DIY 筆記: 2月 2014

2014年2月28日星期五

草稿 - SSC-32 servo controller

http://blog.martinperis.com/2011/05/libssc32-arduino-ssc32.html

馬達驅動晶片

L293與L293D基本上一樣，不過L293D只有600mA的輸出，有點小
(The L293D is designed to provide bidirectional drive currents of up to 600-mA at voltages from 4.5 V to 36 V)

每顆chip有四根腳位可以接馬達，所以可以驅動兩顆直流馬達(可正反轉)或一顆步進馬達

腳位:

1-2 EN

控制1-2 A是否啟用

3-4 EN

控制3-4 A是否啟用

VCC1

CHIP電源(4.5-7V)

VCC2

馬達電源 (VCC1-36V)

GND 1-4

接地

1-4 Y

控制1-4 A接到VCC2 or GND

1-4 A

接到馬達

參考
http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/texasinstruments/l293d.pdf
http://ddddiy.blogspot.tw/2014/02/mtadrl293d.html
http://www.ogeo.com.tw/root5/arduino-238.php

2014年2月26日星期三

卡爾曼濾波

為了將sensor量測的結果計算出真正得四軸的姿態，研究了一陣子，看起來大部分的人卡爾曼綠波來做處理

目前study一下稍微有點概念，但實際要套用到四軸上，三軸資料同時運算，又要考慮效率，看起來要回去把大學的線性代數、矩陣運算重新複習一遍了

系統描述

X(k)=A X(k-1)+B U(k)+W(k)

X(k): 這次的狀態
A X(k-1): 上次的狀態經過A做轉換
B U(k): 輸入的改變經過B做轉換
W(k): 實際影響的誤差

系统的测量值：

Z(k)=H X(k)+V(k)

Z(k) 測量值
H X(k): 將X(k)轉換為測量值
V(k) 為測量誤差

誤差定義

Q: 量測的誤差(高斯分布，平均為0) <==固定

例如每次溫度計量出來跟實際溫度都會有+-0.5度的誤差，但多次平均後仍與實際溫度相同

R: 隨著時間演變的誤差(高斯分布，平均為0) <==固定

假設系統理想上每隔一分鐘上升一度，但實際上可能有+-0.1度的誤差，但長期的趨勢平均還是每隔一分鐘上升一度

基本公式

X(k|k-1)=A X(k-1|k-1)+B U(k)
P(k|k-1)=A P(k-1|k-1) A’+Q
X(k|k)= X(k|k-1)+Kg(k) (Z(k)-H X(k|k-1))
Kg(k)= P(k|k-1) H’ / (H P(k|k-1) H’ + R)
P(k|k)=（I-Kg(k) H）P(k|k-1)

基本概念在這個網站上講解的非常清楚
http://www.geek-workshop.com/thread-1487-1-1.html

以溫度為例計算為例

X(k|k-1)=A X(k-1|k-1)+B U(k)

這次推估的溫度X(k|k-1)等於上次預測的溫度X(k-1|k-1) 透過A轉換出來的值加上這次輸入的熱量造成的改變BU(k)做轉換(例如輸入U(k)100卡, 透過B轉換為溫度1度)
這個例子來說A 跟B 都是1

這次的推估溫度X(k|k-1)單位跟上次計算出的溫度X(k-1|k-1)單位相同，不用做轉換，所以A=1
溫度計量到的值就是溫度，所以不用做轉換，B=1

P(k|k-1)=A P(k-1|k-1) A’+Q

這次推估的溫度X(k|k-1)的推估誤差P(k|k-1)為上一段時間的誤差P(k-1|k-1)加上測量誤差Q

X(k|k)= X(k|k-1)+Kg(k) (Z(k)-H X(k|k-1))

這次的計算結果等於推估溫度加上這次卡爾曼增益Kg(k)* [測量值Z(k)與推估值H X(k|k-1)的誤差]
這邊H=1

Kg(k)= P(k|k-1) H’ / (H P(k|k-1) H’ + R)

這次卡爾曼增益Kg(k) 為這次的推估誤差P(k|k-1)/(這次的推估誤差P(k|k-1) + 隨著時間演變的誤差R)
H'=H=1

P(k|k)=（I-Kg(k) H）P(k|k-1)

這次實際的推估誤差為(1-這次卡爾曼增益Kg(k))*這次推估的誤差P(k|k-1)

參考
http://www.360doc.com/content/11/0506/14/3810344_114798067.shtml
http://www.geek-workshop.com/thread-15257-1-1.html
http://gcyrobot.blogspot.com/2012/08/simple-kalman-filter_29.html?m=1
http://jpkc.nwpu.edu.cn/jpkc2005/40/ebook/kcsj/chp12/12_7.htm

74HCT595N工作原理

這是一顆計數暫存晶片

可以使用序列的方式傳入Q0~Q7的狀態(high or low)到內部register，然後輸出時chip依照register值去拉Q0~Q7的狀態

可以使用少數腳位一次控制Q0~Q7的狀態，此外由於此chip可以串接，所以可以一次控制更多腳位

下列圖來源: http://arduino.cc/en/uploads/Tutorial/595datasheet.pdf

74HCT595N腳位:

VCC:5V
GND
Ds: serial data in
Q0~Q7: 8根輸出pin
Q7': storage register對應到Q7的bit，最為多顆chip 串接用
MR: (active low) 清空shift register
OE: (active low)

若OE拉low，STcp raising時，將storage輸出至Q0~Q7
若OE拉high，Q0~Q7輸出為高阻抗(相當於沒接上這顆chip)

SHcp: raising edge trigger, 觸發shift register shift 1 bit(新的1bit資料由Ds取)
STcp: raising edge trigger

從文件可以知道，74HCT595N有兩個register(8bit):

shift register - 序列資料輸入時使用
storage register - 控制Q0~Q7輸出時為high or low

從文件可以知道，SHcp/STcp最高可運作在100Mhz(每個clock 10ns)

由此可得知下面範例SHcp/STcp拉high/low時，每次delay只要5ns，不過由於Arduino delay最小只能用1 micro second，所以設定delayMicroseconds(1)即可

基本原理

透過序列的方式將資料傳入shift register
將shift register資料傳入storage register

每個SHcp raising edge，資料會一直輸入進去chip的shift register

Q0'~Q7'代表shift register的值
Serial date寫入方向:

Ds > Q0' > Q1' > Q2' > Q3' > Q4' > Q5' > Q6' > Q7'

輸出到Q0~Q7

範例:

連接

chip 接上VCC/GND
micro controller gpio 接上Ds/MR/OE/SHcp/STcp

初始化:

Ds/MR/OE/SHcp/STcp全部拉low

此時由於MR為low，shift register全部清為0

STcp LOW->HIGH->LOW，將shift register的值寫入storage register

此時由於OE為LOW，storage register的值馬上會輸出至Q0~Q7

資料寫至shift register

將MR 拉HIGH
將Q7的值設到Ds, SHcp LOW->HIGN->LOW將資料移入shift register
將Q6的值設到Ds, SHcp LOW->HIGN->LOW將資料移入shift register
將Q5的值設到Ds, SHcp LOW->HIGN->LOW將資料移入shift register
將Q4的值設到Ds, SHcp LOW->HIGN->LOW將資料移入shift register
將Q3的值設到Ds, SHcp LOW->HIGN->LOW將資料移入shift register
將Q2的值設到Ds, SHcp LOW->HIGN->LOW將資料移入shift register
將Q1的值設到Ds, SHcp LOW->HIGN->LOW將資料移入shift register
將Q0的值設到Ds, SHcp LOW->HIGN->LOW將資料移入shift register

將資料從shift register移到storage register

STcp LOW->HIGH->LOW

此時由於OE為LOW，storage register的值馬上會輸出至Q0~Q7

實做:

使用MTADRL293D 電機驅動模組，其中

Ds: Arduino pin 8
MR: 固定拉high
OE: Arduino pin 7
SHcp: Arduino pin 4
STcp: Arduino pin 12

Arduino可使用我寫的library操作74HCT595N:

https://github.com/cy-arduino/arduino_lib_MTADRL293D <== 74HCT595N 控制的library包含在此

簡單控制74HCT595N的範例程式碼:

const int DS = 8;
const int OE = 7;
const int SHCP = 4;
const int STCP = 12;

void setup(){
  Serial.begin(115200);

  while (!Serial){
    ;
  }

  delay(1000);
  Serial.println("=== setup() ===");

  pinMode(DS, OUTPUT);
  pinMode(OE, OUTPUT);
  pinMode(SHCP, OUTPUT);
  pinMode(STCP, OUTPUT);

  digitalWrite(DS, LOW);
  digitalWrite(OE, HIGH); //Q0~Q7　維持高阻抗
  digitalWrite(SHCP, LOW);
  digitalWrite(STCP, LOW);
}

void loop(){
  Serial.println("=== loop() ===");
  delay(1000);

  //serial data input into serial register
  //Q0~Q7: 00001111
  Serial.println("##serial data input into serial register");
  digitalWrite(DS, HIGH);//Q7
  digitalWrite(SHCP, HIGH);
  delayMicroseconds(1);
  digitalWrite(SHCP, LOW);
  delayMicroseconds(1);
  digitalWrite(DS, HIGH);//Q6
  digitalWrite(SHCP, HIGH);
  delayMicroseconds(1);
  digitalWrite(SHCP, LOW);
  delayMicroseconds(1);
  digitalWrite(DS, HIGH);//Q5
  digitalWrite(SHCP, HIGH);
  delayMicroseconds(1);
  digitalWrite(SHCP, LOW);
  delayMicroseconds(1);
  digitalWrite(DS, HIGH);//Q4
  digitalWrite(SHCP, HIGH);
  delayMicroseconds(1);
  digitalWrite(SHCP, LOW);
  delayMicroseconds(1);
  digitalWrite(DS, LOW);//Q3
  digitalWrite(SHCP, HIGH);
  delayMicroseconds(1);
  digitalWrite(SHCP, LOW);
  delayMicroseconds(1);
  digitalWrite(DS, LOW);//Q2
  digitalWrite(SHCP, HIGH);
  delayMicroseconds(1);
  digitalWrite(SHCP, LOW);
  delayMicroseconds(1);
  digitalWrite(DS, LOW);//Q1
  digitalWrite(SHCP, HIGH);
  delayMicroseconds(1);
  digitalWrite(SHCP, LOW);
  delayMicroseconds(1);
  digitalWrite(DS, LOW);//Q0
  digitalWrite(SHCP, HIGH);
  delayMicroseconds(1);
  digitalWrite(SHCP, LOW);
  delayMicroseconds(1);

  delay(1000);

  //serial register -> storage register
  Serial.println("##serial register -> storage register");
  digitalWrite(STCP, HIGH);
  delay(10);
  digitalWrite(STCP, LOW);
  delay(10);

  delay(1000);

  //storage register -> Q0~Q7
  Serial.println("##storage register -> Q0~Q7");
  digitalWrite(OE, LOW);

  delay(1000);

  Serial.println("##finish");
  while(true){
    ;
  }
}

========================================================

相關連結

待續

2014年2月25日星期二

MTADRL293D 馬達(電機)驅動模組 - 簡介/控制直流馬達

這個模組買來沒有電路圖，也沒有說明，版子又做成Arduino shield的樣式，完全不知道腳位對應

google只找到一些購物網站，只有普通簡介，完全沒有講細節

後來終於在這個網站上找到電路圖，比對了servo控制的部分相同，應該是同一塊電路板

##注意 M3/M4電路圖與控制板是相反的

http://yourduino.com/docs/Multi-MotorShieldSchematic.jpg

上面主要有兩種chip:

74HCT595N *1

計數器轉換暫存器
相關連結

L293D *2

每棵可控制兩顆直流馬達或是一顆四線式步進馬達
相關連結

http://ddddiy.blogspot.tw/2014/02/l293d.html

MTADRL293D主要功能:

RESET

與Arduino 的RESET接在一起

POWER JUMP

接上代表MTADRL293D的電池同時供電給arduino

電池正極(V+)接到Arduino VIN(Arduino內部可以自己轉成5V VCC)

兩路servo控制(只是幫忙轉換腳位，實際上還是使用Arduino 輸出的PWM控制)

servo 1:直接接到Arduino pin 10
servo 2:直接接到Arduino pin 9
servo VCC: Arduino 5V <==不是直接接到MTADRL293D的BATT，或是由他降壓

四路馬達控制:

EN: (PWM2A) 接到Arduino pin 11
電源: V+

EN: (PWM2B) 接到Arduino pin 3
電源: V+

EN: (PWM0B) 接到Arduino pin 5
電源: V+

EN: (PWM0A) 接到Arduino pin 6
電源: V+

兩路四線式步進馬達控制

待續...

可使用我寫的Arduino Library控制此模組:

https://github.com/cy-arduino/arduino_lib_MTADRL293D

控制範例:

#include "MTADRL293D.h"

MTADRL293D l293d;

void setup(){

  Serial.begin(115200);
  while (!Serial){
    ;
  }
  
  delay(5000);
  
  Serial.println("=== loop() ===");

  l293d.enableDbg(true);
  l293d.begin();

  l293d.setMotorDir(MTADRL293D_M1, MTADRL293D_DIR_POS);
  l293d.setMotorDir(MTADRL293D_M2, MTADRL293D_DIR_POS);
  l293d.setMotorDir(MTADRL293D_M3, MTADRL293D_DIR_POS);
  l293d.setMotorDir(MTADRL293D_M4, MTADRL293D_DIR_POS);

  l293d.setMinMotorSpeed(MTADRL293D_M1, 100);
  l293d.setMinMotorSpeed(MTADRL293D_M2, 100);
  l293d.setMinMotorSpeed(MTADRL293D_M3, 100);
  l293d.setMinMotorSpeed(MTADRL293D_M4, 100);

  l293d.setMotorSpeed(MTADRL293D_M1, 0);
  l293d.setMotorSpeed(MTADRL293D_M2, 0);
  l293d.setMotorSpeed(MTADRL293D_M3, 0);
  l293d.setMotorSpeed(MTADRL293D_M4, 0);
}


void loop(){
  Serial.println("=== loop() ===");

  Serial.println("=== m1 pos 100");
  l293d.setMotorDir(MTADRL293D_M1, MTADRL293D_DIR_POS);
  l293d.setMotorSpeed(MTADRL293D_M1, 100);
  delay(3000);

  Serial.println("=== m1 0");
  l293d.setMotorSpeed(MTADRL293D_M1, 0);
  delay(1000);

  Serial.println("=== m1 neg 100");
  l293d.setMotorDir(MTADRL293D_M1, MTADRL293D_DIR_NEG);
  l293d.setMotorSpeed(MTADRL293D_M1, 100);
  delay(3000);

  Serial.println("=== m1 0");
  l293d.setMotorSpeed(MTADRL293D_M1, 0);
  delay(1000);

  Serial.println("=== m3 pos 100");
  l293d.setMotorDir(MTADRL293D_M3, MTADRL293D_DIR_POS);
  l293d.setMotorSpeed(MTADRL293D_M3, 100);
  delay(3000);

  Serial.println("=== m3 0");
  l293d.setMotorSpeed(MTADRL293D_M3, 0);
  delay(1000);

  Serial.println("=== m3 neg 100");
  l293d.setMotorDir(MTADRL293D_M3, MTADRL293D_DIR_NEG);
  l293d.setMotorSpeed(MTADRL293D_M3, 100);
  delay(3000);

  Serial.println("=== m3 0");
  l293d.setMotorSpeed(MTADRL293D_M3, 0);
  delay(1000);

}

使用Arduino Leonardo連結HC-05 BT 模組 - 設定與測試

Arduino Leonardo有兩個serial port:

Serial: 與PC連結的USB模擬
Serial1: Leonardo pin 0/pin 1

可以透過Leonardo做中介，使用PC直接設定HC-05，也可使用PC測試HC-05在一般模式時是否可以正常運作

步驟:

將HC-05 TX/RX 接到Leonardo的RX(0)/TX(1)
將HC-05的SET拉HIGH(設定模式) or LOW(一般模式)
Leonardo上電運行範例程式
HC-05上電

模式:

設定模式

直接使用AT command設定
注意: 當設定HC-05時，PC終端機程式必須設成enter轉換為\r\n，這樣HC-05才會吃command

一般模式

可透過 BT SPP profile與遠端裝置溝通(PC or android or....)
android market 上有好用的免費程式可以用

https://play.google.com/store/apps/details?id=mobi.dzs.android.BLE_SPP_PRO

範例程式:
===========================================
void setup() {
//init PC serial
Serial.begin(38400); // to PC

//init BT module serical
Serial1.begin(38400); // to BT module <==確認藍芽模組baud rate設定正確
}

char inByte=0;
void loop() {
while(Serial1.available() > 0){
inByte = Serial1.read();
Serial.write(inByte);
}

while(Serial.available() > 0){
inByte = Serial.read();
Serial1.write(inByte);
}
}

ps.
網路上看到UNO RESET時，會直接將USB UART與PIN 0/1接通，直接當USB轉TTL版子使用，不知道Leonardo是否可以這樣用
http://coopermaa2nd.blogspot.tw/2012/07/arduino-as-usb-to-ttl-adapter.html

HC-05 BT module

HC-05本身IO 3.3v，
通常買來的模組會加一塊子板轉成5V，並加入LED。

一般arduino/8051/pic IO運作在5V，所以買加上子板模組方便許多

主要pin

TX: 接到控制板的RX
RX: 接到控制板的TX
VCC: 接到5V
GND: 接到GND
SET: 設定模式

HC-05有兩種模式:

控制模式: SET拉high(5V)後將模組上電
一般模式: SET拉low(0V)後將模組上電

控制模式中可以下AT command來設定模組，一般模式下如果BT與對方SPP接上，則可以當作無線的UART使用

注意!!!

使用AT command設定時，假設是接到PC設定，須在terminal內設定enter對應到\r\n，這樣HC-05才可以吃AT command

HC-05 所有支援的baud rate，通常預設是9600 or 38400，如果不行就只好全部試試看...

4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 23400, 460800, 921600, 1382400

出場預設狀態:
①．设备类：0
②．查询码：0x009e8b33
③．模块工作角色：SlaveMode
④．连接模式：指定专用蓝牙设备连接模式
⑤．串口参数：波特率—38400bits/s;停止位：1位；校验位：无
⑥．配对码：“1234”
⑦．设备名称：“H-C-2010-06-01”

常用AT command:

測試模組是否存在，若存在就會回OK

AT+ORGL

回復出場預設值

AT+NAME

取得目前名稱(藍芽搜尋到的裝置名稱): AT+NAME?
設定名稱: AT+NAME="XXXXXX"

AT+ROLE

取得目前工作模式: AT+ROLE?
設定目前工作模式: AT+ROLE=X
工作模式

0: SLAVE
1: MASTER
2: SLAVE-LOOP(同SLAVE，但會回傳所有收到的字，應該是測試用)

AT+PSWD

查看目前密碼: AT+PSWD?
設定密碼: AT+PSWD="XXXX"

AT+UART

設定UART: AT+UART=XXX,Y,Z
XXX:

baud rate: 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 23400, 460800, 921600, 1382400

stop bit

0: 1bit
1: 2bit

parity bit

0: none
1: odd
2: even

相關文件

模組介紹

http://www.wavesen.com/mysys/db_picture/news3/2013911141224101.pdf
http://www.exp-tech.de/service/datasheet/HC-Serial-Bluetooth-Products.pdf

at command

http://www.wavesen.com/mysys/db_picture/news3/2013911155224101.pdf

網路相關文章

https://mbed.org/users/edodm85/notebook/HC-05-bluetooth/
http://www.yfrobot.com/forum.php?mod=viewthread&tid=4
http://taktak.co.uk/2013/bluetooth-module-hc-05-bt_board-1-5-configuration/
http://www.instructables.com/id/Arduino-AND-Bluetooth-HC-05-Connecting-easily/

ARDUINO 基礎

主站
http://arduino.cc/

基本語法與API
http://arduino.cc/en/Reference/HomePage

版子介紹
http://arduino.cc/en/Main/Products

參考網站
http://coopermaa2nd.blogspot.tw/
http://arduino.tw/
http://yourduino.com/sunshop2/index.php?l=page_view&p=education_pages

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