myrio小车

代码放在仓库https://github.com/gwyxjtu/myrio_car

一、实验设备与软件
1．NI myRIO一块，小车一台，自备iPad或手机。
2．软件系统：Win7系统，Labview2015开发软件，NI myRIO2015驱动程序，APP软件Data Dashboard For LabVIEW。
3．在iPad或手机上自行下载APP软件Data Dashboard For LabVIEW，Data Dashboard免费支持运行iOS，Android的智能手机和平板电脑。

4. 由于实验室电源有限，且点亮不稳定，自行从网上购置了12V锂电池一块，红外传感器两个。
   二、实验具体内容
   实验一：手机遥控小车
   首先是按照电路控制连接电机驱动电路，连接线路板。其中D0留给之后控制小车轮子旋转方向，PWM用于控制小车轮子转速。
5. 问题以及解决方法：
   (1) 12V不能单独引导面包板上方的联通列中，最好单独插在一行，因为12V电压较大，面包板电阻不可忽略。
   (2) myrio板子同样需要接地，否则会出现轮子一会正向转动，一会反向转动且只能受到微弱无规律的控制。
   (3) 具体芯片的调试方法可以先对调两组芯片，然后观察控制效果，如果两个轮子都不受控制，很有可能是。
   
6. 设计思路和程序图
   按照差分的思路设计小车路线控制，具体线路设计连线图如下，总共只用到了两个myrio的四个A组端口，分别是两个PWM，占用A组29，31端口，和d0分别输出给两个电机。
   
   PWM的使用方法就是两个参数，两个电机的占空比分别是p1+p2,p1-p2，p1用来控制小车的整体速度，p2用来跳街两个轮子差异，也可以用来转向，在后面的实验中负责补偿小车速度。
   实验二：基于红外传感器的自动循迹小车
7. 传感器原理以及连线
   红外循迹的传感器共有四个接线端，分别是VCC，GND，D0，A0，接线时候VCC接myrio的5V电压，GND连接地端，D0指的是红外的数字输出，A0指的是模拟输出，我们这里使用D0数字输出，即用螺丝刀调节红外传感器灵敏度，使得在黑线和普通地板返回不同的数字数值。如果使用模拟输入，则需要在程序中新增共享变量动态调整。
   Labview中加入NImyrio的digital in，同时设置myrio的端口，我们这里使用A口的15和17引脚。
8. 程序框图以及算法设计
   开始想到的思路有两种，一种是用红外传感器识别黑线，如果离开黑线则调节，第二种思路是用两个红外传感器夹住黑线，反馈调节。
   最终我们选择了第二种思路，即用两个传感器来夹住赛道，原因是第一种的设计思路对传感器质量要求较高，同时过抖的弯道，比如垂直，第一种设计只能以十分卡顿的试错方法来过弯，而夹住赛道的方法有更多的控制手段。
   设计框图如下，现在进行详细介绍
   
   首先将框图划分为三个区域，其中区域3就是实验一的差分控制，即p1和p2分别负责转速和转向补偿。区域1是一个逻辑判断，即四种情况，分别为：一，左侧右侧都没压黑线。二，左侧右侧都压住黑线。三，左侧压，右侧不压黑线，四，右侧压，左侧不压黑线。为了保证小车能成功通过十字路口，所以两侧都为黑线的时候直行，两侧都不压黑线的时候视为在赛道上，同样直行，如果一侧压住一侧不压，这时候就需要转向来控制，这里使用一个共享变量cons_1，在区域一的上方标记，用来控制自动转向的灵敏度，灵敏度过低会冲出弯道，灵敏度过高会左右摇摆，行进效率低下。仅仅依靠区域1和区域3的框图已经可以实现循迹，但是控制效果不佳，很容易速度过快冲出赛道。区域2在后面的优化里详细描述。

3. 优化方法
   仅凭借区域1和区域3的控制不足以完成很急的弯道。所以加上区域2的优化，区域2首先判断区域一传来的函数值，让小车在弯道时一边轮子转速为0，即在输出的地方直接乘以0，在另一个轮子上给出compensate_1的转速，具体可以通过ipad调节。
   如果需要更快的车速过弯，则需要再转弯时给小车整体一个倒退的速度，即强制减速，然后旋转，这里赋值了一个常数0.7，经过测试0.5到0.8之间都可以，由于转弯速度和转弯稳定程度是不可调和的一对矛盾，这里只能取一个折中。具体的演示再视频中展示。
4. 问题以及解决方法
   （1）弯道过激，小车冲出弯道的问题，这里使用强制减速和自转的方法调节，实际运行的情况小车会在弯道的时候减速，符合生活经验，开车在弯道时确实需要减速。
   （2）十字路口，这里选择十字路口走直线穿过。

实验三：可以避障的自动循迹小车

1. 传感器原理以及连线
   避障使用的是实验室提供的红外测距传感器，共有三个接线端，分别是5V vcc，GND接地端，A0模拟信号输出。这里使用两个传感器，这样可以判断转向方向。
2. 程序框图以及算法设计
   这里设计的避障优先级高于寻路，所以避障有权利给寻路的输出乘以0然后加上自己的输出。右上方是d0，即当两个传感器都检测距离低于一个阈值的时候倒退。
   
   情形一：两个距离很远
   按照循迹来，给循迹的输出乘以1，并且加上0，d0全部对F进行或运算，即不变。
   情形二：两个距离都很近
   输出乘以0，并且给一个avoid_acc，同时d0反转。即过近自转的速度，实际展示为贴近墙壁后旋转的角度，这里设置为0.3，旋转的角度略大于90度。
   情形三：一侧距离过近，一侧距离过远
   让一个轮子不转，另一个轮子旋转，绕过障碍。
3. 优化方法
   先前版本的设计是检测距离过近的时候直线后退，这样有一个致命问题，就是小车会卡在距离阈值那里，前前后后运动，所以这里没有选择直线倒退，选择两个传感器都过近的时候自转。即为一侧前进，一侧后退，具体的演示参考视频，效果很不错。

三、调试经验总结
1）轮子完全不转

1. 可以尝试点击程序前面板的停止，如果停止后轮子转动，则程序已经运行。估计是程序逻辑的问题，或者参数初始化失败，重新赋值参数。
2. 如果点击停止后轮子仍然不转，则检查电路，我们遇到的情况有，电机正负交叉，接地失败，电池没电，myrio电池没电等等。
   2）轮子一直全速转动，不受控制
   大可能是程序没烧上去，原因是myrio电量不足，程序是调试模式，是存储在DRAM里的，断电重连后需要重新烧写程序。
   3）轮子不受控制，或控制逻辑完全错误
   可能是myrio没有接地，myrio也需要接地，否则会随机控制，或控制失败。
   4）轮子一侧转一侧不转，一边受控制，一边不受控制
   1. myrio端口连接错了一位，就是一侧受控一侧不受控。
   2. 测距红外没有提示灯，这时候可以对调测距红外来检查是否是传感器的问题。
      其他调试思路：
3. 元器件芯片一般不会坏掉，尤其是不可能两个芯片同时坏掉，如果错误是对称的，一般不要怀疑芯片，如果错误不对称，则对调两个芯片查看错误是否对调。
4. 通过观察myrio上的红色指示灯，是wifi模块，如果每次ipad控制红色灯都会闪烁，则说明myrio已经收到了信号，通信过程错误可以排除。
5. 可以通过dashboard来判断是否读取到信号，用手机先退出dashboard，在重新连接启动，如果能保存到上次运行的参数，则说明myrio已经存储了数据，通信过程没有问题。