Progettazione e realizzazione di una base robotica bilanciante su ...

6.2. Acquisizione dei segnali 65Per l’acquisizione dei segnali viene sfruttato uno dei due convertitori analogico/digitaleintegrati nel microcontrollore, configurati in modo da eseguireil campionamento con il tempo di sample più lungo possibile (i segnali inoggetto non variano rapidamente, ma sono affetti da rumore) e da effettuarecontinuamente la scansione ciclica dei canali utilizzati.Viene inoltre adoperato un canale DMA per effettuare il trasferimento delvalore letto in una determinata area di memoria: ogni volta che il ciclo diconversione di tutti i canali viene terminato, un interrupt segnala al controllerDMA che i dati sono disponibili per essere copiati nelle relative variabili,senza interrompere l’esecuzione del programma.Per ridurre ulteriormente il rumore della misura viene utilizzata la tecnicadell’oversampling: è possibile aumentare la risoluzione di un convertitoreanalogico/digitale, a scapito della frequenza di conversione, mediandoN = 2 2n letture. Il numero n di bit guadagnati è quindi pari a:n = log 2(N)2(6.1)I dati convertiti dall’ADC vengono quindi salvati in una struttura di array,che vengono scritte direttamente dal controller DMA: è infatti possibile configurarel’ADC ed il canale DMA utilizzato per il tasferimento dei dati inmaniera da eseguire N conversioni per K canali e quindi copiare in bloccoi valori acquisiti in una struttura composta da K array di N celle ciascuno.Quando un componente del programma richiede il dato letto da un canaledell’ADC, una funzione apposita restituisce la media degli N campionipresenti nell’array relativo a quel canale.I valori ricavati dall’acquisizione delle misure rese disponibili dall’accelerometroe dal giroscopio vengono utilizzati per stimare l’angolo del robotrispetto alla verticale mediante un filtro di Kalman (per la descrizione delfunzionamento del filtro si rimanda alla Sezione 3.2.1).Il codice che sintetizza il filtro di Kalman è stato ottimizzato manualmenteal fine di permetterne l’esecuzione da parte del microcontrollore in tempicompatibili con il periodo del ciclo di controllo. In particolare le operazionitra matrici sono state sviluppate in maniera da ridursi a cinque moltiplicazioninella funzione di predict, mentre la routine che esegue l’update, incui si effettuano trasposizioni e inversioni di matrici, è svolta mediante novemoltiplicazioni e due divisioni. Le operazioni di predict e di update del filtrovengono invocate all’interno del ciclo a 100 Hz e i valori di angolo e velocitàangolare stimati vengono salvati nella struttura Config (6.1).