2 järjestelmän ohjelmistosuunnittelua
2,1μC / OS-II -arkkitehtuuri
μC / OS-II on siirrettävä, implantoitava ROM, joka on kuorittava ja ennalta ehkäisevä reaaliaikainen monitoimiohjelma, jonka suorituskyky on korkea, pieni jalanjälki, hyvä reaaliaikainen suorituskyky ja skaalautuvuus. Ominaisuudet, pienin ydin voidaan koota 2 kilobääriksi. μC / OS-II on kirjoitettu C: lle ja kokoonpanokielelle. Suurin osa koodista on kirjoitettu C: hen. Vain muutama prosessorin läheisesti liittyvä koodi kirjoitetaan kokoonpanokielellä. μC / OS-II sisältää vain perustoimintoja, kuten tehtävien ajoitus, tehtävien hallinnan, ajanhallinnan, muistinhallinnan, tehtävien välisen viestinnän ja synkronoinnin.
Tehtävien määrittäminen 2.2μC / OS-II -järjestelmässä
Kun μC / OS-II -järjestelmä on siirretty onnistuneesti STM32F107: een, μC / OS-II-pohjainen ohjelmointi tehdään jakamalla suuri sovellus suhteellisen itsenäisiksi tehtäviksi. Jokaisen tehtävän prioriteetti on määritelty ja μC / OS-II-ytimellä aikataulutetaan ja hallitaan näitä tehtäviä.
Ohjelmiston suunnitteluidea on antaa moottorin nopeus ja ohjauslaitteen ohjauspaikka sarjaportin kautta robotin varsinaisen toiminnan mukaan. Moottorin nopeutta verrataan inkrementaalisen anturin asetettuun arvoon ja suljetun silmukan ohjaus toteutetaan nopeus PID-algoritmilla. Ohjauslaitteen sijainti on lähinnä, että absoluuttinen arvo kooderi syöttää takaisin nykyisen sijainnin ja ohjauslaitteen nopeus säädetään toiminta-ajan vaatimuksen mukaan. Tämän käsittelyrobottin moottorin ohjausjärjestelmän ohjelmiston toteuttamat toiminnot ovat seuraavat:
◆ Ylälaite antaa moottorin nopeuden, ohjauskulman ja toiminta-ajan;
◆ Vaatii moottorin nopeuden ja hyvän staattisen ja dynaamisen suorituskyvyn jatkuvan säätämisen. Nopeutta ei lasketa PI-algoritmilla.
◆ Vaatii, että ohjauslaite saavuttaa määrätyn kulman nopeasti ja asento-palautetta käytetään ohjauslaitteen määrätyn nopeuden säätämiseen;
◆ On tietty vikasuojaustoiminto. Kun moottori on tukossa, virta on liian suuri ja ohjauslaite koskettaa rajakytkintä, sen on pysäytettävä käyttömoduuli.
Edellä mainittujen toimintojen toteuttamiseksi sovellussuunnitelma voidaan jakaa seuraaviin tehtäviin:
1 Käynnistä tehtävä. Alusta järjestelmä, luo alkuperäinen moottoritila, poista sitten itsesi ja aloita tehtävä nukkumaan.
2 moottorin ja ohjauslaitteen suojaustoimintaa. Sitä käytetään vastaamaan ulkoiseen keskeytykseen, kun ylivirtasuoja tai rajakytkin on aktivoitu. Kun keskeytystila on syötetty, tehtävän semahtori lähetetään. Tehtäväohjelma havaitsee, että semafor on pätevä ja vastaa tehtävään ja lopettaa tulostuksen. Tehtävän prioriteetti on asetettu tasolle 0.
3 isäntä tietokone antaa tehtäviä. Sitä käytetään ylemmässä koneessa ohjaamaan moottoria ja ohjauslaitteita ja tehtäväprioriteetti on asetettu tasolle 1. Kun isäntätietokantojen syöttörekisteri muodostetaan, muodostetaan keskeytys, joka lähettää vastaanotetun tavun osaksi puskuroi ja vapauta isäntätietokoneen tietyn tehtävän semahtori; kun semahtori havaitaan, tehtävä alkaa suorittaa ja vastaava tavu suoritetaan. Tiedot analysoidaan vastaaviin moottorin nopeus- ja ohjauslaitteen sijaintiinformaatioin arvojen antamiseksi vastaaville muuttujille.
4 moottorin nopeuden säätötehtävä. Moottorin suljetun kierrosluvun säädön osalta tehtäväprioriteetti asetetaan tasolle 2.
5 ohjauslaitteen ohjaustehtävät. Sitä käytetään hallitsemaan ohjauslaitteistoa saavuttamaan määritetty asema määritetyssä ajassa ja tehtävän prioriteetti asetetaan tasolle 3.
2.3 Aloita tehtävä
Pääohjelmaan, ennen kuin kutsutaan muita μC / OS-II: n tehtäviä, ensin kutsutaan OSInit () -järjestelmän alustusfunktio alustaa kaikki μC / OS-II: n muuttujat ja tietorakenteet; samaan aikaan perustaa tyhjäkäynnin tehtävä OS_TaskIdle (), tämä tehtävä on aina valmiustilassa; soita OSTaskCreate () -toiminnolla aloitustyön määrittämiseen; soita OSStart (), siirtää ohjaus μC / OS-II -ydintä, aloittaa monitoiminnon suorittamisen.
Aloitus tehtävä luodaan pääohjelmassa, jolla on kolme päätoimintoa:
1 järjestelmän alustukseen (PWM-lähtöyksikkö, sarjaportti, ADC-moduuli, tulotason keskeytystoiminto, ajastin).
2 Määritä järjestelmän käyttämän signaalin määrä.
3 luoda muita järjestelmän tehtäviä.
Lopuksi poista OSTaskDel (OS_PRIO_SELF) poistaa itsesi ja aloita tehtävä nukkumaan. Pääohjelman tehtävävirta on esitetty kuvassa 4.
2.4 moottorin nopeuden valvontatehtävä
Joka kerta, kun inkrementaalinen kooderi synnyttää ulkoisen keskeytyksen, tehtävän semahtori annetaan keskeytystilassa. Tehtäväohjelma havaitsee, että semafor on pätevä ja vastaa tehtävään. Tehtävä toteuttaa suljetun silmukan säädön mittaamalla moottorin nykyinen nopeus ja annettu nopeusvertailu. Moottorin nopeuden säätötehtävä on esitetty kuviossa 5.
2.5 ohjauslaitteen ohjaustehtävä
Servo-ohjaus tuottaa viiteajan ajastimella, lähettää semaforin jokaisena kiinteänä ajankohtana ja tehtävä suoritetaan kerran. Servo-ohjaustehtävä vertaa absoluuttianturin mitattua asentoa määritellyllä sijainnilla ja säätää servon nopeutta jäljellä olevan ajan mukaan. Servo-ohjaustehtävä on esitetty kuviossa 6.
3-järjestelmän sähkömekaaninen liitäntä
Robottien ohjausvaihde koostuu tasavirtamoottorista kytketystä 30: 1 pienennyksestä. Absoluuttiasentoanturi on kytketty ohjauslaitteeseen ja lähettää ohjauslaitteen kulmasignaalin taajuusmuuttajan ohjauskortille. Robotin etupyörän kaksi akselia yhdistetään siirtotanko. Yksi akseleista on kytketty ohjauslaitteeseen siirtovyöllä siten, että kun ohjauspyörä pyörii, siirtohihna ajaa siirtotankoa, jotta kaksi etupyörää voi pyöriä samanaikaisesti. Takapyörän käyttömoottori on tasavirtamoottori, joka on kytketty suoraan inkrementaaliseen anturiin. Kun pienennyssuhde pienenee 25: 1-pienennyslaitteella, takapyörää ajetaan mekaanisella erolla. Lisäksi inkrementaalisen kooderin signaalit lähetetään myös taajuusmuuttajan ohjauskortille. Sähkömekaanisen järjestelmän rakenne on esitetty kuviossa 7.
johtopäätös
Tässä asiakirjassa toteutetaan käsittelyrobottin moottorin ja servonohjaimen laitteiston rakenne. Reaaliaikainen käyttöjärjestelmä μC / OS-II on onnistuneesti upotettu STM32F107: een, ja moottorin ja ohjauslaitteen nopeus suljetun silmukan kokeilu on valmis. Käyttämällä Cortex-M3-ydinohjaimen ja μC / OS-II -järjestelmän monitoimisen reaaliaikaisen suorituskyvyn ominaisuuksia, se tarjoaa ohjelmisto- ja laitteistosäätiön myöhemmässä robottikuva-kaappauksen ja navigoinnin jäljittämisessä. Jos olemassa olevaa PI-algoritmia parannetaan ja moottorin nopeus ja nykyinen kaksinkertainen suljetun silmukan ohjaus voidaan toteuttaa, robottimoottorin ominaisuudet ovat paremmat ja käsittelyrobottin sovellusmahdollisuudet ovat laajemmat.
