基于STM32F107的搬運(yùn)機(jī)器人電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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2．2 μC／OS-II系統(tǒng)下任務(wù)的分配
成功地將μC／OS-Ⅱ系統(tǒng)移植到STM32F107后，基于μC／OS-II的程序設(shè)計(jì)是將一個(gè)大的應(yīng)用程序分成相對(duì)獨(dú)立的多個(gè)任務(wù)來完成。定義好每個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，μC／OS-II內(nèi)核對(duì)這些任務(wù)進(jìn)行調(diào)度和管理。
軟件設(shè)計(jì)思路是根據(jù)機(jī)器人實(shí)際運(yùn)行的需要由上位機(jī)通過串口對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)位置進(jìn)行給定。電機(jī)的轉(zhuǎn)速是由設(shè)定的速度值和由增量式編碼器的采集值相比較，經(jīng)過速度PID算法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。舵機(jī)的位置主要是由絕對(duì)值式編碼器反饋現(xiàn)在位置，根據(jù)動(dòng)作時(shí)間要求調(diào)節(jié)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。本搬運(yùn)機(jī)器人電機(jī)控制系統(tǒng)軟件要實(shí)現(xiàn)的功能如下：
◆上位機(jī)給定電機(jī)轉(zhuǎn)速、舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度和動(dòng)作時(shí)間；
◆要求電機(jī)轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)并且具有良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速?zèng)]計(jì)采用PI算法調(diào)節(jié)；
◆要求舵機(jī)快速到達(dá)指定角度，有位置反饋?zhàn)鳛槎鏅C(jī)給定轉(zhuǎn)速的調(diào)整；
◆具有一定的故障保護(hù)功能。當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)、電流過大以及舵機(jī)觸動(dòng)限位開關(guān)時(shí)，要求停止驅(qū)動(dòng)模塊工作。
針對(duì)以上要實(shí)現(xiàn)的功能，可以將應(yīng)用程序設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)任務(wù)：
①啟動(dòng)任務(wù)。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，創(chuàng)建初始電機(jī)狀態(tài)，然后自我刪除，啟動(dòng)任務(wù)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。
②電機(jī)和舵機(jī)保護(hù)任務(wù)。用于在過流或限位開關(guān)動(dòng)作時(shí)響應(yīng)外部中斷，進(jìn)入中斷狀態(tài)通過發(fā)任務(wù)信號(hào)量，任務(wù)程序檢測(cè)信號(hào)量有效并響應(yīng)該任務(wù)，停止輸出。任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)為0級(jí)。
③上位機(jī)給定任務(wù)。用于上位機(jī)控制電機(jī)和舵機(jī)，任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)為1級(jí)。上位機(jī)數(shù)據(jù)輸入寄存器時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)中斷，該中斷將收到的字節(jié)送入緩沖區(qū)并釋放上位機(jī)給定任務(wù)的信號(hào)量；任務(wù)中檢測(cè)到信號(hào)量有效便開始執(zhí)行，將對(duì)應(yīng)的字節(jié)信息解析成對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速和舵機(jī)轉(zhuǎn)角位置信息給相應(yīng)變量賦值。
④電機(jī)轉(zhuǎn)速控制任務(wù)。用于電機(jī)的閉環(huán)調(diào)速，任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)為2級(jí)。
⑤舵機(jī)控制任務(wù)。用于控制舵機(jī)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)到達(dá)指定位置，任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)為3級(jí)。
2．3 啟動(dòng)任務(wù)
主程序中，在調(diào)用μC／OS-II的其他任務(wù)之前，首先調(diào)用系統(tǒng)初始化函數(shù)OSInit()，初始化μC／OS-II所有的變量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；同時(shí)，建立空閑任務(wù)OS_TaskIdle()，這個(gè)任務(wù)總是處于就緒態(tài)；調(diào)用OSTaskCreate()函數(shù)建立啟動(dòng)任務(wù)；調(diào)用OSStart()，將控制權(quán)交給μC／OS-II內(nèi)核，開始運(yùn)行多任務(wù)。
啟動(dòng)任務(wù)是在主程序中創(chuàng)建的，它主要有3個(gè)功能：
①用于系統(tǒng)初始化(PWM輸出模塊、串口、ADC模塊、輸入電平中斷功能、定時(shí)器)。
②建立系統(tǒng)所要用到的信號(hào)量。
③建立系統(tǒng)的其他任務(wù)。
最后調(diào)用OSTaskDel(OS_PRIO_SELF)進(jìn)行自我刪除，啟動(dòng)任務(wù)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。主程序任務(wù)流程如圖4所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/160667.htm
2．4 電機(jī)轉(zhuǎn)速控制任務(wù)
增量式編碼器每次產(chǎn)生外部中斷，在中斷狀態(tài)中發(fā)出任務(wù)信號(hào)量，任務(wù)程序檢測(cè)信號(hào)量有效并響應(yīng)該任務(wù)，任務(wù)中通過測(cè)得電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速和給定速度對(duì)比實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。電機(jī)轉(zhuǎn)速控制任務(wù)流程如圖5所示。
評(píng)論