小贱钟实现过程

[MregXN]

小贱钟实现过程

前言

手头上没有arduino，只有一块已经陪伴了5年的32开发板，就索性从头移植一遍Plotclock，同时为了再熟练熟练（装逼），这个项目将会不辞辛苦地跑在freertos上....

程序在这： https://github.com/MregXN/PlotClock

材料准备

• 9g舵机 * 3
• DS1032 时钟模块
• 小贱钟亚克力机架
• STM32F103RC
• 杜邦线若干

正文

首先到手的器件是DS1302,用于给小贱钟获取当前时间。这一模块并非必须，同样有许多其他的方法获取当前时间，如连接wifi获取网络时间or设置RTC让板子自己数秒等等，具体方案还是按照各自的情况自己挑选吧。

DS1302除了复位外有两根通信线，但它的通信协议并非传统的I2C，好在网上的参考资料和手册还是比较充分，一顿砍瓜切菜就先把时间打印出来了。

之后到手的是SG90舵机，这是一款学生党们应该都再熟悉不过的舵机，操作简易价格不高，常用于小车上挥挥旗子or机械臂上动动手指。红、褐、橙三根线分别接5V、GND以及PWM信号。小贱钟需要左臂、右臂、抬臂三个舵机，学习板上的供电口不够用，所以就焊了一块转接板用于统一供电。。

焊工实在是惭愧..还另外搞坏了一块洞洞板才弄出来。

驱动舵机时需要注意：plotclock并不是只有抬和放两个动作，一笔一划都需要精确到角度，这就要求你对你自己所提供的PWM信号的占空比有充分的心里B数。

舵机所需要的PWM信号周期需要在20ms左右，当高电平在0.5ms时转0度，1ms时转45度，1.5ms时转90度，2ms时转135度。2.5ms时转180度。当然以上只是网上查到的理论值，不同的舵机所需要给的信号不尽相同，这就是需要我们这些调参员的地方啦。

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; 
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; 
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; 
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  
TIM_TimeBaseInit(TIM8, &TIM_TimeBaseStructure); 

要输出连续周期为20ms（频率为50hz）的信号，就需要用到定时器初始化里的arr和psc了。
arr为计数值，psc为分频值。将所挂时钟分频psc倍以后开始计数，计数到arr时为一个周期，因此要产生一个50hz的信号就几乎有无数种组合方式。

我使用的TIM8，挂载的是72M的高速时钟（具体的值还需要自己去翻阅手册 。因此我决定将72M分频2K倍获得36K的时钟，计数装载值为720，那么记满720时所用时间恰好就是20ms。

TIM8_PWM_Init(719,1999);

利用TIM_SetCompareX更改每个通道的占空比,当然以下的也只是算出来的理论值，具体的还是得微调一下。

TIM_SetCompare1(TIM8,702);  //0
TIM_SetCompare1(TIM8,684);  //45
TIM_SetCompare1(TIM8,666);  //90
TIM_SetCompare1(TIM8,648);  //135
TIM_SetCompare1(TIM8,630);  //180

在驯服了舵机之后就可以尝试组装机架，把舵机装上去上机调试啦。全部机架在淘宝上卖30~40吧，具体链接我就不发了，有条件的plotclock也有公布PDF，3D打印一下应该会便宜更多。

注意装好舵机之后先别急着所有装上手臂和马克笔，不然很有可能因为相互碰撞or代码bug把器件撞断，所以先装一节，等把所有参数都调稳了再继续装吧。

然后就要开始调舵机了。

在PlotClock的demo中使用arduino自带的库来驱动舵机，具体的使用方法我没去细究。但是我知道直接使用占空比作为参数来调舵机绝壁不行，想要能够让demo其他的部分具有参考性，必须将舵机驱动封装成以移动角度为参数。

在write.h 中用以下三个参数来表示每个舵机在0度时，90度时和180度时所需要的占空比数值。

#define LEFTHAND_0 655
#define LEFTHAND_90 692
//#define LEFTHAND_180 720

//#define RIGHTHAND_0 630
#define RIGHTHAND_90 658.5
#define RIGHTHAND_180 695

//#define LIFTHAND_0 630
#define LIFTHAND_90 670
#define LIFTHAND_135 688

这几个参数需要各位小伙伴利用TIM_SetCompareX（）函数自己去调整，左臂平行面板时为0度，垂直面板时为90度。右臂平行面板时为180度，垂直面板时为90度。

注意！！

9g舵机是180度舵机， 但是左臂在书写过程中是需要转到负角度的！！右臂也是需要转到180度以上的！！ 所以安装的时候一定要各预留空间！！（这也是我为什么注释掉了左臂的180度和右臂的0度，因为压根转不到！！）

在校准完成以后，就可以利用以下三个函数，以角度为参数去控制舵机啦

void leftHand_Rotate(float angle);
void rightHand_Rotate(float angle);
void liftHand_Rotate(float angle);

PlotClock源码中关于写字、擦除等动作都是建立在坐标轴的基础之上的，面板左下角为原点，横轴为X轴，纵轴为Y轴。 这就需要我们将左右臂的旋转角度转换成笔尖的坐标。代码中已经将需要测量的值（如左右臂的长度、面板长宽、舵机轴心位置等）define好了，不需要再改动。

然而问题是PlotClock源码中是用时间驱动舵机（？？？），时间跟坐标的转换我也看不太懂。就索性做了一下午的三角函数题并把它变成了代码....

剩下的部分按照PlotClock里的操作照猫画虎就好啦。最后画出来大致是这个吊样：

其实还有一些问题么得解决：

1. 舵机的旋转角度和占空比好像并不线性...我取了两个点，其余都是按照这两个点数值算出来的 - -导致横和竖画出来都是歪的

2. 面板左侧比面板右侧写得难看得多，左臂的舵机可能在某些角度旋转比较不灵敏..所以我就手动把时的字体放大了勉强和右侧的分保持对称...

3. FreeRTOS真的是吃力不讨好，以后这种就几个函数的小系统就老老实实的while(1)里面就好了，移植了有几次FreeRTOS了发现小系统完全没有必要，任务运转的不流畅就体现的十分明显了。

OK，大致就是这样啦

致谢

工程参考了大量的开源代码，是你们的开源精神给了我们装逼的机会！在此感谢：

• Plotclock原作者： Johannes Heberlein
• Plotclock的demo ： https://github.com/9a/plotclock
• 正点原子论坛 ：http://www.openedv.com