Node.js と Node-SerialPortでブラウザから操作するロボット

ロボットの車体はタミヤの楽しい工作「タミヤ楽しい工作シリーズ No.104 ブルドーザー工作基本セット」を使用しました。
コントローラー部は使わないので切ってしまい、モータードライバーIC「TA7291P」（\150@秋月）で制御することにします。
このモータードライバーICは正転逆転可能で、外付け部品が少なく、5V系でコントロールできます。
電源はエネループ4本の4.8Vを使用しましたが、このICの出力飽和電圧は1V程度なのでFA-130モーターには3.8V程度
加わることになります。よって、推奨電圧からは27%ほどオーバーして使用することになります。

コントロールするマイコンは「PIC16F648A」（\200@秋月）で、内蔵クロック4MHzで使用します。
モーター制御は1モーター当たり2ポート必要です。PORT_BはCCPやUARTと超音波センサで使うのでPORT_Aを使います。
また、攻撃用（？）のクラッカーの紐を引くモーターも追加したので、合計6ポート必要でした。
今回は、PORT_Aのうち、オープンドレイン専用の4と入力専用の5を避けて、0,1,2,3,6,7を使いました。
キャタピラーなので、超信地回転も可能です。

前照灯は放熱基板付1WハイパワーフルカラーRGBLED 「OSTCWBTHC1S」（\250@秋月）を使用しました。
RGBのそれぞれのポートの組み合わせで、7色に変化させることが出来ます。
色を選択するのはハイサイド側で行うこととして、デバイスは2SJ681（\40@秋月）+RN1201（\5@秋月）を選択しました。
LEDには最大で各色200mA、標準で150mA流せるようですが、色味をみながら抵抗値を赤22Ω、青と緑は10Ωとした結果、
赤が107mA、緑が142mA、青が139mAとなりました。
この場合、LEDが消費する電力は合計で1.2W程度で、直視できないほどの明るさです。
電流制限用の抵抗は1Wの酸化金属皮膜抵抗を奢ったのですが、1/2Wの安いカーボン抵抗でも問題ない損失でした。
3色のLEDはカソードコモンとして、PWM制御して明るさを調整します。
人間の目は対数スケールで明るく感じることと、8bitのマイコンの8bitのPWMを使用する都合で、0,1,2,4,8,16,32,64,128,255の10段階としました。
ローサイド側のFETは2SK2201（\70@千石）を使用しました。コントロールする電流は最大で400mA程度しかないので、発熱は少なく、問題ありません。

超音波センサは、HC-SR04を使用しました。
車体に固定した際に干渉するので、ピンヘッダを表裏逆にしています。
タイマ割り込みで0.52秒に一度距離を測定し、Node.jsに送っています。
ループ内で反射時間を測定します。.lstファイルを見ると一カウント当たり11サイクル=11usかかっているようでした。
よって、カウンタと距離の関係は、カウンタ値をdistanceとし、音速を340m/sとすると、340*11*distance/10^6*100/2(cm) = 0.187 * distance (cm)となります。
マイコンではカウント数のみを文字列で送り、割り算はnode.js側でやってもらいます。
実験した限りでは誤差2%程度だったので、おそらく計算式はあっていると思われます。
この超音波センサはたまに応答が無くなることがあるので、タイムアウトした場合前回の値を返すようにしています。
接続されていない場合は65535を返し続けます。
また、距離をマイコン側でも監視して、およそ20cm以内に障害物があれば停止するようにしました。

クラッカーはホームセンターで買った金具でホールドし、タミヤの4速パワーギヤボックスHE 72007を74:1で使用しました。
クラッカーを引けるかトルクが心配だったのですが、楽勝でした。

	/*************robot.c********
	node-serialportから制御できるロボットを作るため
	UART入力でモーターを制御する。
	追加機能でクラッカーを引く＆超音波センサで距離を読み取る。
	*****************************************/

	#include <16F648A.h>
	#fuses INTRC_IO,NOWDT,PUT,NOPROTECT,NOMCLR
	#use delay(CLOCK = 4000000) //4MHz
	#use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_B2,rcv=PIN_B1) //ハードウェアUART
	#use fast_io(a)
	#use fast_io(b)

	/*************PINについて****************
	A0,A1 モーター1
	A2,A3 モーター2
	A6,A7 モーター3
	B1,B2 RX,TX
	B3/CCP LED コモン　カソード
	B4 LED 赤アノード
	B5 LED 青アノード
	B6 LED 緑アノード
	B0 超音波センサ入力
	B7 超音波センサトリガ
	*****************************************/

	#define MOTOR1A PIN_A0
	#define MOTOR1B PIN_A1
	#define MOTOR2A PIN_A3
	#define MOTOR2B PIN_A2
	#define MOTOR3A PIN_A6
	#define MOTOR3B PIN_A7
	#define MSTP_US 700

	#define LED_R PIN_B6
	#define LED_G PIN_B4
	#define LED_B PIN_B5
	#define LED_COM PIN_B3

	#define SS_ECHO PIN_B0
	#define SS_TRIG PIN_B7
	#define SS_ATSND PIN_A4

	#define STOP_DISTANCE 100 //100*0.187=18.7cm
	#define LONG_MAX 65535

	/**********スレッドについて****************
	タイマ割り込みで約0.5秒に一回距離を測定する。
	timer2はccpで使う。
	*****************************************/


	//グローバル変数の定義
	int led_bright;
	int command;

	void motor1_foward()
	{
	output_low(MOTOR1A);
	output_low(MOTOR1B);
	delay_us(MSTP_US);
	output_high(MOTOR1A);
	}

	void motor1_back()
	{
	output_low(MOTOR1A);
	output_low(MOTOR1B);
	delay_us(MSTP_US);
	output_high(MOTOR1B);
	}

	void motor1_stop()
	{
	output_low(MOTOR1A);
	output_low(MOTOR1B);
	delay_us(MSTP_US);
	}


	void motor2_foward()
	{
	output_low(MOTOR2A);
	output_low(MOTOR2B);
	delay_us(MSTP_US);
	output_high(MOTOR2A);
	}

	void motor2_back()
	{
	output_low(MOTOR2A);
	output_low(MOTOR2B);
	delay_us(MSTP_US);
	output_high(MOTOR2B);
	}

	void motor2_stop()
	{
	output_low(MOTOR2A);
	output_low(MOTOR2B);
	delay_us(MSTP_US);
	}
	void motor3_foward()
	{
	output_low(MOTOR3A);
	output_low(MOTOR3B);
	delay_us(MSTP_US);
	output_high(MOTOR3A);
	}

	void motor3_back()
	{
	output_low(MOTOR3A);
	output_low(MOTOR3B);
	delay_us(MSTP_US);
	output_high(MOTOR3B);
	}

	void motor3_stop()
	{
	output_low(MOTOR3A);
	output_low(MOTOR3B);
	delay_us(MSTP_US);
	}


	long distance, distance_old;

	/タイマ割り込みで約0.52秒に1回距離を測定する/
	#INT_TIMER1
	void timer1_isr(){

	set_timer1(LONG_MAX);

	output_high(SS_TRIG);
	delay_us(10);
	output_low(SS_TRIG);

	distance = 0;

	while(!input(SS_ECHO) && distance != LONG_MAX){ //echoがHIになるのを待つ
	distance++; //センサが繋がっていない時はタイムアップするようにする。
	}

	distance = 0;

	while(input(SS_ECHO) && distance != LONG_MAX){ //echoが帰ってきている間カウントアップ。
	distance++; //なぜかechoがHのまま固まってしまうことがある。
	}

	//超音波センサがバグっていたら前回の値で上書きする。
	if (distance == 0 \|\| distance == LONG_MAX){
	distance = distance_old;
	}else{
	distance_old = distance;
	}
	/*
	//結果の出力。割り算とかはパソコンにしてもう。
	//ちなみに.lstファイルによると、11命令で1加算、4MHzでは1命令=1usなので
	//音速を340m/sとすると、34011distance/10^6100/2(cm) = 0.187 distance (cm)となる。
	*/
	if(!input(SS_ATSND)){
	printf("%Lu\r\n",distance);
	}

	//障害物が近くにあったら停止
	if(distance < STOP_DISTANCE){
	motor1_stop();
	motor2_stop();
	}
	}


	/メイン関数/
	void main()
	{
	set_tris_a(0b00110000); //a4,a5は入力（
	set_tris_b(0b00000011); //b0,b1は入力

	//1サイクル4クロックなので実質1MHz、8分周しているので125kHz
	//割り込みは8us毎に発生、timerを0xffに設定すると524.28ms毎に割り込み発生
	setup_timer_1(T1_INTERNAL \| T1_DIV_BY_8); //T1_DIVは8まで。
	set_timer1(LONG_MAX);
	output_low(SS_TRIG);
	distance_old = LONG_MAX;

	//LEDの明るさ調整用CCP/PWM設定
	setup_oscillator(OSC_4MHZ);
	setup_ccp1(CCP_PWM);
	setup_timer_2(T2_DIV_BY_1,255,1);
	set_pwm1_duty(32);
	led_bright = 0;

	output_high(LED_R);
	output_high(LED_G);
	output_high(LED_B);

	motor1_stop();
	motor2_stop();
	motor3_stop();

	enable_interrupts(INT_TIMER1); //タイマ１割込み許可
	enable_interrupts(GLOBAL);

	while(true)
	{
	if(kbhit()){
	command = getc();

	switch(command){
	case 'a' : //左回転
	motor1_foward();
	motor2_stop();
	break;

	case 's' : //後退
	motor1_back();
	motor2_back();
	break;

	case 'd' : //右回転
	motor1_stop();
	motor2_foward();
	break;

	case 'w' : //前進
	motor1_foward();
	motor2_foward();
	break;

	case 'q' : //停止
	motor1_stop();
	motor2_stop();
	motor3_stop();
	break;

	case 'z' : //左急回転
	motor1_foward();
	motor2_back();
	break;

	case 'c' : //右急回転
	motor1_back();
	motor2_foward();
	break;

	case 'e' : //クラッカー引く
	motor3_foward();
	break;

	case 'x' : //クラッカー戻す
	motor3_back();
	break;

	case '9' : //LED明るさ
	led_bright += 127;
	case '8' : //LED明るさ
	led_bright += 64;
	case '7' : //LED明るさ
	led_bright += 32;
	case '6' : //LED明るさ
	led_bright += 16;
	case '5' : //LED明るさ
	led_bright += 8;
	case '4' : //LED明るさ
	led_bright += 4;
	case '3' : //LED明るさ
	led_bright += 2;
	case '2' : //LED明るさ
	led_bright += 1;
	case '1' : //LED明るさ
	led_bright += 1;
	case '0' : //LED消灯
	set_pwm1_duty(led_bright);
	led_bright = 0;
	break;


	case 'r' : //LED赤
	output_high(LED_R);
	output_low(LED_G);
	output_low(LED_B);
	break;

	case 't' : //LED緑
	output_low(LED_R);
	output_high(LED_G);
	output_low(LED_B);
	break;

	case 'y' : //LED青
	output_low(LED_R);
	output_low(LED_G);
	output_high(LED_B);
	break;

	case 'u' : //LEDシアン
	output_low(LED_R);
	output_high(LED_G);
	output_high(LED_B);
	break;

	case 'i' : //LEDマゼンダ
	output_high(LED_R);
	output_low(LED_G);
	output_high(LED_B);
	break;

	case 'o' : //LED黄
	output_high(LED_R);
	output_high(LED_G);
	output_low(LED_B);
	break;

	case 'p' : //LED白
	output_high(LED_R);
	output_high(LED_G);
	output_high(LED_B);
	break;

	case '?' : //距離を送信
	printf("%Lu\r\n",distance);
	break;
	default :
	break;
	}
	}
	}

	}

view raw node-robot-648a.c hosted with ❤ by GitHub


	//LEDの色を選ぶ
	var colorArray = ["#FF0000", "#00FF00", "#0000FF", "#00FFFF", "#FF00FF", "#FFFF00", "#FFFFFF"];
	var colorCommand = ["r", "t", "y", "u", "i", "o", "p"];


	var socket = io();
	socket.on('distance', function (data) {
	$('h1').text(data);
	});
	socket.on('sendedcommand', function (data) {

	var numData;
	numData = parseInt(data);
	if (numData < 10) {
	$('input').val(numData); //ブラウザ間でLED輝度を連動させる
	}

	//ブラウザ間で同期してhrラインに色を付ける。高さを指定しないと、色が付かないのでcssで指定。
	if ($.inArray(data, colorCommand) != -1) {
	var colorIndex = $.inArray(data, colorCommand);
	$('hr').css("background-color",colorArray[colorIndex] );
	}

	data = "Send Command: '" + data + "'"
	$('h4').text(data);


	});


	$('input[type=range]').change(function () {
	var val = $(this).val();
	socket.emit('sendcommand', val);
	});


	$("#icolor2").icolor({
	flat: true,
	colors: ["FF0000", "00FF00", "0000FF", "FFFF00", "FF00FF", "00FFFF", "FFFFFF"],
	col: false,
	onSelect: function (c) {
	//this.$tb.css("background-color", c);
	n = $.inArray(c, colorArray);
	socket.emit('sendcommand', colorCommand[n]);
	}
	});

	// モーターコントロールボタンのクリックイベントを設定
	var buttonList = ["Up", "Right", "Left", "Down", "Stop", "TurnR", "TurnL", "Pull","Send"];
	var commandList = ["w", "d", "a", "s", "q", "z", "c", "e","x"];
	for (var i = 0; i < buttonList.length; i++) {
	var ele = document.getElementById(buttonList[i]);
	ele.addEventListener("click", function () {
	n = $.inArray(this.id, buttonList);
	socket.emit('sendcommand', commandList[n]);
	}, true);
	}

view raw node-robot-index.js hosted with ❤ by GitHub

	var express = require('express');
	var app = require('express')();
	var http = require('http').Server(app);
	var port = process.env.port \|\| 1337;
	var io = require('socket.io')(http);
	var SerialPort = require('serialport').SerialPort;
	var serial = new SerialPort('COM1', { //SZはCOM3
	baudrate: 9600
	});

	var statusStr: string = ".";

	var civCommandTmp = "";

	app.use(express.static(__dirname + '/public'));

	app.get('/', function (req, res) {
	res.sendfile('index.html');
	});

	http.listen(3000, function () {
	console.log('listen 3000 port');
	});

	serial.on('open', function () {
	console.log('open');
	});

	serial.on('data', function (data) {
	//0.52秒に一度送られてくる超音波センサの値をcmになおして表示する。
	var distanceString = data.toString();
	var distanceNum = parseFloat(distanceString);
	if (distanceNum == 65535 \|\| distanceNum == 0) { //たまに超音波センサが固まって65535や0を返すときがある…マイコン側で対策。
	distanceString = "Distance: " + "--- cm";
	} else {
	distanceNum = distanceNum * 0.187; //11サイクル、4MHz、音速340m/s
	distanceString = "Distance: " + distanceNum.toFixed(0) + " cm";
	}
	//動作確認用に受信したらドットを点滅させる。
	statusStr = (statusStr == ".") ? "" : ".";
	distanceString += statusStr;

	io.emit('distance', distanceString);

	});

	//コマンドを受信したら、シリアルポートに書き込む
	io.on('connection', function (socket) {
	socket.on('sendcommand', function (msg) {
	console.log(msg);
	serial.write(msg, function (err, results) {
	});

	io.emit('sendedcommand', msg); //他のブラウザとの同期のためにコマンドをemitする
	});
	});

view raw node-robot-index.ts hosted with ❤ by GitHub

Node.js と Node-SerialPortでブラウザから操作するロボット

2016/11/1 7M4MON

2016/11/1　7M4MON