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Tile Tapper:由TI MSP430控制的機(jī)器人

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資料介紹

描述

介紹

Tile Tapper 是一款完全由 TI MSP430 控制的機(jī)器人，旨在播放 iPad 應(yīng)用程序“Piano Tiles”。為此，使用光敏電阻來確定穿過屏幕的給定圖塊是黑色還是白色。然后，四個相應(yīng)的電機(jī)使用此信息來敲擊觸控筆并在正確的時間敲擊瓷磚。

守則_

定時器 A：發(fā)生在 MSP430 定時器 A 中，ADC10 DTC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)傳輸控制）用于讀取四個光敏電阻并將它們的值每 0.5 毫秒發(fā)送到一個全局四元素整數(shù)數(shù)組。在 ADC10 ISR（中斷服務(wù)程序）中，這四個光敏電阻與特定電機(jī)相關(guān)聯(lián)并為其讀數(shù)指定閾值。這些閾值決定電機(jī)看到的是白色還是黑色，從而決定手寫筆是否應(yīng)該在屏幕上輕敲。

定時器 B：在定時器 B 中同時發(fā)生，“向上”或“向下”命令用于使用每個電機(jī)的數(shù)字 I/O 引腳設(shè)置手動 PWM 信號的占空比。時鐘每 20 毫秒循環(huán)一次計數(shù)器，以創(chuàng)建 50 Hz 的 PWM 頻率，這是伺服電機(jī)所要求的。

機(jī)械設(shè)計

最初的原型是使用卡板、扎帶和膠水制成的，以便快速組裝。這允許有效的概念驗證，并最終確定最終設(shè)計的電機(jī)、光敏電阻和電線長度的位置。在圖 2 和圖 3 中，顯示了光敏電阻支架和電機(jī)外殼的紙板原型。對于最終設(shè)計，3D 打印用于制造將電機(jī)固定到位的外殼。亞克力被切割并用于將光敏電阻固定在瓷磚列上方，以讀取四行每一行中的瓷磚。最終原型如圖 4 所示。

圖 2：光敏電阻閾值測試

圖 3：初始紙板原型

圖 4：最終原型

痛點(diǎn)

軟件：

在該項目中要解決的最突出問題是 MSP430 上可用的定時器數(shù)量有限。知道定時器 A 最終將僅用于讀取光敏電阻并使用 ADC10 DTC 全局存儲它們，確定如何在一個定時器內(nèi)使用 PWM 信號控制所有四個伺服電機(jī)成為一項挑戰(zhàn)。這一挑戰(zhàn)最終通過在正確的時間手動設(shè)置數(shù)字 I/O 引腳的高電平和低電平來為電機(jī)創(chuàng)建必要的 PWM 信號來解決。

下一個挑戰(zhàn)是確定計時器的合適速度。最初，兩個定時器都使用 0.1 毫秒的時鐘周期，因此光敏電阻會快速更新，伺服電機(jī)幾乎會立即響應(yīng)。伺服電機(jī)需要頻率為 50 Hz 或周期為 20 ms 的輸入信號。使用 0.1 毫秒的時鐘周期允許我們使用 200 個時鐘周期來產(chǎn)生我們的 PWM 周期。可以使用 3% - 13% 或 6 - 26 個時鐘周期高電平的 PWM 占空比控制整個范圍的伺服電機(jī)，而其余時鐘周期則為低電平。

0.1 毫秒的時鐘周期最終成為問題，因為微處理器無法在 DTC 中進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換，也無法足夠快地切換 I/O 引腳以產(chǎn)生 50 Hz 的頻率，從而導(dǎo)致電機(jī)無法使用。

最終時鐘周期為 0.5 毫秒，這是采樣速度與 MSP430 產(chǎn)生 50 Hz PWM 的能力之間的平衡。該時鐘周期對應(yīng)于 40 個時鐘周期的 PWM 周期。雖然這仍然是播放 Piano Tiles 的相對較慢的速度并且限制了 PWM 占空比的可用選項（2-5 個周期對應(yīng)于僅 4 個觸控筆角度），但它允許光敏電阻讀數(shù)和占空比設(shè)置之間相對較快的響應(yīng)時間。

硬件：

在為該項目編譯和微調(diào)軟件后，組件裝配和約束出現(xiàn)了一些問題。首先要解決的問題之一是使用的備用伺服電機(jī)的電線長度以及連接光敏電阻的電線長度。連接到電機(jī)的三線帶相當(dāng)短，如果不從多個方向拉動電路板，很難將所有電機(jī)定位在 iPad 周圍。為了解決這個問題，將延長線與每根電線收縮管焊接在一起以避免短路。這些是我們功能性總裝的關(guān)鍵組成部分。下面的圖 5 顯示了這些延長線之一的一端圖像。進(jìn)行了類似的焊接以延長連接到光敏電阻的電線。