MATLAB+Arduino控制小车直行+转向

1 硬件

两轮车+arduino板子

硬件连接

注意：电机连线。

这个小车的电机电流小，可以用arduino板子直接驱动，如果是大电流的，需要你自带电池，供电用用你的电池（如移动电源），控制信号，PWM接arduino的pwm口。

端口分配：

D10: 左轮 PWM

D11：右轮PWM

2 servo信号校正

按理0.5V应该是电机停止命令，但我的小车不标准。

用资源管理器调整

左右轮的零点分别你是0.55 和0.51. 所以发中位时，需要用实际的0点值。

其次：两个电机的方向还需要注意。如 左轮为顺时针，右轮为逆时针。

|----|--------|--------|
| 轮 | 顺时针 | 逆时针 |
| 左轮 | >0.55 | <0.55 |
| 右轮 | <0.51 | >0.51 |

在 MATLAB 中控制 Arduino 板的伺服电机（Servo Motor）是通过 MATLAB 的 Arduino 支持包实现的。

控制原理

1. 伺服电机：

   • 伺服电机是一种可以精确控制角度的电机，通常角度范围为 0° 到 180°。

   • 通过 PWM（脉宽调制）信号控制伺服电机的位置，PWM 信号的占空比决定了电机的角度。

2. Arduino 控制伺服电机：

   • Arduino 通过数字引脚输出 PWM 信号来控制伺服电机。

   • MATLAB 通过 Arduino 支持包与 Arduino 通信，发送控制命令。

3. MATLAB 控制原理：

   • MATLAB 通过串口与 Arduino 通信，发送指令来控制伺服电机。

   • MATLAB 的 servo 函数封装了底层 PWM 信号生成的细节，用户只需指定角度即可。

MATLAB 函数

以下是 MATLAB 中用于控制伺服电机的主要函数：

1. servo：

   • 创建一个伺服电机对象。

   • 语法：s = servo(a, pin)

     • a：Arduino 对象。

     • pin：伺服电机连接的引脚（例如 'D9'）。

2. writePosition：

   • 设置伺服电机的位置（角度）。

   • 语法：writePosition(s, position)

     • s：伺服电机对象。

     • position：目标位置，范围为 [0, 1]，对应 0° 到 180°。

3. readPosition：

   • 读取伺服电机的当前位置。

   • 语法：position = readPosition(s)

     • s：伺服电机对象。

     • position：当前位置，范围为 [0, 1]。

4. clear：

   • 清理伺服电机对象。

   • 语法：clear s

   % MATLAB 代码：控制伺服电机

   % 创建 Arduino 对象
   a = arduino('COM3', 'Uno'); % 根据实际情况修改 COM 端口

   % 创建伺服电机对象
   s = servo(a, 'D9'); % 伺服电机连接到 D9

   % 主循环
   disp('控制伺服电机：');
   disp('输入角度（0-180），或输入 q 退出');

   try
   while true
   % 获取用户输入
   command = input('请输入角度（0-180）：', 's');

        % 退出条件
        if strcmpi(command, 'q')
            break;
        end
   
        % 将输入转换为角度
        angle = str2double(command);
        if isnan(angle) || angle < 0 || angle > 180
            disp('无效输入，请输入 0-180 之间的角度');
            continue;
        end
   
        % 设置伺服电机位置
        position = angle / 180; % 将角度转换为 [0, 1] 范围
        writePosition(s, position);
   
        % 读取当前角度
        currentPosition = readPosition(s);
        currentAngle = currentPosition * 180;
        fprintf('当前角度：%.1f°\n', currentAngle);
    end

   catch
   % 清理
   clear s;
   clear a;
   disp('程序结束');
   end

3 小车行走控制代码

用键盘来选择前进后退。

由于两个轮子是相对安装的，给同一个增量值时，它们的转向是反向的。因此，我们需要在代码中对左右电机的增量值进行反向处理。

具体代码如下：

% MATLAB 代码：控制小车行驶
clear
% 创建 Arduino 对象
a = arduino('COM5', 'Uno'); % 根据实际情况修改 COM 端口

% 定义电机零转速
leftMotorZero = 0.55; % 左电机零转速
rightMotorZero = 0.51; % 右电机零转速

% 创建伺服电机对象（用于生成 PWM 信号）
leftMotor = servo(a, 'D10'); % 左电机连接到 D10
rightMotor = servo(a, 'D11'); % 右电机连接到 D11

% 初始化电机速度
writePosition(leftMotor, leftMotorZero); % 左电机停止
writePosition(rightMotor, rightMotorZero); % 右电机停止

% 主循环
disp('控制小车行驶：');
disp('1 - 前进');
disp('2 - 后退');
disp('3 - 左转');
disp('4 - 右转');
disp('0 - 停止');
disp('q - 退出');

try
    while true
        % 获取用户输入
        command = input('请输入命令：', 's');

        % 根据命令控制小车
        switch command
            case '1' % 前进
                % 左电机正转，右电机正转（增量值反向）
                writePosition(leftMotor, leftMotorZero + 0.1); % 左电机正转
                writePosition(rightMotor, rightMotorZero - 0.1); % 右电机正转
                disp('小车前进');

            case '2' % 后退
                % 左电机反转，右电机反转（增量值反向）
                writePosition(leftMotor, leftMotorZero - 0.1); % 左电机反转
                writePosition(rightMotor, rightMotorZero + 0.1); % 右电机反转
                disp('小车后退');

            case '3' % 左转
                % 左电机反转，右电机正转（增量值反向）
                writePosition(leftMotor, leftMotorZero - 0.1); % 左电机反转
                writePosition(rightMotor, rightMotorZero - 0.1); % 右电机正转
                disp('小车左转');

            case '4' % 右转
                % 左电机正转，右电机反转（增量值反向）
                writePosition(leftMotor, leftMotorZero + 0.1); % 左电机正转
                writePosition(rightMotor, rightMotorZero + 0.1); % 右电机反转
                disp('小车右转');

            case '0' % 停止
                writePosition(leftMotor, leftMotorZero); % 左电机停止
                writePosition(rightMotor, rightMotorZero); % 右电机停止
                disp('小车停止');

            case 'q' % 退出
                break;

            otherwise
                disp('无效命令');
        end
    end
catch
    % 清理
    writePosition(leftMotor, leftMotorZero); % 左电机停止
    writePosition(rightMotor, rightMotorZero); % 右电机停止
    clear leftMotor rightMotor a;
    disp('程序结束');
end

结果

能按照要求做基本的控制，只是没有做运动学关系的控制，因为我的小车没有速度反馈。

把小车立起来调试，结果表明可以实现小车前进后退和转向控制。实际使用时，可以在电机输出部分做一个斜坡，避免速度突变。