基于myRIO-UDP协议的智能小车实现范例

Posted 2021-04-16 同济虚拟仪器CLUB

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myRIO-UDP

ShiGuang Liu， School of Automobile Study, TongJi University

Email： [e-mail]

Address：NO.4800 Cao'an Highway, Shanghai, 201804, china

一、内容简介

1.1整体结构

智能小车的控制端为ios设备，通过UDP协议实现无线数据传输，这些被传输的数据通过myRIO控制小车电机，进而完成小车的基本动作。具体结构可参考下图：

1.2动手目标：使用IOS设备无线遥控智能小车

基本功能：IOS设备控制小车动作，并将控制程序作为开机启动程序

1.3注意事项：

IOS设备需安装“sensor stream”应用（在 APP Store 中搜索即可，可免费试用）

编程的上位机安装好myRIO驱动模块（安装完成后连接myRIO后可自动识别即可）

1.4本次动手实例按照内容可以划分为以下两大块：

内容1：调试无线接收模块

实现功能：IOS设备通过无线局域网发送屏幕位置坐标或者陀螺仪传感器数据，并在LabVIEW上正确解析

内容2：使用myRIO控制小车电机

实现功能：定义小车正转反转模式判定，配置myRIO的PWM输出接口

1.5 myRIO涉及到的模块

无线模块（WiFi）

接收IOS设备发送的控制数据

下载刷写实时处理器（RT）中的程序

PWM输出接口

小车电机的H桥路已整合到智能小车底板上，因此无需在LabVIEW中对小车正反转做重复定义

二、具体操作过程

2.1无线数据调试

通讯方式采用UDP协议

是一个面向无连接的协议。采用该协议不需要两个应用程序先建立连接。

为什么采用UDP？

TCP：传输可靠，用于传输大量数据(流模式)、速度慢，建立连接需要开销较多(时间，系统资源)；

UDP调试要求少，入门简单，用于传输少量数据(数据包模式)、速度快；

2.2 控制端IOS设备与编程上位机通讯

1.IOS设备和上位机连接同一无线网络；

2.打开IOS设备上下载好的APP“sensor stream”；

3.查询电脑的IP地址并将其输入APP相应位置。

4.使用USB连接线将myRIO连接至电脑

5.打开NI MAX配置myRIO的网络参数

6.打开training文件夹中的myRIO_xx子文件夹中的“i_touch_control_RT Main.vi”（此文件夹在俱乐部QQ群文件中） 如下图所示：

这是一个通知器结构，通知器可同时向多个循环广播数据，但无法缓存数据，这是与队列的明显区别。

7.下面我们详述一下消费者循环的几个部分，如下图中所示，消费者循环共实现两个功能，分别为触屏坐标和陀螺仪传感器两类：

8.把上位机连接到与myRIO同一无线网后，运行i_touch_control_RT Main.vi同时，点击IOS设备上的Send Data to PC键将控制设备上的数据发送到上位机，观测界面上数据流的形式，找出有效数据位：

9.仔细观察数据流的形式，我们可以发现处于触屏模式时，每当手指点触屏幕，数据流的第94字节及以后相邻几个字节会发生相应改变，可以判断这就是点触坐标的数据流位置，此时观察程序框图面板可以发现其截取数据流的偏移量设置正是从93开始（LabVIEW的索引从0开始），与我们的观察结果一致。（数据流采用16进制，这样每行有24个字节，到我们所用字节正好是94，这一点请大家自行确定）

具体到每一字节所代表的含义，如下：

94字节：是否有第一个点（0，1两种状态）；

95-98字节：第一个点X坐标；

99-102字节：第一个点的Y坐标；

103字节：是否有第二个点（同样只有0，1两种状态）

104-107字节：第二个点X坐标；

108-111字节：第二个点Y坐标；

10.在这里我们只取第一个点的数据即可，两个点控制小车动作的逻辑判断可以作为同学们自己的扩展部分。

接下来介绍一种较为简单的动作定义方式，通过第一个触点的坐标控制小车的动作，以最大坐标为450 320的屏幕为例，可以有如下的定义方式：

将上图的逻辑用LabVIEW表述出来，为下图形式：

这里强调一下判断Y坐标是否大于0的必要性：因为这里的左转定义为Y<150，而在默认没有点触屏幕时坐标默认为（-1，-1），因此满足左转的定义，这样便造成了冲突，将使系统在没有点触屏幕时也处于左转状态；因此必须判断Y是否大于零以确定是否处于默认状态。如果你采用其他定义方式，则可能没有这一过程。

进行到这一步我们的内容1基本上就完成了，此时可运行程序检验你的逻辑定义是否正确，保证后续步骤的顺利进行。

2.3 myRIO控制小车电机

1.这里首先认识一下智能小车的构成：

小车采用5V直流供电，左右轮各有一个减速电机，底板集成有H桥，并提供了PWM控制端口，可直接接收myRIO的控制信号

本次课程只涉及小车的动作控制，图像避障等功能暂不考虑

L293D双H桥芯片：

2.调用PWM输出口驱动电机

新建无线连接的myRIO project，然后新建一个Vi，在编程中选择myRIO选择Default FPGA personality 中的PWM输出口；

这里PWM输出口必须给定其频率和占空比，频率设置范围较大，这里给定为100HZ，占空比输入范围为0-1。

按照下图的方式，先试验一下端口的控制过程：

将所定义管脚用杜邦线连接到小车底板的正反转接收口上，如下图所示：

改变Duty Cycle的值，观察小车电机的转动速度。

这里需要注意：每个单机有两个控制端口，分别使电机正传和反转，这里需要注意不能使同一个电机的两个控制端口都为高电平，以免发生危险。

3.将内容1中定义的数据解析程序添加进project

将已有UDP接收程序（i_touch_control_RT Main.vi）添加至新创建的project，在已有VI上修改方便初学者快速编程
；

按照上一步中定义PWM接口的方式在i_touch_control_RT Main.vi中添加四路输出控制端口
；

4.进行到这一步控制数据解析和用myRIO控制小车电机都已分别完成，现在需要将两部分结合起来，用解析的数据控制四路端口的输出：

1)将内容1中的各个状态组合成为一个数组，并转化为数值，其原理为二进制到十进制的转换
；

此时，定义case结构分别指定不同动作时PWM输出口的值，有如下对应关系：

其程序框图如下：

此时，程序框图已经全部完成，点击运行可将程序下载至myRIO中，此时在IOS设备端输入myRIO的ip地址，然后再次点击Send Data to PC按键，即可控制小车动作了。此时myRIO仍连接着电源线，这限制了小车的自由活动，这里建议使用小车上的电池供电，并将编写完成的程序作为启动程序下载到myRIO中，这样每次启动时，myRIO 即可自动运行编写好的控制程序，具体的操作步骤如下：

在“源文件”中选择编写的程序，并按下图中的操作顺序操作即可，这里启动VI下边的始终包含部分的含义大家有兴趣可查阅资料。

生成应用程序后，右键单击“实时应用程序”选择“设置为启动项”；再次右键单击“实时应用程序”选择“作为启动项运行”即可：

三、问题拓展

1.重新定义小车动作判定方式，加入调速模块，可以根据IOS控制端的指令调整小车移动速度的快慢；

2.使用myRIO无线模块作为热点，IOS设备接入myRIO的无线网实现控制

3.拓展小车的避障、测距和视频等功能。

Duang～

I

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