Форум arduino.ua

/* Програмне забезпечення для 
 * системи ПЧ-АД на основі Arduino Due
 * 
 * 17.05.2016, версія програми 0.18
 * 
 * Автор ст. гр. ЭПА-12 Швыдкий Д. О.
 * 
 */

#include <LiquidCrystal.h>
#include <DueTimer.h>
// Кількість кроків синусоїди (повинно бути кратно 6)
#define stepsNum 60
// Індикатори роботи системи
#define ledR 22
#define ledL 23
#define led 13
// Кнопки
#define stopB 33
#define setB 37
#define rightB 35
#define leftB 36
#define upB 39
#define downB 34
#define backB 32
// Вивід, до якого підключено потенціометр
#define potPin 0
// Виводи плати, що контролюють активацію певних транзисторів
#define vt1 24
#define vt3 25
#define vt5 26
#define vt4 27
#define vt6 28
#define vt2 29
// Виводи для ШІМ фаз А, В та С
#define PWMa 6
#define PWMb 7
#define PWMc 8
// Вивод, що контролює зарядний контактор
#define relayPin 44
// Виводи аварійного зворотнього зв'язку
#define overloadPin 46
#define overheatPin 47
// Виводи перевірки нормальної роботи плати
#define securityPin1 30
#define securityPin2 31
// Максимальне отримуване значення з потенціометра
#define pMax 4096
// Мінімальне отримуване значення з потенціометра
#define pMin 0
// Коефіцієнт пропорційності частоти
// (використовується під час налагодження)
#define k 1
// Прив'язка дисплея до певних виводів плати
// d7 - 38, d6 - 41, d5 - 40, d4 - 43, e - 42, rs - 45
LiquidCrystal lcd(45, 42, 43, 40, 41, 38);

// Інформація про стан системи
char* message[] ={"", "  !!OVERHEAT!!  ", "  !!OVERLOAD!!  ", "   !!TESTING!!  "};
byte mesNum = 0;

// Значення напруг, що необхідно отримати на виході
int Ua, Ub, Uc,
// Етап модуляції синусоїди для кожної фази
stepA, stepB, stepC,
// Дані з потенціометра
pData;

// Допоміжні параметри
float Df, a1,
// Частота, яку необхідно досягти на виході
fTarget = 10,
// Мінімальна припустима частота
fMin = 10,
// Максимальна частота
fMax = 50,
// Поточне значення частоти
f = 10,
// На скільки буде зростати частота при оновленні
df,
// Швидкість зміни частоти {Гц/с}
dfRate = 8,
// Коефіцієнт пропорційності для пропорційного закону скалярного керування
kU = 81.92;

// Таблиця значень синуса
// (розраховується на початку програми)
float sinHalph[stepsNum];

// Всі змінні часу у мікросекундах
// Амплітуда вихідної напруги
long amplitude,
// Час кожного кроку
stepLength,
// Час початку поточного кроку синусоїди
currentStepTime,
// Інтервал оновлення внутрішніх параметрів системи
// (інтервал виклику функції update())
updateInterval = 8000,
// Інтервал виводу даних на дисплей
outputInterval = 200000,
// Час останнього виводу даних
prevOutputTime = 0,
// Час останнього оновлення внутрішніх параметрів
prevUpdateTime = 0;

// Якщо true, то напруга подана на двигун
bool activated = false,
// Параметри активації верхніх транзисторів моста інвертора
HA = true,
HB = false,
HC = true,
// Якщо true, частота f поступово наближається до fTarget
fChanging = false,
// Флаги кнопок
up = false,
down = false,
right = false,
left = false,
back = false,
set = false;

// Налаштування параметрів роботи плати і завдання початкових значень для змінних
void setup() {
  //PWMC_ConfigureClocks(5000 * PWM_MAX_DUTY_CYCLE , 0, VARIANT_MCK);
  // ініціалізація дисплея
  lcd.begin(16, 2);
  lcd.clear();
  lcd.print("starting");
  // Налаштування виводів плати на прийом чи передачу
  pinMode(led, OUTPUT);
  pinMode(vt1, OUTPUT);
  pinMode(vt2, OUTPUT);
  pinMode(vt3, OUTPUT);
  pinMode(vt4, OUTPUT);
  pinMode(vt5, OUTPUT);
  pinMode(vt6, OUTPUT);
  pinMode(ledL, OUTPUT);
  pinMode(ledR, OUTPUT);
  pinMode(relayPin, OUTPUT);
  pinMode(securityPin1, OUTPUT);
  pinMode(securityPin2, OUTPUT);
  pinMode(stopB, INPUT);
  pinMode(setB, INPUT);
  pinMode(rightB, INPUT);
  pinMode(leftB, INPUT);
  pinMode(upB, INPUT);
  pinMode(downB, INPUT);
  pinMode(backB, INPUT);
  pinMode(overloadPin, INPUT);
  pinMode(overheatPin, INPUT);
  // Ініціалізація з'єднання з ПК
  Serial.begin(115200);
  // Індикація робочого стану плати
  digitalWrite(led, HIGH);
  digitalWrite(ledR, HIGH);
  delay(200);
  digitalWrite(led, LOW);
  digitalWrite(ledR, LOW);
  // Використання 12-бітної ШІМ
  analogWriteResolution(12);
  // Використання 12-бітного АЦП
  analogReadResolution(12);
  // Розрахунок допоміжних параметрів
  addParSetup();
  // Крок, з яким буде розрахована таблиця синуса
  float sinStep = 3.1416/stepsNum;
  // Розрахунок таблиці синуса
  for(int i = 0; i <= stepsNum; i++){                       
    sinHalph[i] = sin(i*sinStep);
  }
  // Завдання початкових точок для ШІМ-сигналів
  stepA = 0; 
  stepB = stepsNum/3;
  stepC = (stepsNum/3)*2;
  //Зарядка конденсаторів ланки постійного струму 
  lcd.clear();
  lcd.print("charging");
  delay(1000);
  digitalWrite(relayPin, HIGH);
  lcd.clear();
  digitalWrite(securityPin1, LOW);
  digitalWrite(securityPin2, LOW);
  // Початкове оновлення основних параметрів
  update(); 
  // Перше зчитування завдання на частоту
  fTargetRead();
  
  Timer3.attachInterrupt(stepService);
  Timer3.start(stepLength);
  
  //Початок роботи системи
  currentStepTime = micros();
}

// Головна частина програми, яка буде повторюватись у нескінченному циклі
void loop() {
  // Перевірка стану аварійного зворотнього зв'язку
  if(digitalRead(overloadPin) == LOW){
    stopSystem();
    mesNum = 2;
  }
  else if (digitalRead(overheatPin) == LOW){
    mesNum = 1;
    stopSystem();
  }
  else mesNum = 0;
  /*
  // Перехід на інший крок синусоїди якщо прийшов час це зробити
  if((micros() - currentStepTime >= stepLength)){
    stepService();
  }
  */
  // Оновлення параметрів системи якщо прийшов час це зробити
  if(micros() - prevUpdateTime >= updateInterval){
    // Зчитування даних з пульта керування
    buttonService();
    // Оновлення
    update();
  }
  /*
  // Перехід на інший крок синусоїди якщо прийшов час це зробити
  if((micros() - currentStepTime >= stepLength)){
    stepService();
  */
  // Виведення даних на дисплей якщо прийшов час це зробити
  if(micros() - prevOutputTime >= outputInterval){
    output();
  }
  /*
  // Перехід на інший крок синусоїди якщо прийшов час це зробити
  if((micros() - currentStepTime >= stepLength)){
    stepService();
  }
  */
}

// Оновлення стану системи в залежності від часу і керуючих сигналів
void update(){
  // тут забеспечено плавну зміну частоти
  if(fChanging == true){
    digitalWrite(ledL, HIGH);
    if(f < fTarget){
      f = f + df;
    }
    else{
      f = f - df;
    }
    // Визначення довжини кроку синусоїди після зміни частоти
    stepLength = k * 1000000 / (f * stepsNum);
    // Зміна напруги пропорційно частоті
    amplitude = f * kU;
  }
  if(activated == false){
    amplitude = 0;
  }
  // Якщо досягнуто значення необхідної частоти, її зміна припиняється
  if(abs(f - fTarget) <= 2.0*df){
    fChanging = false;
    digitalWrite(ledL, LOW);
  }
  // Визначення часу наступного оновлення параметрів
  prevUpdateTime = micros();
}

// Обслуговування кнопок
void buttonService(){
  // Зупинка системи
  if(digitalRead(stopB) == LOW){
    stopSystem();
  }
  else{
    // Активація 
    if((activated == false) & (digitalRead(rightB) == LOW)){
      update();
      activated = true;
      fChanging = true;
    }
    else{
      // Зміна частоти
      if((activated == true) & (digitalRead(setB) == LOW)){
        if(f != fTarget){
          fChanging = true;
        }
      // Зчитування інших кнопок
        // Вгору
        if(digitalRead(upB) == LOW){
          up = true;
        }
        else{
          up = false;
        }
        // Вниз
        if(digitalRead(downB) == LOW){
          down = true;
        }
        else{
          down = false;
        }
        //Вправо
        if(digitalRead(rightB) == LOW){
          right = true;
        }
        else{
          right = false;
        }
        //Вліво
        if(digitalRead(leftB) == LOW){
          left = true;
        }
        else{
          left = false;
        }
        //Центр
        if(digitalRead(setB) == LOW){
          set = true;
        }
        else{
          set = false;
        }
        // Назад
        if(digitalRead(backB) == LOW){
          back = true;
        }
        else{
          back = false;
        }
      }
    }
  }
}

// Зупинка привода
void stopSystem(){      
  activated = false;
  fChanging = false;
  f = fMin;
}

// Зчитування необхідної частоти
void fTargetRead(){
  // Зчитування напруги потенціометра
  pData = analogRead(potPin);
  // Розрахунок частоти
  fTarget = (pData * Df + a1)/pMax;
}

// Виведення інйормації на дисплей
void output(){
  fTargetRead();
  lcd.setCursor(0,0);
  lcd.print("Set f=");
  lcd.setCursor(6,0);
  lcd.print(fTarget);
  lcd.print("  ");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("U=");
  lcd.print(map(amplitude, 0, 4086, 0, 380));
  lcd.print("  ");
  lcd.setCursor(6, 1);
  lcd.print("f=");
  lcd.print(f);
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print(message[mesNum]);
  prevOutputTime = micros();
}

// Оновлення стану керуючих виводів
void stepService(){
  // Завдання коефіцієнта заповнення ШІМ на даний часовий проміжок
  analogWrite(PWMa, Ua);
  analogWrite(PWMb, Ub);
  analogWrite(PWMc, Uc);
  // Перевірка на необхідність вмикання верхнього
  // чи нижнього транзистора фази А
  if((stepA > 1) & (stepA < (stepsNum - 1))){
    // Якщо HA має значення true, то вмикається верхній транзистор
    if(HA == true){
      digitalWrite(vt1, HIGH);
      digitalWrite(vt4, LOW);
    }
    // Інакше вмикається нижній
    else {
      digitalWrite(vt1, LOW);
      digitalWrite(vt4, HIGH);
    }
  }
  // В момент закінчення напівхвилі обидва транзистора закриті
  else{
    digitalWrite(vt1, LOW);
    digitalWrite(vt4, LOW);
  }
  // Аналогічно для фази В
  if((stepB > 1) & (stepB < (stepsNum - 1))){
    if(HB == true){
      digitalWrite(vt3, HIGH);
      digitalWrite(vt6, LOW);
    }
    else {
      digitalWrite(vt3, LOW);
      digitalWrite(vt6, HIGH);
    }
  }
  else{
    digitalWrite(vt3, LOW);
    digitalWrite(vt6, LOW);
  }
  // І для С
  if((stepC > 1) & (stepC < (stepsNum - 1))){
    if(HC == true){
      digitalWrite(vt5, HIGH);
      digitalWrite(vt2, LOW);
    }
    else {
      digitalWrite(vt5, LOW);
      digitalWrite(vt2, HIGH);
    }
  }
  else{
    digitalWrite(vt5, LOW);
    digitalWrite(vt2, LOW);
  }
  // Перехід на інший крок
  stepA++;
  stepB++;
  stepC++;
  // Обнулення лічильника кроків для забезпечення циклічності процесу
  if(stepA > stepsNum){
    stepA = 0;
    if(HA) HA = false;
    else HA = true;
  }
  if(stepB > stepsNum){
    stepB = 0;
    if(HB) HB = false;
    else HB = true;
  }
  if(stepC > stepsNum){
    stepC = 0;
    if(HC) HC = false;
    else HC = true;
  }
  // Розрахунок коефіцієнта заповнення для наступного кроку
  Ua = sinHalph[stepA] * amplitude;
  Ub = sinHalph[stepB] * amplitude;
  Uc = sinHalph[stepC] * amplitude;
  Timer3.start(stepLength);
  //currentStepTime += stepLength;
}

// Альтернатива функції map для роботи з дробовими числами
float mapFloat(float x, float in_min, float in_max, float out_min, float out_max){
  return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min;
}

//Розрахунок додаткових параметрів, необхідних в обчисленнях
void addParSetup(){
  Df = fMax-fMin;
  a1 = fMin*pMax;
  df = dfRate*updateInterval/1000000;
}