タミヤカムロボットの改造

製作途中のブログ作成しました。
一通りの制御出来る様になったら、後日記事をまとめます。

概要

タミヤカムロボットはそれ単体でもよく出来た玩具ですが、後からマイコンボードやサーボモータを追加出来る様な構造になっています。
大分昔にArduino Nanoで改造したのですが、最近覚え始めたPICで改めて改造し直しました。

Arduino Nanoですと時折モーターの影響による電圧降下で暴走したので、Arudinoよりも低電圧で動作可能なPICの方が向いていると思います。
あと、PICの方が省スペースで設置出来るメリットがありますしね。

*備忘録も兼ねてるので、記事の内容は随時更新していきます。
 取敢えずMCCの設定とプログラムを書いて、一通り書き終わったら回路図も作成していきたいです。

DRV8830モータードライバ

部品選定

パワーMOSFETでHブリッジ回路組んで、モーター制御も検討しましたが、スペースの問題とI2Cで制御できるドライブがあったので秋月電子で購入したAE-DRV8830を選定。
動作電圧2.75V~なのも魅力。

MCC設定

I2Cモジュールを選択するとRC3,RC4ピンが自動的にSCL1,SDA1に設定される。

プログラム

I2Cモジュールを選択して設定すると新たに”i2c1_master_example.c"ファイルが作成されるので、その中の”I2C1_Write1ByteRegister(i2c1_address_t address, uint8_t reg, uint8_t data)”関数を使用する。

#include "mcc_generated_files/examples/i2c1_master_example.h"を宣言しないと、I2Cの関数が使用できないので宣言する。
スピード(電圧)は0x06-0x3F(0.48V-5.06V)まで設定出来るけど、0x06では動かない。

#include "mcc_generated_files/mcc.h"
#include "mcc_generated_files/examples/i2c1_master_example.h"

void Forward(uint8_t Speed) {
    Speed=Speed<<2;
    Speed=Speed+0b10;
    I2C1_Write1ByteRegister(0x63, 0x00, Speed);
    I2C1_Write1ByteRegister(0x64, 0x00, Speed);
    __delay_ms(500);
}

void Back(uint8_t Speed) {
    Speed=Speed<<2;
    Speed=Speed+0b01;
    I2C1_Write1ByteRegister(0x63, 0x00, Speed);
    I2C1_Write1ByteRegister(0x64, 0x00, Speed);
    __delay_ms(500);
}

void main(void) {
    SYSTEM_Initialize();
    while (1) {
        //Speed 0x06-0x3F
        Forward(0x16);
        __delay_ms(2000);
        Back(0x2F);
        __delay_ms(2000);
    }
}

動画

左右のモーターは可変出来るので、曲がるスピードを変えたり振り返ることも出来る。

ここに動画が表示されます

超音波センサ

HC-SR04

トリガで超音波を発振して、反射した音波を受けるとエコー端子がONする。
詳細はスイッチサイエンスなどからデータシート確認出来るのでそちらを参照して下さい。
計算方法も乗っています。

MCC設定

キャプションを入力できます

プログラム

平均化しなくても、それなりに距離が出ていたので速度重視で平均化しなかった。
変数numの値を変更することで平均化回数を設定。

#include "mcc_generated_files/mcc.h"
#include "stdio.h"

float Distance() {
    // uint16_t distance;
    int num=1;
    float distance1;
    float distance2;
    for (int i = 0; i < num; ++i) {
        RA5 = 0;
        __delay_us(2);
        RA5 = 1;
        __delay_us(10);
        RA5 = 0;
        uint16_t Time1 = TMR1_ReadTimer();
        while (RC0 == 0 || TMR1_ReadTimer() - Time1 > 65500);
        Time1 = TMR1_ReadTimer();
        while (RC0 == 1 || TMR1_ReadTimer() - Time1 > 65500);
        Time1 = TMR1_ReadTimer() - Time1;
        //   distance=Time1;
        distance1 = Time1 / 8 * (331.5 + 0.61 * 20) *100 / 1000000;
        distance2 = distance2 + distance1;
        __delay_ms(60);
    }
    distance2 = distance2 / num;
    return (distance2);
}

void main(void) {
    SYSTEM_Initialize();
    while (1) {
        printf("Distance_%f\n", Distance());
    }
}

動画

小さくて見にくいですが、障害物を検知してモニタに表示されている数値が変化しています。

ここに動画が表示されます

照度センサ

照度センサーと100kΩの抵抗で分圧させた電圧をPICで読み取る。

MCC設定

キャプションを入力できます

プログラム

暗くなると目が光り、明るくなると消灯する。

#include "mcc_generated_files/mcc.h"

void Lighton(void) {
    RA4 = 1;
    RA3 = 1;
}

void Lightoff(void) {
    RA4 = 0;
    RA3 = 0;
}

void main(void) {
    SYSTEM_Initialize();
    while (1) {
        int Vale=ADCC_GetSingleConversion(channel_ANB3);
        if(Vale<100){
            Lighton();
        }else if(Vale>=200){
            Lightoff();
    }
}
}

動画

ここに動画が表示されます

サーボモータ

QKY66

形状はSG90と互換性があります。Amazonで20個/2000円くらいで購入。
カムロボットの両腕に取付けました。
0.5ms~2.5msのパルス信号を送ると0~180°回転します。

プログラム

PICのサーボ制御はタイマー2とCCPモジュール(PWM制御)で可能ですが、貧弱な電源だと電圧降下が起きて複数軸のサーボは制御出来ません。
2軸くらいなら単三乾電池4本でもOKかもしれませんが、タンクモーターにも電源取られるので極力省エネで行きます。
今回はタイマー制御で0.5ms~2.5msのパルス信号を送り、両腕の上げ下げを行いました。

#include "mcc_generated_files/mcc.h"

int ServoPOSI1 = 58;
int ServoPOSI2 = 58;
int ServoPOSI3 = 58;
int ServoPOSI4 = 58;

void ServoQuickMove(int Angle1, int Angle2) {
    int ServoPOSI1 = Angle1;
    int ServoPOSI2 = Angle2;

    for (int i = 0; i < 1; i++) {
        RA6 = 1;
        RA3 = 1;
        for (int j = 0; j < ServoPOSI1; j++) {
            __delay_us(10);
        }
        RA6 = 0;
        RA3 = 0;
        for (int k = 0; k < 500 - ServoPOSI1; k++) {
            __delay_us(10);
        }
    }
    __delay_ms(1);

    for (int i = 0; i < 1; i++) {
        RA7 = 1;
        for (int j = 0; j < ServoPOSI2; j++) {
            __delay_us(10);
        }
        RA7 = 0;
        for (int k = 0; k < 500 - ServoPOSI2; k++) {
            __delay_us(10);
        }
    }
    __delay_ms(1);
}

void ServoMove(int delayTIME, int Angle1, int Angle2) {
    while (ServoPOSI1 != Angle1 || ServoPOSI2 != Angle2) {
        for (int i = 0; i < delayTIME; i++) {
            __delay_us(1);
        }
        // 0,5ms:0°_1.45ms:90°_2.4ms:180°
        //  printf("move");
        if (ServoPOSI1 < Angle1) {
            ++ServoPOSI1;
        } else if (ServoPOSI1 > Angle1) {
            --ServoPOSI1;
        } else {
            ServoPOSI1 = Angle1;
        }
        if (ServoPOSI2 < Angle2) {
            ++ServoPOSI2;
        } else if (ServoPOSI2 > Angle2) {
            --ServoPOSI2;
        } else {
            ServoPOSI2 = Angle2;
        }
        for (int k = 0; k < 5; k++) {
            for (int i = 0; i < 1; i++) {
                RA6 = 1;
                for (int j = 0; j < ServoPOSI1; j++) {
                    __delay_us(10);
                }
                RA6 = 0;
                for (int k = 0; k < 100 - ServoPOSI1; k++) {
                    __delay_us(10);
                }
            }
            __delay_us(1);

            for (int i = 0; i < 1; i++) {
                RA7 = 1;
                for (int j = 0; j < ServoPOSI2; j++) {
                    __delay_us(10);
                }
                RA7 = 0;
                for (int k = 0; k < 100 - ServoPOSI2; k++) {
                    __delay_us(10);
                }
            }
            __delay_us(1);
        }
    }
}

void Banzai(void) {
    ServoMove(10, 60, 30);
    __delay_ms(1000);
    ServoMove(10, 30, 60);
    __delay_ms(1000);
}

void main(void) {
    SYSTEM_Initialize();
    while (1) {
        Banzai();
    }
}

void ServoQuickMove(int Angle1, int Angle2)
void ServoMove(int delayTIME, int Angle1, int Angle2)
サーボを制御する関数は二通り制作しましたが、今回は速度を遅くするServoMoveを使用しました。

動画

@[youtube] (https://youtu.be/vz9aO5RjBZ4)

フォトリフレクタ

LBR-127HLD

秋月電子で購入、100~300Ω程度の抵抗を入れて赤外線LEDを点灯。
電源に直結させていますが、消費電力の事を考えると、トランジスタ及びPWM制御で点灯したいので
何れ回路修正する予定。

MMC設定

printf関数を使ってモニタ上に表示させる設定。
キャプションを入力できます

プログラム

取敢えずIOチェック用のプログラムを作成。
シリアルモニタで確認出来る様にする。センサー位置の並びをあまり考えずに配線したので、ソフト上で並びを整理しておきます。
ロボットの左手側から#1~5番とする。
内部プルアップ抵抗を使用して、どのセンサーにも入力が無ければ"31"。
すべてのセンサーに入力があれば"0"となる。

#include "mcc_generated_files/mcc.h"
#include "stdio.h"


int PhotoRef(void) {
    int PhotoVal = 0;
    if (RA1 == 1) {
        PhotoVal =PhotoVal+ 0b010000;
    }
    if (RB7 == 1) {
        PhotoVal =PhotoVal+ 0b01000;
    }
    if (RB5 == 1) {
        PhotoVal =PhotoVal+ 0b0100;
    }   
    if (RA0 == 1) {
        PhotoVal = PhotoVal + 0b10;
    }
    if (RB6 == 1) {
        PhotoVal =PhotoVal+ 0b01;
    }           
    return PhotoVal;
}

void main(void) {
    SYSTEM_Initialize();
    while (1) {       
//0~31の変化
             printf("%d\n", PhotoRef());
    }
}

赤外線受信センサ

OSRB38C9AA

秋月電子で購入。2ヶ/100円です。
38kHzの赤外線の波長を受信すると信号線がON→OFFに変化する。(信号が無い時は常時ON)

赤外線はTVやエアコンなどに使用されていて、メーカー毎にコード規格がある。
今回は自分で赤外線送信機まで制作したいので、独自規格で制作する事にする。

##MCC設定
赤外線受信モジュール様にタイマー3を使用。
キャプションを入力できます

プログラム

赤外線受信モジュール信号をRA2ピンに接続。
まずは単純にON,OFF時間を計測プログラムを制作。その後、信号パターンをコードかするプログラムを制作する。

#include "mcc_generated_files/mcc.h"
#include "stdio.h"
#define Mode 1

int num = 0;
unsigned int IRvaltime[100];
unsigned int IRonvaletime[100];
unsigned int IRoffvaletime[100];
int point = 0;
unsigned int TMR0vale = 0;
unsigned int TMR1vale = 0;
unsigned int TMR1onvale = 0;
unsigned int TMR1offvale = 0;

#if Mode==0
void main(void) {
    SYSTEM_Initialize();
    while (1) {
       
    }
}

#elif Mode==1      //OnOff時間計測
void main(void) {
    SYSTEM_Initialize();
    
    while (1) {
        TMR1vale=TMR3_ReadTimer();
        while (RA2 == 0 && point == 0) {     //信号ON時間計測開始
           TMR1onvale = TMR3_ReadTimer() - TMR1vale;
        }
         
        while (RA2 == 0);
        TMR1onvale = TMR3_ReadTimer() - TMR1vale;

             while (RA2 == 1 && point == 0) { //信号ON時間登録
        IRonvaletime[num] = TMR1onvale;
        TMR1vale = TMR3_ReadTimer();
        point = 1;
             }

        while (RA2 == 1 && point == 1) { //信号OFF時間計測
            TMR1offvale = TMR3_ReadTimer() - TMR1vale;
            if (TMR1offvale > 60000) { //信号OFF時間30ms以上の時計測中止
                point = 2;
            }
          }

        while (RA2 == 0 && point == 1) { //信号OFF時間登録、point0へ
            IRoffvaletime[num] = TMR1offvale;
            TMR1vale = TMR3_ReadTimer();
            num = num + 1;
            point = 0;
        }

        while (RA2 == 1 && point == 2) { //計測時間の表示と初期化
            for (int i = 0; i < num; i++) {
                printf("[%don]%u\n", i, IRonvaletime[i]);
                printf("[%doff]%u\n", i, IRoffvaletime[i]);
            }
            num = 0;
            point = 0;
        }
    }
}
#endif

TVリモコンの信号は読み込んでいた。
後日、実際の波長とプログラムで表示された数値をオシロスコープで比較する。
良ければこのプログラムを元にコード読み取りのプログラムを制作する。

三菱TVリモコンの電源ボタン波形写真

受信器側で受信したON,OFF時間の結果

赤外線送信機の制作

送信は8byteのデータで送ることにする。

赤外線LEDがON→OFFしてから次に点灯するまで
__delay_us(300)としたものを「0」
__delay_us(1000)としたものを「1」とする。

##回路図
製作中

##MCC設定
キャプションを入力できます

キャプションを入力できます

##プログラム

#include "mcc_generated_files/mcc.h"
#include  <stdio.h>
#define Mode 0
uint8_t IRData = 0b00000000;
bool IRplsPattern;

/*
 * IR_
 * LED_
 * LIGHT_GetValue() 
 * FORW_
 * RIGHT_
 * LEFT_
 * BACK_ 
 */

void IR0(void) {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        IR_SetHigh();
    //    LED_SetHigh();
        __delay_us(13);
        IR_SetLow();
        LED_SetLow();
        __delay_us(13);
    }
    __delay_us(300);
}

void IR1(void) {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        IR_SetHigh();
   //     LED_SetHigh();
        __delay_us(13);
        IR_SetLow();
        LED_SetLow();
        __delay_us(13);
    }
    __delay_us(1000);
}

void IRblink(void) {
    for (int k = 0; k < 2; k++) {
        for (int i = 0; i < 8; i++) {
            IRplsPattern = IRData >> i & 1;
            if (IRplsPattern == 0) {
                IR0();
            } else {
                IR1();
            }
        }

//STOPbit
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        IR_SetHigh();
        __delay_us(13);
        IR_SetLow();
        LED_SetLow();
        __delay_us(13);
    }

        __delay_ms(10);
    }
}

void main(void) {
    SYSTEM_Initialize();
    TMR1_WriteTimer(0);
    while (1) {
        if (LIGHT_GetValue() == 1 && FORW_GetValue() == 1 && RIGHT_GetValue() == 1
                && RC4 == 1 && BACK_GetValue() == 1) {
            IRData = 0b00000000;
        }
        if (LIGHT_GetValue() == 0) {
            IRData = 0b00000010;
            LED_SetHigh();
        }
        if (FORW_GetValue() == 0 && RC4 == 1
                && RIGHT_GetValue() == 1 && BACK_GetValue() == 1) {
            IRData = 0b00100000;
        }
        if (FORW_GetValue() == 0 && RC4 == 0
                && RIGHT_GetValue() == 1 && BACK_GetValue() == 1) {
            IRData = 0b00101000;
        }
        if (FORW_GetValue() == 0 && RC4 == 1
                && RIGHT_GetValue() == 0 && BACK_GetValue() == 1) {
            IRData = 0b00100100;
        }
        if (FORW_GetValue() == 1 && RC4 == 1
                && RIGHT_GetValue() == 1 && BACK_GetValue() == 0) {
            IRData = 0b00010000;
        }
        if (FORW_GetValue() == 1 && RC4 == 0
                && RIGHT_GetValue() == 1 && BACK_GetValue() == 0) {
            IRData = 0b00011000;
        }
        if (FORW_GetValue() == 1 && RC4 == 1
                && RIGHT_GetValue() == 0 && BACK_GetValue() == 0) {
            IRData = 0b00010100;
        }
        if (FORW_GetValue() == 1 && RC4 == 0
                && RIGHT_GetValue() == 1 && BACK_GetValue() == 1) {
            IRData = 0b00001000;
        }
        if (FORW_GetValue() == 1 && RC4 == 1
                && RIGHT_GetValue() == 0 && BACK_GetValue() == 1) {
            IRData = 0b00000100;
        }
           IRblink();
           __delay_ms(100);
    }
}

送信側と受信器側の波形

送信器側LED波形写真

受信器側モジュールの波形写真

DFplayer mini

製作中

MCC設定

製作中

プログラム

制作中

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