2 systémový softvérový dizajn
2.1μC / OS-II architektúra
μC / OS-II je prenosný, implantabilný jadro operačného systému multitasking v reálnom čase s vysokou výkonnosťou, malou stopou, dobrým výkonom a škálovateľnosťou v reálnom čase. Funkcie, najmenšie jadro môže byť zostavené na 2KB. μC / OS-II je napísaný v C a montážnom jazyku. Väčšina kódu je napísaná v C. Len niekoľko kódov úzko súvisiacich s procesorom je napísaných v assemblerovom jazyku. Systém μC / OS-II zahŕňa iba základné funkcie, ako je naplánovanie úloh, správa úloh, správa času, správa pamäte, komunikácia medzi úlohami a synchronizácia.
Priradenie úloh podľa systému 2.2μC / OS-II
Po úspešnom prenose systému μC / OS-II do STM32F107 sa programovanie založené na μC / OS-II uskutoční delením veľkej aplikácie na relatívne nezávislé úlohy. Priorita každej úlohy je definovaná a jC / OS-II jadro plánuje a riadi tieto úlohy.
Myšlienka návrhu softvéru spočíva v tom, že rýchlosť motora a riadiaca pozícia kormidlového zariadenia sú cez sériový port podľa skutočnej prevádzky robota. Rýchlosť motora sa porovnáva s nastavenou hodnotou inkrementálneho snímača a riadenie uzavretej slučky sa implementuje algoritmom rýchlosti PID. Pozícia kormidlového zariadenia je hlavne v tom, že kodér absolútnej hodnoty napája aktuálnu pozíciu a rýchlosť kormidlového zariadenia sa nastavuje podľa požiadavky na akčný čas. Funkcie, ktoré má realizovať softvér riadiaceho systému motora tohto manipulačného robota, sú tieto:
◆ Horný stroj udáva rýchlosť motora, uhol riadenia a čas pôsobenia;
◆ Vyžaduje nepretržité nastavenie rýchlosti motora a dobrého statického a dynamického výkonu. Rýchlosť sa nezapočítava algoritmom PI.
◆ Vyžaduje, aby kormidlové zariadenie rýchlo dosiahlo požadovaný uhol a spätná poloha polohy sa použije ako nastavenie danej rýchlosti kormidlového zariadenia;
◆ Má určitú funkciu ochrany pred poruchami. Keď je motor zablokovaný, prúd je príliš veľký a kormidlové zariadenie sa dotýka koncového spínača, je potrebné zastaviť pohonný modul.
Pre vyššie uvedené funkcie, ktoré sa majú implementovať, môže byť návrh aplikácie rozdelený na nasledujúce úlohy:
1 Spustite úlohu. Inicializujte systém, vytvorte počiatočný stav motora, potom ho odstráňte a začnite úlohu spať.
2 úlohy ochrany motora a riadenia. Používa sa na reakciu na externé prerušenie pri aktivácii nadprúdu alebo koncového spínača. Po zadaní stavu prerušenia sa odosiela semafor úloh. Program úloh zistí, že semafor je platný a reaguje na úlohu a zastavuje výstup. Priorita úlohy je nastavená na úroveň 0.
3 úlohy hostiteľského počítača. Používa sa pre horný stroj na ovládanie motora a kormidlového zariadenia a priorita úlohy je nastavená na úroveň 1. Keď sa generuje register vstupu počítača hostiteľa, vytvorí sa prerušenie, ktoré pošle prijatý bajt do vyrovnávacia pamäť a uvoľní semafor danej úlohy hostiteľského počítača; keď sa deteguje semafor, úloha sa spustí a vykoná sa príslušný bajt. Informácie sa analyzujú na zodpovedajúce informácie o otáčkach motorov a polohách riadenia, aby sa priradili hodnoty k zodpovedajúcim premenným.
4 úloha riadenia rýchlosti motora. Pri regulácii rýchlosti uzavretého cyklu motora je priorita úlohy nastavená na úroveň 2.
5 úlohy riadenia riadenia. Používa sa na ovládanie kormidlového zariadenia na dosiahnutie určenej polohy v stanovenom čase a priorita úlohy je nastavená na úroveň 3.
2.3 Spustite úlohu
V hlavnom programe najskôr zavolajte na inicializáciu všetkých premenných a dátových štruktúr μC / OS-II skôr, než zavoláte iné úlohy μC / OS-II, funkciu inicializácie systému OSInit (); súčasne nastaviť úlohu nečinnosti OS_TaskIdle (), táto úloha je vždy v stave pripravenosti; zavolajte funkciu OSTaskCreate () na vytvorenie spúšťacej úlohy; zavolajte OSStart (), ovládanie prenosu do jadra μC / OS-II, spustite multitasking.
Spúšťacia úloha sa vytvorí v hlavnom programe, ktorý má tri hlavné funkcie:
1 pre inicializáciu systému (výstupný modul PWM, sériový port, modul ADC, funkcia prerušenia vstupnej úrovne, časovač).
2 Určte množstvo signálu použitého systémom.
3 stanovujú ďalšie úlohy systému.
Napokon zavolajte OSTaskDel (OS_PRIO_SELF), aby ste sa sám odstránili a spustili úlohu spať. Hlavný tok programu je uvedený na obrázku 4.
2.4 úloha riadenia rýchlosti motora
Zakaždým, keď prírastkový snímač generuje externé prerušenie, je semafor úloh vydaný v stave prerušenia. Program úloh zistí, že semafor je platný a reaguje na úlohu. Úloha realizuje kontrolu uzavretého cyklu meraním aktuálnej rýchlosti motora a daného porovnania rýchlosti. Úloha toku riadenia otáčok motora je znázornená na obrázku 5.
2.5 úloha riadenia riadenia
Servo riadenie generuje referenčný čas pomocou časovača, vysiela semafor každý pevný čas a úloha sa vykoná raz. Servo riadiaca úloha porovnáva polohu meranú absolútnym snímačom s danou polohou a nastavuje rýchlosť servopohonu podľa zostávajúceho času. Úloha toku servo riadenia je znázornená na obrázku 6.
3 elektromechanické rozhranie systému
Kormidlové zariadenie robota sa skladá z redukčného zariadenia 30: 1 pripojeného k jednosmernému motoru. Kodér absolútnej polohy je pripojený ku kormidlovaciemu zariadeniu a vysiela signál uhla kormidlového zariadenia na riadiacu jednotku pohonu. Dve hriadele predného kolesa robota sú spojené prevodovou tyčou. Jedna z hriadeľov je spojená s kormidlovým mechanizmom pomocou prevodového pásu, takže keď sa kormidlové koleso otáča, prevodový pás poháňa prevodovú tyč, aby sa zabezpečilo, že obe predné kolesá sa môžu otáčať synchronne. Motor pohonu zadných kolies je jednosmerný motor, ktorý je priamo pripojený k inkrementálnemu snímaču. Po znížení pomeru redukcie redukciou 25: 1 je zadné koleso poháňané mechanickým diferenciálom. Signály z inkrementálneho snímača sa tiež posielajú na riadiacu jednotku jednotky. Štruktúra elektromechanického systému je znázornená na obrázku 7.
záver
V tomto článku je realizovaná konštrukcia hardvéru motora a servopohonu manipulačného robota. Operačný systém v reálnom čase μC / OS-II je úspešne zakomponovaný do STM32F107 a experiment s uzavretou slučkou rýchlosti motora a kormidlového zariadenia je dokončený. Využívajúc vlastnosti multifunkčného výkonu v reálnom čase pre jadrový ovládač Cortex-M3 a systém μC / OS-II, poskytuje základ softvéru a hardvéru pre následné zachytávanie obrazu robotom a sledovanie navigácie. Ak sa zlepší existujúci algoritmus PI a môže sa dosiahnuť rýchlosť a aktuálna dvojitá kontrola uzavretého cyklu motora, vlastnosti motora robota budú lepšie a perspektíva aplikácie manipulačného robota bude širšia.
