Medicin de velocidad: encdersDiseamos el mdulo que permitir conocer de forma exacta (salvo errores de medida) la velocidad del robot: el encder ptico. Gracias a este dispositivo, podremos medir la velocidad angular de la rueda, y a partir de ah calcular la velocidad lineal del robot, conocido el radio de la rueda.Funcionamiento

Las ruedas del robot disponen de una serie de dientes (12 en concreto) situados en la zona interna de la rueda, y distribuidos de manera uniforme a lo largo del permetro de la misma. Podemos verlos en la siguiente imagen:Para medir la velocidad angular, basta con medir el tiempo transcurrido entre el paso de un encoder y el siguiente por una referencia. Multiplicando por el nmero de dientes esta medida, obtenemos el periodo de la rueda.Diseo del encder pticoPara poder detectar el paso de cada uno de los dientes, diseamos un encder ptico. Dispone principalmente de un detector fotorreflectivo, que emite luz infrarroja y genera una respuesta en tensin proporcional a la luz recibida. En caso de que la luz rebote sobre una superficie altamente reflectante (por ejemplo, los dientes que vemos en la rueda) la salida tomar un nivel alto, y a la inversa si se trata de una superficie oscura (los huecos entre los dientes).El diseo del encder es muy sencillo, tal y como vemos en el siguiente esquema:

El elemento ptico es un QRE1113, similar al conocido CNY70, pero de dimensiones mucho ms reducidas. Se compone sencillamente de un LED infrarrojo y un fototransistor. La salida se conecta a un buffer con histresis (74LVC1G17, de Texas Instruments) para disponer de una salida final con flancos definidos y sin glitches. La alimentacin del mdulo ser a 3.3V, dado que todo el sistema trabaja con estas tensiones.El diseo de la PCB se ha realizado en Eagle, y la fabricacin ha sido casera, cuyo resultado vemos en la figura de la derecha.ResultadosAcoplamos el encder ptico a la rueda tal y como vemos en la imagen:

Finalmente, medimos la salida (cable azul) en el osciloscopio del laboratorio, con el motor girando al 30% de su capacidad (1300 rpm*0,3 = 390 rpm):

Vemos una salida pulsante, como se predeca. No es perfectamente cuadrada por la situacin del QRE con respecto a la rueda, pero lo que nos importa es la frecuencia de la seal. Vemos que en la medida tenemos una frecuencia de 77,22 Hz, luego la frecuencia de la rueda ser de 77,22/12 = 6,435 revoluciones por segundo. Finalmente, medimos que la rueda gira a 6,435*60 = 386,1 rpm ~ 390 rpm(terico). La diferencia se deber fundamentalmente a cuestiones mecnicas.Implementamos ahora en el microcontrolador las rutinas para calcular el tiempo entre flancos de subida.La primera idea que tuvimos fue hacerlo porcaptura de entrada, empleando un Timer para cada uno de los dos encders. El problema es la ocupacin actual de los Timers del microcontrolador:-Los dos timers de 16 bits se emplean para el PWM-Uno de los dos timers de 32 bits se emplea para generar retardos.-El contador de 24 bits Systick se utiliza para funciones de control del PID.Por lo tanto, slo nos sobra uno de los Timers de 32 bits, con el cual determinaremos el tiempo de ambos motores. El algoritmo ser el siguiente:-Configuramos el Timer para generar unainterrupcin en tiempo real.-Cada vez que se ejecuta la rutina de interrupcin, aumentamos en una unidad dos contadores, uno para cada encoder. Con esto podemos contar tiempo en funcin del nmero de ticks de la interrupcin.-Por otra parte, conectamos las salidas de ambos encders a puertos GPIO con configuracin deinterrupcin externa,por flanco de subida o de bajada. Conectaremos la salida de los encders a los pines PIO2_1 y PIO2_4, generando una interrupcin por flanco.-Cada vez que se produzca una interrupcin GPIO, lo cual significa que hay un nuevo flanco de subida/bajada, capturamos el valor de cuenta del Timer, lo sumamos a una variable temporal, y reiniciamos la cuenta del Timer. Cuando se han producido 4 interrupciones, dividimos por 4 la variable temporal, y el resultado lo utilizaremos para calcular el tiempo. Es decir, hacemos una media de 4 medidas de tiempo.-Finalmente, una vez obtenida la cuenta del Timer en la variable temporal, transformamos el nmero de ticks a segundos, con los que calculamos directamente la velocidad de la rueda. La velocidad global del robot ser la media de las velocidades de ambos motores.Lo vemos en un diagrama de flujo:

Las funciones que implementamos son las siguientes:timer32_1_init()Esta rutina configura el segundo Timer de 32 bits para generar la interrupcin peridica. Lo configuramos para que interrumpa cada100 us, teniendo en cuenta que el sistema funciona a 72 MHz, con PRESCALER = 71,TMR32B1_MR0 = 100. El error mximo cometido tendr lugar al medir el tiempo entre dientes con la rueda girando a su mxima velocidad, 1300 rpm tericos. Esto se traduce en un tiempo entre dientes de unos 3.84 ms, luego el error mximo cometido es de un 2,6 % aproximadamente, luego el resultado obtenido ser muy bueno.TIMER32_1_IRQHandler()Simplemente actualizamos las variables cuentaEncoderR y cuentaEncoderL, sin olvidarnos de resetear el flag de interrupcin.Disponemos de funciones auxiliares para setear y obtener los valores de las cuentas.PIOINT2_IRQHandler(void)Realiza las operaciones mostradas en el diagrama de flujo.uint16_t calculateSpeed(uint32_t timeCount)Calcula la velocidad dado el nmero de ticks. Primero realiza la conversin de ticks a tiempo (en microsegundos), y a continuacin obtiene la velocidad en funcin del nmero de dientes NUM_DIVISIONS_WHEEL y el radio de la rueda WHEEL_RADIO_MM. La velocidad se expresa en mm/s para tener mayor precisin, ya que trabajamos con enteros. Posteriormente, el Tablet lo reconvertir a m/s.Finalmente, obtendremos la velocidad del robot haciendo la media de las velocidades del motor izquierdo y derecho, y es lo que enviaremos por Bluetooth al sistema.