dqxl1t0aqaave4 / act-photo Goto Github PK

Добавить формат вывода PACKET и переменную ввода PACKET.

Состав пакета на вывод: <0 ADC1 ADC2 CUR_ERR INT_ERR PWM OCR2>

Здесь 0 -- байт со значением 0, отвечающий за выравнивание пакетов в потоке байтов (для детектирования старта пакета).

Состав пакета на ввод: <KP KI KS>

Требуется для организации визуализации и управления #41.

Требуется разработать программу для упрощения подбора коэффициентов регулятора и просмотра отладочной информации, работая непосредственно с COM-портом.

Программа должна иметь графический интерфейс и удовлетворять требованиям:

1. Выбор COM-порта из списка доступных и его автоматическое конфигурирование.
2. Ввод коэффициентов регуляции, их пересчет и отправка на микроконтроллер. Получение ответа.
3. Вывод выбранных графиков, текущих значений выбранных параметров.

Для простоты ранее был предложен протокол общения с программой микроконтроллера (#33, #38), состоящий по большому счету из команд GET и SET. Поэтому с ним невозможно качественно реализовать независимые (параллельные) каналы передачи информации. Предлагается оставить все как есть для той же простоты. Переключение режимов вывода производить командой GET.

• Микроконтроллер
• Входной каскад
• Выходной каскад
• Интерфейсные выводы
  • RS-232
  • SPI
  • I2C

Ввиду наличия большого количества промахов при делении потока байтов на пакеты программой controller-gui, требуется дополнить пакет дополнительными данными.

Предлагается использовать контрольную сумму, расчет которой производить следующим образом:

checksum = delimiter ^ adc1 ^ (cerr & 0xff) ^ ocr2

Для уменьшения количества вычислений на микроконтроллере при подсчете контрольной суммы используются не все байты пакета.

Положить delimiter = 103, поскольку 0 является "не слишком нейтральным" -- часто встречается в данных и мешает определению начала пакета.

Обнаружены следующие ошибки в коде:

1. Некорректный метод safe_add.
2. Использование owrite и iread в пользовательском коде вместо transmit и receive.
3. Некорректная операция представления результата для ШИМ.

Задача -- исследовать код на наличие наиболее очевидных ошибок.

Распиновка и преобразование уровней.

Исчерпывающая схема с полной распиновкой.

Включая:

• Входные каскады
• Выходные каскады
• Усилители из корпусе
• Интерфейсы
• Обвеска всех чипов (микроконтроллер, драйвер RS232, корпус с усилителями)

Подведение итогов по аналоговой части.

При тестировании в реальных условиях обнаружилось, что имеется слабость в детектировании старта пакетов. Постоянно происходит срыв при приеме очередного пакета.

При необходимости придется менять протокол передачи данных, где разделитель пакетов, например, уже не будет константой, а будет, скажем, соответствовать номеру передаваемого пакета.

Обнаружена гонка по переменной iobuf_state.

Причина -- раздельные блокировки во входном и выходном буферах, построенные на управлении прерываниями RX_COMPLETE (для входного буфера) и DATA_REG_EMPTY (для выходного буфера).

Пути устранения:
а) Разделение переменной iobuf_state на ibuf_state и obuf_state.
б) Построение критической секции при помощи управления глобальными прерываниями.

Наиболее привлекателен первый путь, поскольку позволяет организовать максимально параллельную работу приемника и передатчика USART.

Инициализация была списана с даташита бездумно, а конкретно значение fosc. Это подтолкнуло к следующим изменениям.

Задача

• Реализовать возможность смены частоты fosc (макрос)
• Реализовать возможность смены Baud Rate (макрос)
• Установить формат фрейма: S-8-P-St, а не S-8-St.

Для обеспечения большей отказоустойчивости при передачи большого числа данных по интерфейсным портам отказаться от вложенных прерываний, заменив к тому же использование критических секций, построенных над конкретными типами прерываний, меньшими по размеру глобальными критическими секциями.

Распиновка и преобразование уровней.

Данные

ПИД-регулятор, Пропорциональный интегрально-дифференцирующий регулятор -- один из простейших статических регуляторов с обратной связью.

Его простейшая форма -- ПИ-регулятор -- представляется уравнением регулятора:

u[n+1] = K_p e[n] + K_p K_i T sum_(m=(n-M)..n) e[m]

где u[n+1] -- вычисленная величина следующего управляющего сигнала, e[n] -- текущая статическая ошибка регулирования, определяемая как разность e[n] = f[n] - f[n-1], f[n] -- обратная связь -- текущее значение управляемой величины, M -- "размер" памяти системы.

Коэффициенты K_p и K_i, а также M -- параметры ПИ-регулятора. В сумме они задают степень "инертности" регулятора, т.е. направленность регулирования в сторону большей чувствительности к мгновенным изменениям значения управляемой величины или в сторону большей чувствительности к общей тенденции изменения величины.

(За уточнением формулы и ее трактовки следует обратиться к ТАУ.)

Основная проблема программной реализации алгоритма заключается в отсутствии в ATmega8A аппаратной поддержки вычислений с плавающей точкой. Поддержка реализована посредством компилятора, а значит крайне не эффективна. В то время как операции с целыми числами выполняются за один такт, операции с плавающей точкой могут выполняться десятки тактов. Поэтому требуется реализовать алгоритм регулятора в целых числах.

При реализации алгоритма следует помнить о разрядности int, равной 16, а не 32 бит. Соответственно, диапазон значений int в ATmega8A есть -32768..0..+32767, что есть крайне мало. Для того, чтобы не наступило переполнение типа при суммировании, требуется ограничится достаточно малым M и достаточно малыми K_p, K_i.

Также следует понимать, что допускается понижение точности данных с 10-разрядного АЦП с целью увеличения возможного качества регулирования путем отбрасывания нескольких младших из 10 значимых разрядов получаемого кода (побитовый сдвиг вправо на s+1, что эквивалентно делению на 2^s).

Задача

Реализовать алгоритм ПИ-регулирования:

• Инициализация работы АЦП
• Чтение очередного отсчета сигнала с АЦП
• Вычисление очередного отсчета регулирующего сигнала
• Пересылка его в блок выработки ШИМ в требуемом масштабе ( #11 )
• Отладочный вывод текущего отсчета сигналов, ошибки регулирования, а также нового отсчета регулирующего сигнала в соответствии с выработанным протоколом передачи данных ( #10 )
• Применение введенных коэффициентов регулятора к расчетам, а также отладочный вывод сигнала об их успешном получении и применении ( #10 )

Требуется изменить имеющуюся функциональность для обеспечения записи в буфер массива данных и чтения из буфера массива данных указанной длины.

Пример:

bool receive(void *buf, byte n);
bool transmit(const void *buf, byte n);

byte buf[16];
bool success = receive((void *) buf, 16);
if (success) // input buffer actually contained 16 bytes

const char *buf = "Hello, World!!!!";
bool success = transmit((const void *) buf, 16);
if (success) // output buffer actually has at least 16 bytes free

Задача

Реализовать алгоритм последовательной подачи сигналов на ножки микроконтроллера с целью получения правильной осциллограммы с в данный момент действующей ножки и ни с каких других.

Идея -- поочередная десятисекундная подача ~0.1-10kHz на каждую ножку.

При разработке кода была надежда на то, что глобальные прерывания разрешаются автоматически. Но при тестировании выяснилось, что этого не происходит.

Необходимо разрешать прерывания самостоятельно.

Исправить в главном коде и в коде теста.

Все работы по части пайки и монтажа.

Требуется реализовать запросно-ответный механизм по принципу функционирования командной строки.

Программа должна отвечать человекочитаемыми строками на запросные команды. Пример:

> help
    hello! usage:
        > `help` print this help again
        > `get-adc` get the current values measured by ADC per channel
        > `get-reg` get register statuses
        > `set-coefs k1 k2 k3` set the current coefficients of the PID controller algorithm
> get-adc
    adc1=1235 adc2=562
> set-coefs 1 2 3
    was 1 4 2

Если команда пришла по SPI, ответ тоже должен уйти по SPI.

По реализации: необходимо добавить обработку команд, лежащих в кольцевых буферах, в цикл обработки сообщений.

Перенести общий код /tools в act-common.

• Вход фотодиода
• Первичный усилитель
• НЧ-фильтр (частота среза <= 50Гц (наводка сети))
• Вторичный усилитель (в диапазон АЦП: 0..2,56В или 0..5В)
• Вход опорного уровня

Снять направленность буферов только на USART. Распространить и обобщить.

Грубо говоря, USART API → IO API.

Были обнаружены серьезные ошибки при тестировании controller-gui с реальным прибором. Пока неизвестно, с чем это связано. Есть предположение, что проблема в коде под микроконтроллер, поскольку при тестировании controller-gui его работа сомнений и опасений не вызывала.

Вызывает сомнение участок кода, ответственный за формирование пакетов (ссылка):

byte packet[11] = {
   103,
   adc1,
   adc2,
   ((unsigned int) cur_err) >> 8, cur_err & 0xff,
   ((unsigned int) int_err) >> 8, int_err & 0xff,
   ((unsigned int) pwm) >> 8,     pwm     & 0xff,
   OCR2
};
packet[10] = packet[0] ^ packet[1] ^ packet[4] ^ packet[9];

Оно не было протестировано и отлажено. Есть подозрение на то, что проблема заключается в неявном приведении типов.

Также следует пересмотреть код USART API. Пересмотр войдет в другое давно заведенное #42.

Поскольку доступа к прибору больше нет (а регулятор все-таки был настроен вручную), было решено эту проблему не устранять.

В каждом README.md должно быть указано полное назначение проекта, его API, если он таковое предоставляет, инструкции по эксплуатации. Либо произведена отсылка к соответствующему разделу WIKI.

Реализовать примерное описание необходимых материалов для реализации платы, приложить схемы, результаты моделирования, дополнительные материалы.

Данные

Программно-управляемый обмен информацией необходим в целях:

1. Отладки (ATmega8A не имеет встроенных механизмов отладки)
2. Передачи команд на микроконтроллер, в частности команд установки коэффициентов ПИД-регулятора

Следует помнить, что USART -- низкоуровневый небуферизированный протокол, основанный на прерываниях. Поэтому необходима реализация входного и выходного буферов. Предлагается использовать циклические буферы.

Задача

• Инициализировать USART
  • Установить стандартные параметры: Baud Rate - 9600; Frame Format - S+8+1+St
• Реализовать циклические буферы ввода-вывода
  • Размер буфера должен задаваться
  • Необходима проверка на переполнение буфера
  • Размеры буферов на вход и на выход могут существенно разниться и зависят от объема и скорости передачи данных
  • Работа с буфером в прерываниях должна задействовать возможный минимум процессорного времени
• Определить бинарный протокол приема-передачи данных (команд)
  • Обеспечить ввод параметров регулятора
  • Обеспечить вывод входных и выходных параметров регулятора, сигнальный вывод

Реализовать переезд общих материалов в надрепозиторий. Включить его в данный в качестве субмодуля. Цель -- переиспользование материалов в других аналогичных проектах.

Еще раз пересмотреть код, осуществляющий управление. Произвести попытку упрощения этого кода.

Задача

• Сконфигурировать таймер Timer/Counter и Waveform Generator для генерации ШИМ частоты ~5kHz

Написание отчета по проделанной работе.

Требуется подставить уже имеющиеся кольцевые буферы под SPI и I2C. Для этого необходимо снаяала активировать сами эти интерфейсы и поставить их на прерывания.

Обмен по I2C скорее всего можно реализовать в slave-multicast-режиме, отправляя все данные на multicast-адрес, однако это требует уточнения, поэтому лучше завести соответствующий #define.

В ходе тестирования не было обнаружено ни одного случая потери передаваемых по USART данных. В силу этого формат команд и передаваемых данных можно серьезно упростить.

Требования:

1. Дружелюбность и простота интерфейса обмена данными
2. Командно-ориентированный подход

Предлагается следующий протокол обмена данными:

1. METHOD: 1 байт, SET (1) / GET (0).
2. VARIABLE ID: 8 байт, номер переменной.
3. VALUE: 1-2 байта, значение переменной (только при METHOD == SET).

Примеры: 1 7 65535, 1 0 255, 0 0.

При METHOD == GET приложение само решает, передавать ли значение переменной однократно или непрерывно.

При тестировании работы схемы был выявлен очень низкий уровень поступающего на АЦП сигнала (первый входной канал (PC0/ADC0/23-pin)). Необходимо разобраться в причине.

Дополнительные данные

1. Предполагалось, что на выходе преобразователя напряжение-ток (цепь Diode-→R1→R2→TL084 Out, Diode-→TL084 In-, GND→TL084 In+) будет наблюдаться потенциал ~1V, а на АЦП он будет поступать усиленный в ~2..3 раза.

2. На данный момент имеется следующий вариант платы, соответствующий разводке 9e05c59.

• Обработка входных сигналов с АЦП
• Выработка ШИМ-сигнала управления светодиодом
• Управление интерфейсным вводом-выводом

Распиновка и преобразование уровней.

Требуется произвести переход от библиотеки C++ DLIB к библиотеке C CLIB.

Соответствующее даташитам на светодиод масштабирование выхода микроконтроллера.

Поскольку коэффициенты в виде степени двойки крайне грубо позволяют задать коэффициенты регуляции, следует предоставить возможность установки коэффициентов регуляции более точно.

Из-за отсутствия в микроконтроллере поддержки чисел с плавающей точкой следует найти компромиссное решение, позволяющее быстро получать требуемый результат.

В качестве такого решения предлагается передавать два числа, M и d, и учитывать их следующим образом: R = (S * M) >> d, где S -- исходный масштабируемый сигнал, R -- результат масштабирования. Относительная точность такого подхода будет достаточно велика.

а) Линии на графиках слишком тонкие.
б) Динамически изменяемые пределы рисования вредят качественному отображению.

Описать структуру и назначение репозитория в readme.md.