文章提供:福州市凌睿智捷电子有限公司
一、 避障小车简介
这是一款基于OpenHarmony系统和小凌派-RK2206开发板的避障小车。同时,小车上搭载了超声波测距模块、舵机模块、红外寻迹模块、直流电机模块。
具体实验成果展示如上:
二、 避障小车模块介绍
小凌派-RK2206开发板的示意图
小凌派配置了一个E53外接拓展口,这是E53接口的原理图:
这是E53模块的原理图:
1. 直流电机模块
直流电机模块由E53模块上的L9110S驱动芯片进行驱动。L9110S驱动芯片所引出的引脚对应接口的GPIO0_B7、GPIO0_B6,另一块驱动芯片对应GPIO1_D0、GPIO0_A5。我们对相应的GPIO引脚进行初始化并设置为上拉模式。
- //右直流电机 IA GPIO0_PB7
- PinctrlSet(GPIO0_PB7, MUX_FUNC0, PULL_UP, DRIVE_KEEP);
- LzGpioInit(GPIO0_PB7);
- //右直流电机 IB GPIO0_PB6
- PinctrlSet(GPIO0_PB6, MUX_FUNC0, PULL_UP, DRIVE_KEEP);
- LzGpioInit(GPIO0_PB6);
- //左直流电机 IB GPIO1_PD0
- PinctrlSet(GPIO1_PD0, MUX_FUNC0, PULL_UP, DRIVE_KEEP);
- LzGpioInit(GPIO1_PD0);
- //左直流电机 IA GPIO0_PA5
- PinctrlSet(GPIO0_PA5, MUX_FUNC0, PULL_UP, DRIVE_KEEP);
- LzGpioInit(GPIO0_PA5);
复制代码
通过阅读L9110S的芯片手册可以得到以下真值表:
通过真值表,我们可以通过对IO口的输出来控制直流电机的正转、反转还有停止
GPIO0_B7 | GPIO0_B6 | 电机状态 | GPIO1_D0 | GPIO0_A5 | 电机状态 |
H | L | 正转 | H | L | 正转 |
L | H | 反转 | L | H | 反转 |
H | H | 停止 | H | H | 停止 |
L | L | 停止 | L | L | 停止 |
2. 超声波测距模块
超声波测距模块用来计算出模块到前方障碍物的距离。采用IO口TRIG触发测距,给最少10us的高电平信号。模块自动发送8个40khz的方波,自动检测是否有信号返回;有信号返回,通过IO口ECHO输出一个高电平,同时开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值,高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。
模块Trig对应引脚GPIO_B0,Echo对应引脚GPIO_B1,对这两个引脚进行初始化
- // Echo 超声波传感器
- PinctrlSet(GPIO0_PB1, MUX_FUNC0, PULL_KEEP, DRIVE_KEEP);
- LzGpioInit(GPIO0_PB1);
- LzGpioSetDir(GPIO0_PB1, LZGPIO_DIR_IN);
- // Trig 超声波传感器
- PinctrlSet(GPIO0_PB0, MUX_FUNC0, PULL_KEEP, DRIVE_KEEP);
- LzGpioInit(GPIO0_PB0);
- LzGpioSetDir(GPIO0_PB0, LZGPIO_DIR_OUT);
- LzGpioSetVal(GPIO0_PB0, LZGPIO_LEVEL_LOW);
复制代码触发信号
- //通过Trig发送触发信号
- LzGpioSetVal(GPIO0_PB0, LZGPIO_LEVEL_HIGH);
- HAL_DelayUs(20);
- LzGpioSetVal(GPIO0_PB0, LZGPIO_LEVEL_LOW);
复制代码获取定时器计数器当前值
- while (1)
- {
- LzGpioGetVal(GPIO_8, &value);
- //获取上升沿的定时器计数器当前值
- if (value == LZGPIO_LEVEL_HIGH && flag == 0)
- {
- m_echo_info.time_rise = *m_ptimer5_current_value_low;
- m_echo_info.flag = EECHO_FLAG_CAPTURE_FALL;
- flag = 1;
- }
- //获取下降沿的定时器计数器当前值
- if (value == LZGPIO_LEVEL_LOW && flag == 1)
- {
- m_echo_info.time_fall = *m_ptimer5_current_value_low;
- m_echo_info.flag = EECHO_FLAG_CAPTURE_SUCCESS;
- break;
- }
- }
复制代码上升沿和下降沿的节拍数差计算距离。其中,系统时钟为40MHz,超声波速度为340米/秒,高电平时间宽度为超声波的往返之和,所以实际距离 = 节拍数差 / 40MHz / 340(米/秒) / 2(往返2次)。具体计算代码如下:
- if (m_echo_info.flag == EECHO_FLAG_CAPTURE_SUCCESS)
- {/* 如果是采集成功,则计算距离 */
- if (m_echo_info.time_rise <= m_echo_info.time_fall)
- {
- time_diff = m_echo_info.time_fall - m_echo_info.time_rise;
- }
- else
- {
- time_diff = 0xFFFFFFFF - m_echo_info.time_rise + m_echo_info.time_fall + 1;
- }
- }
- float f_time = (float)time_diff;
- float f_freq = (float)ECHO_TIMER_FREQ;
- distance = f_time / f_freq * 170.0 * 100.0;
复制代码3. 舵机模块
舵机模块用来控制超声波测距模块测量左右方向的距离,舵机引脚为GPIO0_B4,对GPIO0_B4进行初始化。
- //舵机
- PinctrlSet(GPIO0_PB4, MUX_FUNC0, PULL_KEEP, DRIVE_KEEP);
- LzGpioInit(GPIO0_PB4);
- LzGpioSetDir(GPIO0_PB4, LZGPIO_DIR_OUT);
复制代码通过模拟PWM波让舵机工作。具体代码如下:
- void set_angle(unsigned int duty)
- {
- LzGpioSetDir(GPIO0_PB4, LZGPIO_DIR_OUT);
- LzGpioSetVal(GPIO0_PB4, LZGPIO_LEVEL_HIGH);
- HAL_DelayUs(duty);
- LzGpioSetVal(GPIO0_PB4, LZGPIO_LEVEL_LOW);
- HAL_DelayUs(20000 - duty);
- }
复制代码4. 红外寻迹模块
红外寻迹模块,在避障小车中的功能是防止小车意外掉落。红外寻迹模块与小凌派的GPIO0_A2、GPIO0_C4连接,对这两个引脚进行初始化。
- //初始化PA2 红外传感器
- PinctrlSet(GPIO0_PA2, MUX_FUNC0, PULL_UP, DRIVE_KEEP);
- LzGpioInit(GPIO0_PA2);
- LzGpioSetDir(GPIO0_PA2, LZGPIO_DIR_IN);
- LzGpioSetVal(GPIO0_PA2, LZGPIO_LEVEL_HIGH);
- //初始化PC7 红外传感器
- PinctrlSet(GPIO0_PC4, MUX_FUNC0, PULL_UP, DRIVE_KEEP);
- LzGpioInit(GPIO0_PC4);
- LzGpioSetDir(GPIO0_PC4, LZGPIO_DIR_IN);
- LzGpioSetVal(GPIO0_PC4, LZGPIO_LEVEL_HIGH);
复制代码
三、 避障小车功能实现
通过小凌派开发板自带的按键启动小车的避障功能
- void car_ Obstacle_avoidance(void)
- {
- float m_distance = 0.0;
- regress_middle();
- /*获取前方物体的距离*/
- m_distance = GetDistance();
- car_where_to_go(m_distance);
- osDelay(20);
- }
复制代码
通过超声波测距模块测量前方距离来判断小车接下来要运动的方向。若距离大于等于20cm继续前进。若距离小于20cm,先停止再后退0.5s,再继续进行测距,再进行判断。通过两个红外寻迹传感器可以防止小车掉落,当红外传感器输出为高电平时,小车就会停止前进,并且重新寻找安全方向。
- static void car_where_to_go(float distance)
- {
- LzGpioValue io_status_left;
- LzGpioValue io_status_right;
- LzGpioGetVal(GPIO0_PA2, &io_status_left);
- LzGpioGetVal(GPIO0_PC4, &io_status_right);
- if (io_status_left == 0 || io_status_right == 0)
- {
- if (io_status_left == 0 && io_status_right != 0)
- {
- car_stop();
- LOS_Msleep(500);
- car_backward();
- LOS_Msleep(500);
- car_stop(); // meet wall
- car_rightward();
- LOS_Msleep(800);
- car_stop(); // meet wall
- }
- else if (io_status_left != 0 && io_status_right == 0)
- {
- car_stop();
- LOS_Msleep(500);
- car_backward();
- LOS_Msleep(500);
- car_stop(); // meet wall
- car_leftward();
- LOS_Msleep(800);
- car_stop(); // meet wall
- }
- else if (io_status_left == 0 || io_status_right == 0)
- {
- car_stop();
- car_backward();
- LOS_Msleep(500);
- car_stop(); // meet wall
- }
- }
- else if (distance < DISTANCE_BETWEEN_CAR_AND_OBSTACLE)
- {
- car_stop();
- LOS_Msleep(500);
- car_backward();
- printf("This is backwardrn");
- LOS_Msleep(500);
- car_stop();
- unsigned int ret = engine_go_where();
- printf("ret is %drn", ret);
- if (ret == CAR_TURN_LEFT)
- {
- car_left();
- LOS_Msleep(800);
- }
- else if (ret == CAR_TURN_RIGHT)
- {
- car_right();
- LOS_Msleep(800);
- }
- car_stop();
- }
- else
- {
- car_forward();
- printf("This is forwardrn");
- }
- }
复制代码四、 心得体会
通过使用OpenHarmony操作系统 + 小凌派-RK2206开发板来控制小车完成距离检测、前进、后退、左转、右转、判断算法等功能,实现了避障小车的基本功能。经过这一次实验测试,加强我个人对OpenHarmony的理解,实在是一次不错的学习体验,特此记录!