Det finns även i framtiden möjlighet till I2C kommunikation när mjukvaran har uppdaterats.

Utseende Bilden nedan visar bakplanet och vart de olika delarna är placerade.

3,3V regulator 3,3V regulator

Servokontakt

Batterianslutning

Ansluting till motorstyrningskortet

I2C pullupmotstånd Bakplanskontakt

JP1

Skruvplint

BRUKSANVISNING

Sida 7

FIGUR 1: SCHEMA BAKPLAN

GND

READY

STOP

SCL

SDA

TXDRXDEMR_STOP

ENCALENCBLENCARENCBR

1A1

VCC 14

2A3

3A5

4A9

5A11

6A13

1Y 2

2Y 4

3Y 6

4Y 8

5Y 10

6Y 12

GND7

U1

74HCT04

+5V

READYPWM RDIR RSTOP

TXDRXDEMR_STOP

ENCALENCBL

ENCARENCBR

GND

+5V

+3.3V

GND GND

SDASCL

GND

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

P1

1 23 45 67 89 1011 1213 14

JP9

Backplane header 7X2

12

JP7Battery connector

12

JP8Battery connector

GND

A1 B1A2 B2A3 B3A4 B4A5 B5A6 B6A7 B7A8 B8A9 B9A10 B10A11 B11A12 B12A13 B13A14 B14A15 B15A16 B16A17 B17A18 B18A19 B19A20 B20A21 B21A22 B22A23 B23A24 B24A25 B25A26 B26A27 B27A28 B28A29 B29A30 B30A31 B31A32 B32

JP1

STOP

A19A20A21A22A23A24A25A26A27

+5V+5V

+5VGND GND

A18

B6B7B8B9B10B11B12B13B14

B19B20B21B22B23B24B25B26B27B28B29B30

A14

A28

READYPWM RDIR RSTOP

TXDRXD

ENCALENCBL

ENCARENCBR

+5V

GND GND

SDASCL

GND GND

A1 B1A2 B2A3 B3A4 B4A5 B5A6 B6A7 B7A8 B8A9 B9A10 B10A11 B11A12 B12A13 B13A14 B14A15 B15A16 B16A17 B17A18 B18A19 B19A20 B20A21 B21A22 B22A23 B23A24 B24A25 B25A26 B26A27 B27A28 B28A29 B29A30 B30A31 B31A32 B32

JP2

A19A20A21A22A23A24A25A26A27

+5V+5V

+5VGND GND

A18

B6B7B8B9B10B11B12B13B14

B19B20B21B22B23B24B25B26B27B28B29B30

A14

A28

READYPWM RDIR RSTOP

TXDRXD

ENCALENCBL

ENCARENCBR

+5V

GND GND

SDASCL

GND GND

A1 B1A2 B2A3 B3A4 B4A5 B5A6 B6A7 B7A8 B8A9 B9A10 B10A11 B11A12 B12A13 B13A14 B14A15 B15A16 B16A17 B17A18 B18A19 B19A20 B20A21 B21A22 B22A23 B23A24 B24A25 B25A26 B26A27 B27A28 B28A29 B29A30 B30A31 B31A32 B32

JP3

A19A20A21A22A23A24A25A26A27

+5V+5V

+5VGND GND

A18

B6B7B8B9B10B11B12B13B14

B19B20B21B22B23B24B25B26B27B28B29B30

A14

A28

READYPWM RDIR RSTOP

TXDRXD

ENCALENCBL

ENCARENCBR

+5V

GND GND

SDASCL

GND GND

A1 B1A2 B2A3 B3A4 B4A5 B5A6 B6A7 B7A8 B8A9 B9A10 B10A11 B11A12 B12A13 B13A14 B14A15 B15A16 B16A17 B17A18 B18A19 B19A20 B20A21 B21A22 B22A23 B23A24 B24A25 B25A26 B26A27 B27A28 B28A29 B29A30 B30A31 B31A32 B32

JP4

A19A20A21A22A23A24A25A26A27

+5V+5V

+5VGND GND

A18

B6B7B8B9B10B11B12B13B14

B19B20B21B22B23B24B25B26B27B28B29B30

A14

A28

READYPWM RDIR RSTOP

TXDRXD

ENCALENCBL

ENCARENCBR

+5V

GND GND

SDASCL

GND GND

A1 B1A2 B2A3 B3A4 B4A5 B5A6 B6A7 B7A8 B8A9 B9A10 B10A11 B11A12 B12A13 B13A14 B14A15 B15A16 B16A17 B17A18 B18A19 B19A20 B20A21 B21A22 B22A23 B23A24 B24A25 B25A26 B26A27 B27A28 B28A29 B29A30 B30A31 B31A32 B32

JP5

A19A20A21A22A23A24A25A26A27

+5V+5V

+5VGND GND

A18

B6B7B8B9B10B11B12B13B14

B19B20B21B22B23B24B25B26B27B28B29B30

A14

A28

+5V

+3.3

V

GN

DA

28A

27

A25

A24

A23

A22

A26

A21

A20

B30

B29

B28

B27

B26

B25

B24

B23

BATT_24V BATT_24V

S11

S22

S33

S44

S55

S66

S77

S88

+5V

9

GN

D17

+5V

10

+5V

11

+5V

12

+5V

13

+5V

14

+5V

15

+5V

16

GN

D18

GN

D19

GN

D20

GN

D21

GN

D22

GN

D23

GN

D24

P2

+5V

GN

D

U_PowerPower.SchDoc

+3.3V +3.3V +3.3V +3.3V +3.3V +3.3V +3.3V +3.3V +3.3V

+3.3V +3.3V+3.3V+3.3V+3.3V+3.3V+3.3V+3.3V+3.3V+3.3V

GND

+3.3V +3.3V +3.3V +3.3V +3.3V

A29A30

A29A30

A29A30

A29A30

A29A30

0.1uFC5

+5V

GND

EMR_STOP EMR_STOP EMR_STOP EMR_STOP

ENCODER SIGNALS TO 74HCT04 NOT SUPPORTED WITH MOTOR CARD VERSION 2.0!!!

FIGUR 2: SCHEMA KONTAKT BAKPLAN / STYRKORT

GND

READY

SCL

SDA

TXDRXDEMR_STOP

ENCALENCBLENCARENCBRGND

1 23 45 67 89 1011 1213 14

JP9

Backplane header 7X2

Schema för bakplanet

BRUKSANVISNING

Sida 8

FIGUR 5: SCHEMA BAKPLANSKONTAKT

READYPWM RDIR RSTOP

TXDRXDEMR_STOP

ENCALENCBL

ENCARENCBR

+5V

+3.3V

GND GND

SDASCL

GND GND

A1 B1A2 B2A3 B3A4 B4A5 B5A6 B6A7 B7A8 B8A9 B9A10 B10A11 B11A12 B12A13 B13A14 B14A15 B15A16 B16A17 B17A18 B18A19 B19A20 B20A21 B21A22 B22A23 B23A24 B24A25 B25A26 B26A27 B27A28 B28A29 B29A30 B30A31 B31A32 B32

JP1

A19A20A21A22A23A24A25A26A27

+5V+5V

+5VGND GND

A18

B6B7B8B9B10B11B12B13B14

B19B20B21B22B23B24B25B26B27B28B29B30

A14

A28

+3.3V

+3.3V+3.3V

+3.3V

A29A30

FIGUR 3: SCHEMA SKRUVPLINT

FIGUR 4: SCHEMA SERVOKONTAKT

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

P1

+5V

+3.3

V

GN

DA

28A

27

A25

A24

A23

A22

A26

A21

A20

B30

B29

B28

B27

B26

B25

B24

B23

S11

S22

S33

S44

S55

S66

S77

S88

+5V

9

GN

D17

+5V

10

+5V

11

+5V

12

+5V

13

+5V

14

+5V

15

+5V

16

GN

D18

GN

D19

GN

D20

GN

D21

GN

D22

GN

D23

GN

D24

P2

+5V

GN

D

FIGUR 7: SCHEMA SWITCHREGULATOR 5 & 3.3V

+

67-217-08

C41000uF

58-690-29

L2

100uH

R268 ohm

75-313-04

D4EL42-21UBC

FB 4

ON/OFF5

GND3

IN1

OUT 2

73-279-76

U3

LM2576S3.3

+

67-133-25

C1100uF

+

67-217-08

C21000uF

58-690-29

L1

100uH

R168 ohm

75-313-04

D2EL42-21UBC

FB 4

ON/OFF5

GND3

IN1

OUT 2

73-279-68

U2

LM2576S5.0

BATT_F_24V

70-103-25

D11N5822

+5V

+3.3V

BATT_F_24V

+

67-133-25

C3100uF

70-103-25

D31N5822

BRUKSANVISNING

Sida 9

Mönsterkortssymbolen för bakplanskontakten Bakplanskontakten sedd ovanifrån. OBS skillnaden mellan schemasymbolen!

FIGUR 8:

MÖNSTERKORTSSYMBOL BAKPLANSKONTAKT

B32

B1

A32

A1

BRUKSANVISNING

Sida 10

Mönsterkortssymbolen för skruvplinten Skruvplinten sedd ovanifrån:

Pinnumrering från vänster: GND, A28,A27,A26,A25,A24,A23,A22,A21,A20,+3,3V & + 5,0V

Mönsterkortssymbolen för servokontakten Kontakt för anslutning av servon sedd uppifrån

Pinnumrering från vänster Rad 1: GND Rad 2: +5,0V Rad 3: B23, B24, B25, B26, B27, B28, B29 & B30

BRUKSANVISNING

Sida 11

Mönsterkortssymbolen för anslutning bakplan / styrkort Kontakt för anslutning av kabel mellan bakplan och styrkort

Pinnumrering 1: TXD , 3: RXD , 9: GND (Övriga används inte)

Mönsterkortslayout för bakplanet Nedan visas layouten för bakplanet

FIGUR 9: MÖNSTERKORTSLAYOUT FÖR BAKPLANET

BRUKSANVISNING

Sida 12

KOMMUNIKATIONSPROTOKOLLET

Inledning Kommunikationsprotokollet är till för att överföra kommandon från styrkortet till motorkortet via RS232. Protokollet är enligt KISS (keep it simple stupid) och är i skrivande stund inte testat i någon större utsträckning men har visat sig relativt stabilt om man följer reglerna nedan!

Initiering Av säkerhetsskäl lägger sig motorstyrningskortet i spärrat läge när strömmen slås på och måste aktiveras. Motorstyrningskortet sänder då med ca 1sek mellanrum ut ett ’?’. Styrkortet skall då svara med ett ’A’. Därefter är motorstyrningskortet aktiverat och kan ta emot styrkommandon.

Eko För att veta när styrkortet tagit emot ett tecken skickas det i retur. Innan tecknet kommit i retur får inte nästa tecken skickas till styrkortet.

Checksumma All data som skickas till roboten förutom aktiveringen skall följas av en 16-bitars checksumma enligt CCITT. Algoritmen kallas även för CRC (cyclic redundancy check). Checksumman beräknas med formeln x16 + x12 + x5 + 1. Observera att det är ett 16 bitars tal och skickas efter data som msb + lsb. Implementering av funktionen återfinns i subrutinen crc16 nedan.

Kommandon som stöds i version 1.1 I versionen 1.1 av styrprogramvaran stöds kommandona nedan. Detta ger viss begränsning när det gäller hur roboten kan styras. T.ex. är det svårt att få roboten att köra i en cirkel eller svänga med radien > 0.

Kommando Antal bytes Kod Beskrivning

CM_LEFT_LOAD_POS 4 20 Ladda position för höger motor

CM_RIGHT_LOAD_POS 4 21 Ladda position för vänster motor

CM_BOTH_LOAD_POS 4 22 Ladda samma position till båda motorerna

CM_LEFT_START_MOTION 0 23 Starta förflyttning för vänster motor

CM_RIGHT_START_MOTION 0 24 Starta förflyttning för höger motor

CM_BOTH_START_MOTION 0 25 Starta förflyttning för båda motorerna

CM_LEFT_SET_MAX_SPEED 1 26 Sätt max hastighet för vänster motor

CM_RIGHT_SET_MAX_SPEED 1 27 Sätt max hastighet för höger motor

CM_BOTH_SET_MAX_SPEED 1 28 Sätt samma max hastighet för båda motorerna

Efter att godkänt kommando och data mottagits av motorstyrkortet returneras koden CM_OK eller CM_FAILED.

BRUKSANVISNING

Sida 13

Svar efter utförd förflyttning När motorn har roterat till angiven position skickas följande svar:

TC[L/R][b3][b2][b1]b[0]

TC står för Traction Control

[L/R] antingten L=left eller R=right

[b3] msb av 32-bitars possition

[b0] lsb av 32-bitars possition

När höger motor har stannat vid angiven position (0 i detta fall) skickas följande:

TCR’0’’0’’0’’0’ ’0’ = char 0

När vänster motor har stannat vid angiven position (0 i detta fall) skickas följande:

TCL’0’’0’’0’’0’ ’0’ = char 0

Positionen som returneras är begärda positionen +- ett positioneringsfel. Vilket beror av reglerparametrarna och vilka störningar som uppstår under förflyttningen.

BRUKSANVISNING

Sida 14

Flödeschema

START

INIT

Vänta på ’?’ från RS232

Skicka position till höger motor

CM_OK

Vänta tills rörelsen är klar genom att hämta 14 tecken enligt föregående sida.

Skicka position till vänster motor

CM_OK

Starta rörelsen för båda motorerna

5

4

1. Aktivera roboten genom att skicka ’A’

2. Skicka position för höger motor

3. Skicka position för vänster motor

4. Starta förflyttningen 5. Vänta på svar att

förflyttningen är utförd. 6. Beräkna ny position 7. Repetera steg 2 till 6

Skicka ’A’

JA

JA

NEJ

NEJ

Beräkna ny position.

7

1

2 6

3

BRUKSANVISNING

Sida 15

EXEMPEL PÅ EN ENKEL DESIGN AV ETT STYRKORT

Inledning Detta kort skall ses som ett exempel på hur ett enkelt styrkort till roboten kan utformas utifrån de filer som finns tillgängliga på kurskatalogen under \TN\E\076_Design av autonoma robotar\Saphira\hardware\saphira_controler

Funktion Denna hårdvara är till för att göra det möjligt att kommunicera med styrkortet utifrån de regler som sätts upp i mjukvaran.

Styrkortets uppbyggnad Konstruktionen utgår från en Atmega16 processor med JTAG interface. Utöver kommunikationen med motorstyrningskortet finns kopplingar till ultraljudssensorn, I2C-bussen och två servon. Processorn matas med 5V via bakplanet. Programmeringen sker via JTAG kontakten JP2 och kortet ansluts till bakplanet via kontakten JP1. Kommunikationen med motorstyrningskortet sker via anslutningarna RXD och TXD. I övrigt används den interna klockgeneratorn på 8MHz. Nedan visas det fullständiga schemat för styrkortet.

FIGUR 10: SCHEMA STYRKORT

Schemaritning Till AltiumDesigner 6 finns ett bibliotek med specifika schemasymboler och en mall för schemat som bör användas vid ritning av schemat. Namnet på biblioteket är saphira_controler.IntLib och ligger i samma filkatalog som övriga filer. Se även manual för AltiumDesigner.

TCK

TMSTDO 1 2

3 45 67 89 10

JP2

JTAG

TDI

+5V

470R9

PB0 (XCK/T0)1

PB1 (T1)2

PB2 (AIN0/INT2)3

PB3 (AIN1/OC0)4

PB4 (SS)5

PB5 (MOSI)6

PB6 (MISO)7

PB7 (SCK)8

RESET9

PD0 (RXD)14

PD1 (TXD)15

PD2 (INT0)16

PD3 (INT1)17

PD4 (OC1B)18

PD5 (OC1A)19

PD6 (ICP)20

PD7 (OC2)21

XTAL212

XTAL113 GND 11

PC0 (SCL) 22

PC1 (SDA) 23

PC2 (TCK) 24

PC3 (TMS) 25

PC4 (TDO) 26

PC5 (TDI) 27

PC6 (TOSC1) 28

PC7 (TOSC2) 29

AREF 32AVCC 30

GND 31

PA7 (ADC7) 33PA6 (ADC6) 34PA5 (ADC5) 35PA4 (ADC4) 36PA3 (ADC3) 37PA2 (ADC2) 38PA1 (ADC1) 39PA0 (ADC0) 40

VCC 10

U1

ATmega16-16PI

+5V+5V

XTAL_1XTAL_2

X_SERVOY_SERVO

X_SERVOY_SERVO

TRIGG_PULSEECHO_PULSE

TRIGG_PULSEECHO_PULSE

+5V

+5V +5V+3.3V +3.3VA3 +3.3VA4 SDARXD SCLTXD B6A7 B7A8 B8A9 B9A10 B10A11 B11A12 B12A13 B13A14 B14GND GND+5V +5V+3.3V +3.3VA18 NCA19 B19A20 B20A21 B21A22 B22A23 B23A24 B24A25 B25A26 B26A27 B27A28 B28A29 B29A30 B30GND GNDGND GND

JP1

XBotHeader MALE

0.1uFC1

+5V

TDITDOTMSTCKSDASCL

RESET

RESET

SDASCL

TXDRXD

RXDTXD

BRUKSANVISNING

Sida 16

Mönsterkortet Det viktiga vid designen av mönsterkortet är att kontakten JP1 kommer på rätt plats. Annars kommer inte pinnumreringen och avståndet till den nedre fräskanten att stämma. B32 (GND) ligger längst upp till vänster. Använd därför den färdiga mallen med placeringen av JP1 och fräsramen. Givetvis kan fräsramen ändras så att kortet blir större men tänk på att inte ändra läget på den nedre kanten i Y-led! I mallen finns även färdiga regler för ledarbredd och avstånd för polygonplanen till ledare och fräskant.

Använd med fördel ett jordplan och ett plan för matningsspänningen.

Figuren nedan visar det färdiga mönsterkortet.

B32

Mönsterkortsritning Till AltiumDesigner 6 finns ett bibliotek med specifika kretssymboler och en mall för kort som bör användas vid ritning av mönsterkortet. Namnet på biblioteket är saphira.intlib. Namnet på biblioteket är saphira_controler.IntLib och ligger i samma filkatalog som övriga filer. Se även manual för AltiumDesigner.

BRUKSANVISNING

Sida 17

MJUKVARA

Inledning Detta program skall ses som ett exempel på hur roboten kan styras. För att förstå koden krävs god kännedom om C programmering och om Atmega16. För specifik information om Atmega16 hänvisas till databladet. Programfilerna återfinns på stud_dir under katalogen \TN\E\076_Design av autonoma robotar\Saphira\Dokumentation\Software\saphira_control\v0.1

Funktion Detta programs funktion är att styra roboten så att den åker i fyrkanter med sidan 2m.

Uppbyggnad Mjukvaran består av ett antal funktioner för kommunikation, beräkning av checksumma samt ett huvudprogram som sköter styrningen av roboten.

Filerna som bygger upp programmet enligt nedan:

Fil Beskrivning

main.c Huvudfunktioner för styrning av robot och beräkning av crc

usart.c Funktioner för kommunikation via RS232

usart.h Definitioner för kommunikation vi RS232

control.h Definitioner för kommunikationsprotokollet

Kort berskrivning av de olika subrutinerna

main.c

main() Huvudprogram för styrning av roboten

void delay_1s( void ) Väntar 1 sekund

void crc16(unsigned char ser_data) Beräknar crc16. OBS använder sig av globala variabeln crc som måste sättas till 0 innan

beräkningen påbörjas. void send_byte(char data)

Skickar en byte via RS232 till styrkortet unsigned char send_pos(unsigned char lr, long int pos)

Skickar ny position till vald motor via RS232 long int turn(int r, float v)

Beräknar antalet pulser för att svänga v antal grader. OBS inte helt kalibrerad.

BRUKSANVISNING

Sida 18

usart.c

void USART_Init(double baud) Initierar USART i Atmega16 med given baudhastighet. I detta fallet 9600baud.

int USART_Receive_time_out( void );void USART_Init(double baud); Hämtar ett tecken från buffer I Atmega16. Hoppar ur efter ca 1 sek om inget tecken har

kommit. void USART_Transmit( unsigned char data );

Skickar ett tecken via RS232 void USART_Transmit_Str(const char *str );

Skickar en sträng via RS232 void USART_Flush( void );

Tömmer motagarbufferten i Atmega16

Övrigt För övrig information se kommentarerna I koden.

BRUKSANVISNING

Sida 19

EXEMPELKOD FÖR ATMEGA16

main.c /* Shapira control demo (main.c) for Atmega16 for IAR Version 0.2 2007-10-29 Copyright (C) Andreas Kingbäck (andki@itn.liu.se) This program is free software; you can redistribute it and/or modify it under the terms of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or (at your option) any later version. This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU General Public License for more details. You should have received a copy of the GNU General Public License along with this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA 02111-1307 USA */ #pragma language=extended #ifndef ENABLE_BIT_DEFINITIONS #define ENABLE_BIT_DEFINITIONS // Enable the bit definitions in the iom128.h file #endif #include "control.h" #include "usart.h" static unsigned int crc; // global for crc calculation void delay_1s( void ) { __delay_cycles(8000000); // Delay 1s } void crc16(unsigned char ser_data) { // Update the CRC for transmitted and received data using // the CCITT 16bit algorithm (X^16 + X^12 + X^5 + 1). crc = (unsigned char)(crc >> 8) | (crc << 8); crc ^= ser_data; crc ^= (unsigned char)(crc & 0xff) >> 4; crc ^= (crc << 8) << 4; crc ^= ((crc & 0xff) << 4) << 1; } void send_byte(char data) { int test = -1; while (test == -1) { USART_Transmit(data); test = USART_Receive_time_out(); } }

BRUKSANVISNING

Sida 20

unsigned char send_pos(unsigned char lr, long int pos) { unsigned char b,b1,b2,b3; // type conversion USART_Flush(); // Flush rx buffer // Reset crc crc = 0; // Connvert to bytes b = (pos & 0xFF000000) >> 24; b1 = (pos & 0x00FF0000) >> 16; b2 = (pos & 0x0000FF00) >> 8; b3 = (pos & 0x000000FF); // Calculate crc for data crc16(lr); crc16(b); crc16(b1); crc16(b2); crc16(b3); // Send command USART_Transmit(lr); USART_Receive_time_out(); // Send data USART_Transmit(b); USART_Receive_time_out(); USART_Transmit(b1); USART_Receive_time_out(); USART_Transmit(b2); USART_Receive_time_out(); USART_Transmit(b3); USART_Receive_time_out(); // Send crc16 USART_Transmit((crc & 0xFF00) >> 8); USART_Receive_time_out(); USART_Transmit((crc & 0xFF)); USART_Receive_time_out(); // Get acc (10101010=OK) if (USART_Receive_time_out() == CM_OK) return CM_OK; else return CM_FAILED; }

BRUKSANVISNING

Sida 21

unsigned char send_max_speed(unsigned char lr, unsigned char maxspeed) { USART_Flush(); // Flush rx buffer // Reset crc crc = 0; // Calculate crc for data crc16(lr); crc16(maxspeed); // Send command USART_Transmit(lr); USART_Receive_time_out(); // Send data USART_Transmit(maxspeed); USART_Receive_time_out(); // Send crc16 USART_Transmit((crc & 0xFF00) >> 8); USART_Receive_time_out(); USART_Transmit((crc & 0xFF)); USART_Receive_time_out(); // Get acc (10101010=OK) if (USART_Receive_time_out() == CM_OK) return CM_OK; else return CM_FAILED; } long int turn(int r, float v) { // Calculates no of puleses for the turn in v deg. (not calibrated!) // Radius = 0. Other radius than 0 is not implemented yet! float dist; long int p; dist = 0.00293705911111*v; p = dist / 5.753632903870394e-006; return p; }

int main( void ) { long int pr; long int pl; unsigned char maxspeed; int i; char rx[14]; USART_Init(9600); // Activate motor controler while (USART_Receive() != '?'); // Wait for activation ready signal USART_Transmit('A'); // Activate! delay_1s(); // Wait for controller to activate USART_Flush(); // Flush rx buffer __enable_interrupt(); // Enable interrupts

BRUKSANVISNING

Sida 22

// This program makes the robot to go in a box 2 by 2 meters. pr=0;pl=0; // Set maxspeed 0x00 to 0x30 maxspeed = 0x05; while (send_max_speed(CM_BOTH_SET_MAX_SPEED,maxspeed) == CM_FAILED); while (1==1) { pr+= 0x00054DD6; // pulses for 2 meters pl+= 0x00054DD6; // pulses for 2 meters // Forward 2m while (send_pos(CM_RIGHT_LOAD_POS,pr) == CM_FAILED); while (send_pos(CM_LEFT_LOAD_POS, pl) == CM_FAILED); USART_Transmit(CM_BOTH_START_MOTION); USART_Receive(); for (i = 0 ; i < 14 ; i++) // Receive trajectory complete reply rx[i] = USART_Receive_time_out(); // Turn 90 deg pr+=turn(0,90); // Radius not implemented! pl-=turn(0,90); while (send_pos(CM_RIGHT_LOAD_POS,pr) == CM_FAILED); while (send_pos(CM_LEFT_LOAD_POS, pl) == CM_FAILED); USART_Transmit(CM_BOTH_START_MOTION); USART_Receive(); for (i = 0 ; i < 14 ; i++) // Receive trajectory complete reply rx[i] = USART_Receive_time_out(); // Set maxspeed for demo switch(maxspeed) { case 0x05: maxspeed = 0x10; break; case 0x10: maxspeed = 0x20; break; case 0x20: maxspeed = 0x30; break; case 0x30: maxspeed = 0x05; break; } while (send_max_speed(CM_BOTH_SET_MAX_SPEED,maxspeed) == CM_FAILED); } }

BRUKSANVISNING

Sida 23

usart.c USART functions (usart.c) for Atmega16 for WINAVR Version 0.1ß 2007-06-18 Copyright (C) Andreas Kingbäck (andki@itn.liu.se) This program is free software; you can redistribute it and/or modify it under the terms of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or (at your option) any later version. This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU General Public License for more details. You should have received a copy of the GNU General Public License along with this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA 02111-1307 USA */ #pragma language=extended #ifndef ENABLE_BIT_DEFINITIONS #define ENABLE_BIT_DEFINITIONS // Enable the bit definitions in the iom128.h file #endif #include <ioavr.h> #include <stdio.h> #include <intrinsics.h> #include "usart.h" void USART_Init(double baud) { /* Set baud rate */ double bbaud; bbaud = (8000000/(8*baud))-1; UBRRH = (unsigned char)((unsigned int)bbaud >> 8); UBRRL = (unsigned char)bbaud & 0xFF; UCSRB = (1<<RXEN)|(1<<TXEN); UCSRA |= 2; // U2X } void USART_Transmit_Str(const char *str) { /* Wait for empty transmit buffer */ int i=0; while (str[i] != 0) { while ( !( UCSRA & (1<<UDRE)) ); UDR = str[i]; // Put data into buffer, sends the data i++; } } void USART_Transmit( unsigned char data ) { /* Wait for empty transmit buffer */ while ( !( UCSRA & (1<<UDRE)) ); /* Put data into buffer, sends the data */ UDR = data; }

BRUKSANVISNING

Sida 24

int USART_Receive_time_out( void ) { int timeout = 10000; // time out value /* Wait for data to be received */ int data; while (((UCSRA & 0x80) == 0) && (timeout > 0)) { __delay_cycles(8000); timeout --; } if ((UCSRA & 0x80) == 0) data = -1; // No data availible else data=UDR; return data; } unsigned char USART_Receive( void ) { /* Wait for data to be received */ unsigned char data; while ((UCSRA & 0x80) == 0); data=UDR; /* Get and return received data from buffer */ return data; } void USART_Flush( void ) { unsigned char dummy; while ( UCSRA & (1<<RXC) ) dummy = UDR; } unsigned char USART_ReadUCSRC( void ) { unsigned char ucsrc; /* Read UCSRC */ ucsrc = UBRRH; ucsrc = UCSRC; return ucsrc; } INTERRUPT_USART_RXC()// Interrupt driven USART Receive { unsigned char slask; __disable_interrupt(); slask = UCSRA; // Must read UCSRA with dummy read :-/ slask = UDR; __enable_interrupt(); }

BRUKSANVISNING

Sida 25

control.h /* Parser functions (control.h) for Atmega16 and WINAVR Version 0.2 2007-10-29 Copyright (C) Andreas Kingbäck 2005 (andki@itn.liu.se) This program is free software; you can redistribute it and/or modify it under the terms of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or (at your option) any later version. This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU General Public License for more details. You should have received a copy of the GNU General Public License along with this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA 02111-1307 USA */ #ifndef _PARSER_H_ #define _PARSER_H_ #include <ioavr.h> // Motor Control commands #define CM_LEFT_LOAD_POS 20 #define CM_RIGHT_LOAD_POS 21 #define CM_BOTH_LOAD_POS 22 #define CM_LEFT_START_MOTION 23 #define CM_RIGHT_START_MOTION 24 #define CM_BOTH_START_MOTION 25 #define CM_LEFT_SET_MAX_SPEED 26 #define CM_RIGHT_SET_MAX_SPEED 27 #define CM_BOTH_SET_MAX_SPEED 28 // Return codes #define CM_OK 254 #define CM_FAILED 255 // Status codes #define ROBOT_DISABLED 0 #define ROBOT_ACTIVATED 1 // Status codes #define true 1 #define false 0 #endif /* _PARSER_H_ */

BRUKSANVISNING

Sida 26

usart.h Usart functions (usart.h) for Atmega16 for IAR Version 0.1ß 2007-06-21 Copyright (C) Andreas Kingbäck (andki@itn.liu.se) This program is free software; you can redistribute it and/or modify it under the terms of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or (at your option) any later version. This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU General Public License for more details. You should have received a copy of the GNU General Public License along with this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA 02111-1307 USA */ #ifndef ENABLE_BIT_DEFINITIONS #define ENABLE_BIT_DEFINITIONS // Enable the bit definitions in the iom128.h file #endif #ifndef _USART_H_ #define _USART_H_ 1 #include <ioavr.h> #include <intrinsics.h> #define true 1 #define false 0 unsigned char USART_Receive( void ); int USART_Receive_time_out( void ); #define INTERRUPT_USART_RXC() _Pragma("vector=USART_RXC_vect") __interrupt void signal_func_USART1_RXC(void) #define INTERRUPT_USART_DATA() _Pragma("vector=USART_UDRE_vect") __interrupt void signal_func_USART1_UDRE_vect(void) void USART_Init(double baud); void USART_Transmit( unsigned char data ); void USART_Transmit_Str(const char *str ); void USART_Flush( void ); #endif /* _USARTUSB_H_ */