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放大到5微秒的時(shí)間尺度，方波的下降沿顯示單次跳變

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進(jìn)行此修改后，脈沖計(jì)數(shù)與觀察到的轉(zhuǎn)速很好地對(duì)齊。

反饋控制

既然解開了太多脈沖的謎團(tuán)，是時(shí)候?qū)④囕喚幋a器的反饋控制應(yīng)用于電機(jī)速度了。基本思想是根據(jù)測(cè)得的脈沖數(shù)調(diào)整單個(gè)電機(jī)速度，使輪子覆蓋相同的距離并沿直線驅(qū)動(dòng) Arduino。

反饋控制回路分為許多類別，但最常見的稱為 PID（比例、積分和微分）回路。關(guān)于這個(gè)主題的信息很多，他們的研究是一門完整的學(xué)科。簡(jiǎn)單系統(tǒng)如下圖：

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將設(shè)定點(diǎn)（期望輸出）與反饋（實(shí)際輸出）進(jìn)行比較，誤差用于生成對(duì)受控系統(tǒng)的輸入。該輸入將系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)到所需的輸出，以便最終反饋等于設(shè)定點(diǎn)。

對(duì)于 Arduino 汽車，需要控制的輸出是兩個(gè)車輪的脈沖計(jì)數(shù)之差。如果此差異為零，則車輪將行駛相同的距離（假設(shè)車輪直徑相等）。

幾個(gè)定義：

• 來(lái)自車輪 A（電機(jī) A）的脈沖計(jì)數(shù) = pulseA
• 來(lái)自輪 B（電機(jī) B）的脈沖計(jì)數(shù) = pulseB
• 脈沖計(jì)數(shù)之間的差異 = 反饋 = pError = pulseA – pulseB
• 設(shè)定點(diǎn) = 0

下面是Arduino小車基本控制策略的流程圖：

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關(guān)于中斷的部分

Arduino 上的控制程序使用中斷有兩個(gè)目的：

• 對(duì)來(lái)自編碼器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。每次編碼器輸出進(jìn)行 1 到 0 轉(zhuǎn)換時(shí)，都會(huì)在 Arduino 上觸發(fā)中斷。
• 強(qiáng)制控制回路比較計(jì)數(shù)的脈沖并根據(jù)控制算法調(diào)整電機(jī)速度。

第一個(gè)中斷的相關(guān)代碼片段是

const int encoder1 = 2;
const int encoder2 = 3;
volatile int pulse1;
volatile int pulse2;

void setup(){
  pulse1 = 0;
  pulse2 = 0;

  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(encoder1), count1, FALLING);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(encoder2), count2, FALLING);
}

void count1(){
  // counting the number of pulses for encoder 1
  pulse1++;
}

void count2(){
  // counting the number of pulses for encoder 2
  pulse2++;

引腳 2 和 3 用于編碼器的中斷輸入。pulse1 和 pulse2 是用于保存計(jì)數(shù)的變量。Count1 和 count2 是中斷服務(wù)程序，只是增加計(jì)數(shù)器。中斷在從編碼器接收到的方波的下降沿觸發(fā)。

第二個(gè)中斷使用 ATMega328 內(nèi)置的 Timer1。定時(shí)器以預(yù)定的時(shí)間間隔觸發(fā)中斷。然后，這會(huì)運(yùn)行一個(gè)控制回路，使汽車保持直線行駛。相關(guān)代碼片段如下：

void setup(){

cli();//stop interrupts

  //set timer1 interrupt at 4Hz
  TCCR1A = 0;// set entire TCCR1A register to 0
  TCCR1B = 0;// same for TCCR1B
  TCNT1  = 0;//initialize counter value to 0
  // set compare match register for 4hz increments
  OCR1A = 3905;// = (16*10^6) / (4*1024) - 1 (must be <65536)
  // turn on CTC mode
  TCCR1B |= (1 << WGM12);
  // Set CS12 and CS10 bits for 1024 prescaler
  TCCR1B |= (1 << CS12) | (1 << CS10);  
  // enable timer compare interrupt
  TIMSK1 |= (1 << OCIE1A);
  
  sei();//allow interrupts

}

ISR(TIMER1_COMPA_vect){

//Control loop here

}

預(yù)分頻器 (0CR1A) 的值決定了中斷的頻率。

控制汽車（第 1 部分）

第一種直接駕駛汽車的方法使用基于流程圖的簡(jiǎn)單算法。代碼如下：

 int pError = 0;
pError = pulse1 - pulse2;

 // pError is positive speed up motor A and slow down motor B
 if(pError > 0){
  analogWrite(enA, (motorSpeed + 7));
  analogWrite(enB, (motorSpeed - 7));
 }

 // pError is negative speed up motor B and slow down motor A
 else if(pError < 0){
  analogWrite(enA, (motorSpeed - 7));
  analogWrite(enB, (motorSpeed + 7));
 }

 else {
  analogWrite(enA, motorSpeed);
  analogWrite(enB, motorSpeed);
 }

 digitalWrite(led, toggle);
 toggle = !toggle;

控制汽車（第 2 部分）

一種更復(fù)雜的方法是使用 PID 控制器。Arduino 庫(kù)包括一個(gè)名為 FastPID 的庫(kù)，它實(shí)現(xiàn)了 PID 控制器。添加到與 IDE 關(guān)聯(lián)的庫(kù)。

有關(guān)如何在以下鏈接中使用此庫(kù)的文檔

https://github.com/mike-matera/FastPID

這是代碼片段

float Kp=0.6, Ki=0.4, Kd=0, Hz=4;
int output_bits = 8;
bool output_signed = false;

FastPID driveStraight(Kp, Ki, Kd, Hz, output_bits, output_signed);
ISR(TIMER1_COMPA_vect){
  static int pError;
  pError = 0;
  pError = pulse1 - pulse2;
  uint8_t output = driveStraight.step(setpoint, pError);

  analogWrite(enA, (motorSpeed - output));
  analogWrite(enB, (motorSpeed + output));

  digitalWrite(led,toggle);
  toggle = !toggle;
}

可以通過(guò)為 Kp、Kd 和 Ki 分配不同的值來(lái)調(diào)整回路的靈敏度

最后的話

希望這有助于直接駕駛！