【樹莓派+.NET MF打造視頻監控智能車】控制篇(.NET MF)

在上一篇《遙控篇》文章中，我們介紹了Sony PS2手柄信號的采集和編程，通過簡單的封裝，以事件的方式向我們提供按鍵信息。本篇文章主要介紹.NET Micro Framework系統接受到按鍵信息后，如何驅動小車馬達和控制機械手的。

無論是驅動小車馬達還是控制機械手，都是通過輸出PWM來控制的，只是控制PWM輸出的方式有些不同而已，我們先介紹一下小車馬達的控制。

由于驅動馬達需要相對比較大的電流，所以主芯片的IO是無法直接驅動的，中間需要連接一個驅動器。也就是說主芯片輸出PWM控制驅動器，由驅動器輸出大電流來驅動馬達。

一般情況下一個驅動器可以驅動兩路馬達，而驅動一個馬達一般需要兩路信號，通過控制兩路PWM的輸出，來控制馬達的轉速和方向。我們這款小車選用的是一個帶光電隔離，高功率的一個驅動器，一路馬達，需要三路IO控制，其中2路是控制方向，一路輸出PWM控制小車的轉速。

一個驅動器模塊，需要4個GPIO（控制方向）2路PWM，加上一路3V3和GND，共8路，我們采用標準.NET Gadgeteer接口進行連接（10個pin：1個3V3,1個5V，1個GND，7個GPIO通道），可以直接插入凌霄開發板上的兩個.NET Gadgeteer接口上，接線顯的簡單直接（上圖所示的兩個扁平電纜就是）。

機械手控制就更為容易了，一個舵機三根線，電源（5V），地和信號線（PWM），三個舵機，一共需要3路PWM輸出控制。注意電源也需要特別提供。PWM由凌霄開發板IO直接輸出。

下面介紹一下.NET Micro Framework的PWM接口函數類。

public class PWM : IDisposable    {        public PWM(Cpu.PWMChannel channel, double frequency_Hz, double dutyCycle, bool invert);        public PWM(Cpu.PWMChannel channel, uint period, uint duration, PWM.ScaleFactor scale, bool invert);         public uint Duration { get; set; }        public double DutyCycle { get; set; }        public double Frequency { get; set; }        public uint Period { get; set; }             public void Start();       public void Stop();            //… 省略一些非主要函數   }

兩個構造函數，分別介紹一下。

PWM(Cpu.PWMChannel channel, double frequency_Hz, double dutyCycle, bool invert);

channel – 通道，不同的系統，支持的通道個數不同，比如凌霄系統支持16路，應該算比較多的。

frequency_Hz – 頻率，單位是Hz，發出脈沖的頻率值。

dutyCycle – 占空比， 一個0~1之間的數，表示一個周期中，高電平持續時間和整個周期的比值。

Invert – 信號翻轉，高低電平翻轉切換，一般底層都沒有處理該參數，所以一般設置為false。

public PWM(Cpu.PWMChannel channel, uint period, uint duration, PWM.ScaleFactor scale, bool invert);

channel – 通道。

period – 周期。單位和scale的選項一致。

duration – 高電平持續時間，單位和周期一致。

scale – 周期的時間單位，可以是毫秒、微秒、納秒，建議選擇微秒。

Invert – 信號翻轉。

第一個構造函數，一般控制馬達用，參數設置顯的比較直觀。頻率可以是1K~250KHz（建議10K左右）,通過設置占空比的大?。?就是停止，1就是全速），來進行調速。

第二個構造函數，適合控制舵機用，舵機典型的控制曲線如下：

F就是所謂的周期了，如果我們設置scale為微秒，則可以直接設置為20000，所謂的脈寬就是duration的值，你可以設置為1000~2000之間（不同舵機，這個區域的值會有不同，請根據實際進行調整）。

有了以上的介紹，我們就可以很容易地完成馬達驅動和舵機控制了。

A.驅動馬達

馬達驅動控制參數定義：

 static PWM[] motor_pwm = new PWM[4];    static double[] frequency = new double[] { 10000, 10000, 10000, 10000 };            static double[] dutyCycle = new double[] { 0, 0, 0, 0};                             static bool[] states1 = new bool[] { true, false, true, false, true, false, true, false };    static bool[] states2 = new bool[] { false, true, false, true, false, true, false, true };    static OutputPort[] In = new OutputPort[8];

馬達驅動初始化：

  //初始化馬達控制    //方向IO    Cpu.Pin[] pins = new Cpu.Pin[] { Mainboard.Gadgeteer.Socket2.Pin4, Mainboard.Gadgeteer.Socket2.Pin5, Mainboard.Gadgeteer.Socket2.Pin6, Mainboard.Gadgeteer.Socket2.Pin7,                                        Mainboard.Gadgeteer.Socket1.Pin4, Mainboard.Gadgeteer.Socket1.Pin5, Mainboard.Gadgeteer.Socket1.Pin6, Mainboard.Gadgeteer.Socket1.Pin7};               for (int i = 0; i < In.Length; i++)    {        In[i] = new OutputPort(pins[i], false);    }    //馬達速度PWM輸出    Cpu.PWMChannel[] motor_chanels = new Cpu.PWMChannel[] { Mainboard.PWM.Channel13, Mainboard.PWM.Channel14, Mainboard.PWM.Channel2, Mainboard.PWM.Channel3 };    for (int i = 0; i < motor_pwm.Length; i++)    {        motor_pwm[i] = new PWM(motor_chanels[i], frequency[i], dutyCycle[i], false);        motor_pwm[i].Start();    } 

馬達控制：

在Sony PS2的事件代碼中，我們填寫如下代碼：

static void ps2_Click(object sender, PS2.ButtonArgs e)    {if(e.key == PS2.Key.RRocker)        {            PS2 ps2 = (PS2)sender;            PS2.ButtonArgs button = ps2.GetButton(PS2.Key.L2);            if (button.state == 1) //L2按下            {                byte[] buffer = new byte[] { 0xAA, (byte)e.x, (byte)e.y, 0x55 };                piPort.Write(buffer, 0, 4);                piPort.Flush();                 //左右旋轉                steering_pwm[3].Duration = (UInt32)(durations[3] + (128 - e.x) * 5);                //上下旋轉                steering_pwm[4].Duration = (UInt32)(durations[4] + (128 - e.y) * 5);             }            Else  //L2抬起            {                //小車運動                UInt32[] values = new UInt32[4];                UInt32 x = (UInt32)(System.Math.Abs(e.x - 128));                UInt32 y = (UInt32)(System.Math.Abs(e.y - 128));                for (int i = 0; i < values.Length; i++) values[i] = y;                 if (e.y < 128)                {                    //前進                    for (int i = 0; i < In.Length; i++) In[i].Write(states2[i]);                    //拐彎                    if (x > 30)                    {                        if (e.x < 128)                        {                            values[2] = x;                            values[3] = x;                        }                        else                        {                            values[0] = x;                            values[1] = x;                        }                    }                }                else                {                    //后退                    for (int i = 0; i < In.Length; i++) In[i].Write(states1[i]);                    //拐彎                    if (x > 30)                    {                        if (e.x < 128)                        {                            values[0] = x;                            values[1] = x;                        }                        else                        {                            values[2] = x;                            values[3] = x;                        }                    }                }                //設置占空比                for (int i = 0; i < motor_pwm.Length; i++) motor_pwm[i].DutyCycle = (values[i] / 128.0);            }        }    }      

B、驅動舵機

舵機參數定義：

static PWM[] steering_pwm = new PWM[5];    static UInt32[] periods = new UInt32[] { 20000, 20000, 20000, 20000, 20000 };//周期        static UInt32[] durations = new UInt32[] { 1390, 1500, 1390, 1550, 1420 };   //脈寬

舵機初始化：

Cpu.PWMChannel[] steering_chanels = new Cpu.PWMChannel[] { Mainboard.PWM.Channel8, Mainboard.PWM.Channel9, Mainboard.PWM.Channel6, Mainboard.PWM.Channel0, Mainboard.PWM.Channel4 };    for (int i = 0; i < steering_pwm.Length; i++)    {        steering_pwm[i] = new PWM(steering_chanels[i], periods[i], durations[i], PWM.ScaleFactor.Microseconds, false);        steering_pwm[i].Start();    }

舵機控制：

static void ps2_Click(object sender, PS2.ButtonArgs e)    {       if (e.key == PS2.Key.LRocker) //左搖桿事件        {            //控制機械臂左右旋轉            steering_pwm[0].Duration = (UInt32)(durations[0] + (128 - e.x) * 5);            //控制機械臂上下旋轉            steering_pwm[1].Duration = (UInt32)(durations[1] + (128 - e.y) * 5);        }        else if (e.key == PS2.Key.R2)  //按下右R2鍵        {            //打開鉗子            value += 10; if (value > 255) value = 255;            steering_pwm[2].Duration = (UInt32)(durations[2] + (value - 128) * 5);        }        else if (e.key == PS2.Key.R1)  //按下右R1鍵        {              //閉合鉗子            value -= 10;if (value < 0) value = 0;            steering_pwm[2].Duration = (UInt32)(durations[2] + (value - 128) * 5);        }     }