描述

介紹

在第一部分中，我們構(gòu)建了 Sharp IR 傳感器的模型并了解了它的工作原理。我們還實(shí)施了一個(gè)軟件模型以在 Arduino 上使用范圍測(cè)量。在這一部分中，我們將添加一個(gè) Arduino 塊，它可以在由 Arduino 數(shù)字輸入之一觸發(fā)時(shí)調(diào)用中斷服務(wù)例程 (ISR)。

中斷在某些情況下很有用，因?yàn)樗鼈兛梢皂憫?yīng)特定的硬件事件，而無需不斷檢查輸入狀態(tài)的代碼，從而減少處理器的負(fù)載。當(dāng)處理器必須快速響應(yīng)事件時(shí)，它也很有用。在這里，我們將使用中斷來響應(yīng)當(dāng)物體離紅外傳感器太近時(shí)發(fā)生的事件。在下一節(jié)中，我們將在機(jī)器人接近某物時(shí)將其用作警報(bào)信號(hào)。例如，機(jī)器人可以選擇后退、轉(zhuǎn)彎或只是停止。

此處的重點(diǎn)將放在如何使用中斷塊上，但包含有關(guān)其工作原理的注釋以更好地理解它，以防有人想要修改它或繼續(xù)開發(fā)。

項(xiàng)目文件

要使用該庫，請(qǐng)?jiān)?a href='http://www.asorrir.com/soft/special/' target='_blank' class='arckwlink_none'>下載提交后解壓縮文件。使用 MATLAB 轉(zhuǎn)到 blocks 文件夾并鍵入. 這將為您的 Simulink 安裝編譯塊。如果編譯失敗，請(qǐng)檢查您是否選擇了帶.mex arduino_interrupt.cmex -setup

先決條件

• 閱讀第 1 部分以了解傳感器模型的背景

• 我們建議完成Arduino Mega 2560 硬件入門

所需硬件

與第 1 部分相同：

• Arduino Mega 2506 開發(fā)板

• 帶電線的小面包板

• 1 個(gè)夏普紅外傳感器 GP2Y0A02YK0F

• 1 個(gè)電容 10uF – 100uF

• 1個(gè)電容1uF

• 1 個(gè)電容 200 nF

• 1 個(gè)電阻 10 歐姆

第 2 部分的新組件

• 1 個(gè) LM311N 比較器

• 2個(gè)10k歐姆電阻

• 1個(gè)10k歐姆電位器

Arduino 中斷基礎(chǔ)知識(shí)

arduino 文檔包含關(guān)于如何使用中斷的很好的概述和建議。還有一張表將不同的中斷編號(hào)映射到連接引腳，適用于不同的板，在您自己的項(xiàng)目中使用中斷時(shí)需要查閱。

在這部分中，我們將使用中斷 0，它連接到 arduino mega 2560 板上的數(shù)字引腳 2。當(dāng)中斷被觸發(fā)時(shí)，中斷服務(wù)程序被調(diào)用。當(dāng)相應(yīng)引腳上的電壓從高電平下降到低電平（下降）或從低電平變?yōu)楦唠娖剑ㄉ仙r(shí)，可以觸發(fā)中斷。arduino mega 還有兩種觸發(fā)模式，low 和 change。有關(guān)更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱文檔。

要使用中斷，您必須將中斷服務(wù)程序附加到中斷。這就是新區(qū)塊要做的。由于中斷服務(wù)例程會(huì)中斷其他代碼，因此通常建議在其中做的事情越少越好。與在服務(wù)例程中進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算相比，僅向主循環(huán)發(fā)送有關(guān)事件的信號(hào)并讓它處理它通常更好。

Simulink 庫和文件

讓我們來看看新的區(qū)塊。下載 zip 文件 [鏈接] 并將其解壓縮到一個(gè)文件夾中。在 MATLAB 中，轉(zhuǎn)到文件夾并運(yùn)行 setup.m 文件，然后鍵入 MyArduinoLib。這個(gè)庫應(yīng)該打開：

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庫中的塊可用于將硬件中斷映射到將作為中斷服務(wù)例程執(zhí)行的子系統(tǒng)。該塊有一個(gè)輸入端口，稱為 simIRQ。該輸入端口可用于仿真，以模擬硬件中斷。對(duì)于在目標(biāo)上執(zhí)行，它沒有任何功能。輸出端口是函數(shù)調(diào)用信號(hào)。它應(yīng)該連接到一個(gè)稱為子系統(tǒng)的函數(shù)，如下面的任務(wù) 2 所示。

如果雙擊該塊以打開遮罩，它包括四個(gè)設(shè)置。中斷號(hào)和引腳號(hào)是電路板設(shè)置，根據(jù)文檔，它們必須與電路板匹配。模式?jīng)Q定輸入引腳上的什么事件將觸發(fā)中斷，上升、下降、變化或低。最終設(shè)置啟用和禁用輸入端口。

對(duì)于有興趣的人，這里有一個(gè)簡(jiǎn)短的描述，它屬于包含新塊的庫的塊文件夾中的文件。

• MyArduinoLib.slx——庫文件

• slblocks.m – 描述庫的 MATLAB 文件。如果此文件存在，庫將包含在 Simulink 庫瀏覽器中。

• arduino_interrupt.c – 這是一個(gè) c 文件 s-function，用于實(shí)現(xiàn)此塊在仿真期間將執(zhí)行的操作。此文件編譯為：mex arduino_interrup.c（之前運(yùn)行 mex -setup）。這必須在您使用庫之前完成。

• arduino_int_lib.tlc——這個(gè)文件告訴代碼生成器要為這個(gè)塊生成什么樣的代碼。

• arduino_interrupt.tlc – 由上面的文件取消包含系統(tǒng)頭文件。

如果您有興趣，請(qǐng)研究 arduino_interrupt.c 和 arduino_interrupt.tlc 的實(shí)現(xiàn)以了解它們的作用。您也可以根據(jù)需要更改行為。

任務(wù) 1 – 修改對(duì)象模型并添加施密特觸發(fā)器

為了使模擬比文章 1 運(yùn)行得更快，我們將在此處使用比上一篇文章中更小的對(duì)象模型。但請(qǐng)返回更詳細(xì)的工廠并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，以確保簡(jiǎn)化模型足夠。在構(gòu)建任何硬件之前制作系統(tǒng)模型是一種很好的基于模型的設(shè)計(jì)實(shí)踐。這意味著在將時(shí)間和金錢花費(fèi)在硬件上之前，想法或概念會(huì)通過模擬進(jìn)行測(cè)試。

新的完整系統(tǒng)模型名為 system_model.slx，如下所示。

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正如您在上面的模型中看到的，有傳感器模型、一個(gè) arduino 板子系統(tǒng)和一個(gè)名為 SchmittTrigger 的塊。在第一篇文章中，我們看到傳感器會(huì)針對(duì)不同的距離提供不同的電壓。這意味著我們需要一個(gè)能夠在特定距離（電壓）觸發(fā)的電路。當(dāng)障礙物位于觸發(fā)距離附近時(shí)，為了使其穩(wěn)健并避免多次中斷，我們實(shí)施了施密特觸發(fā)器。這里它是在 MATLAB 函數(shù)塊中用 MATLAB 代碼實(shí)現(xiàn)的。

Arduino 子系統(tǒng)有兩個(gè)輸入，A0 用于模擬輸入，D2 用于觸發(fā)中斷的數(shù)字輸入。

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有一個(gè)采樣子系統(tǒng)將電壓轉(zhuǎn)換為可以在軟件中讀取的數(shù)字，還有一個(gè)時(shí)間表子系統(tǒng)。調(diào)度子系統(tǒng)將調(diào)用軟件中的函數(shù)。階躍函數(shù)定期調(diào)用，中斷在施密特觸發(fā)器觸發(fā)時(shí)調(diào)用。需要這種調(diào)度才能通過中斷模擬該系統(tǒng)的異步行為。

任務(wù) 2 – 構(gòu)建軟件模型

好的，系統(tǒng)已經(jīng)建模，是時(shí)候?qū)崿F(xiàn)稍后應(yīng)該作為軟件在目標(biāo)上運(yùn)行的部分了。模擬輸入只是與步進(jìn)函數(shù)中的距離進(jìn)行比較，如果障礙物太近，我們會(huì)在數(shù)字輸出引腳上發(fā)出一個(gè)信號(hào)。輸出引腳可以連接到外部 LED（作為練習(xí)實(shí)現(xiàn)）。如果沒有檢測(cè)到障礙物，則發(fā)送零。中斷服務(wù)例程在每次被施密特觸發(fā)器調(diào)用時(shí)切換數(shù)字輸出。

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請(qǐng)注意，軟件模型是作為庫塊實(shí)現(xiàn)的。這是因?yàn)槲覀兩院髮⒃诰€束模型中使用相同的塊在目標(biāo)上運(yùn)行。

運(yùn)行模擬給出以下結(jié)果。

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青色線是實(shí)際距離，并且在不斷減小。品紅色線是中斷輸出的結(jié)果，黃線是與恒定距離比較的階躍函數(shù)。如果檢查模型的階躍函數(shù)，您會(huì)發(fā)現(xiàn)它將在 250 mm 處觸發(fā)。放大繪圖顯示，由于實(shí)施和采樣，它實(shí)際上是在輸入為 245 mm 時(shí)觸發(fā)的。您可以更改此值并查看洋紅色線將在不同位置觸發(fā)。

有趣的是，當(dāng)障礙物離得更近時(shí)，它會(huì)再次觸發(fā)。這是因?yàn)槲覀冊(cè)谏弦黄恼轮辛私獾絺鞲衅鞯墓ぷ髟怼?/font>它的非線性行為意味著當(dāng)障礙物太近時(shí)，傳感器輸出電壓會(huì)降低，而在我們的實(shí)施中，它似乎比實(shí)際更遠(yuǎn)。

任務(wù) 3 – 構(gòu)建施密特觸發(fā)器電路

如下圖所示，在上一篇文章中構(gòu)建的過濾器旁邊構(gòu)建施密特觸發(fā)器。您可能需要稍后調(diào)整電位器以確保施密特觸發(fā)器正確觸發(fā)。

任務(wù) 4 – 軟件線束模型并在目標(biāo)上運(yùn)行

用于在目標(biāo)上運(yùn)行軟件的軟件線束模型如下所示。

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模擬輸入塊讀取引腳 0，A0，這是我們的傳感器值。左下方是我們新的中斷塊。右邊的塊寫入數(shù)字引腳 12 和 13。此模型中有兩個(gè)額外的塊可能需要一些解釋。第一個(gè)是函數(shù)調(diào)用生成器。這用于定期觸發(fā)階躍函數(shù)。需要速率轉(zhuǎn)換塊是因?yàn)樾盘?hào)源塊（中斷服務(wù)例程）是異步的，而數(shù)字輸出塊與周期性采樣時(shí)間同步。

現(xiàn)在嘗試在目標(biāo)上運(yùn)行它！

建議的實(shí)驗(yàn)

• 修改并試驗(yàn)施密特觸發(fā)器以獲得所需的閾值。不要忘記更新模型以匹配行為。

• 使用第 1 部分中的詳細(xì)模型進(jìn)行測(cè)試。小模型是否足夠？有什么不同嗎？

概括

本文展示了一個(gè)示例，說明如何在仿真中使用異步塊并將其作為中斷服務(wù)例程在目標(biāo)上運(yùn)行。這對(duì)于節(jié)省目標(biāo)執(zhí)行時(shí)間和對(duì)事件做出反應(yīng)很有用。

在下一篇文章中，我們將在移動(dòng)機(jī)器人上使用它。首先，我們將為機(jī)器人設(shè)置一個(gè)模擬器來測(cè)試實(shí)現(xiàn)，然后我們?cè)谡鎸?shí)機(jī)器人上運(yùn)行軟件部分。

有用的鏈接

• 使用中斷的Arduino 文檔

• 數(shù)據(jù)表

• Guy 和 Seth 關(guān)于為 Arduino 等創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)程序塊的博客。

• MATLAB Central 上的文件