adult道具项目开发 - 模式

这个道具需要有几个模式，现在处于demo阶段，暂时想到4个模式：全深度抽插，半深度抽插，九浅一深，三长两短，

模式要如何实现呢。手机APP通过蓝牙来设置控制器的模式，控制器会解析这个模式的具体含义，将其翻译成步进电机的运动模式。

在我们这个道具中，步进电机上套有丝杆，单程全深度是8cm，步进电机转1圈丝杠前进8mm，完成整个单程需要10圈。

步进电机驱动器的细分数设置成2，所选的步进电机每收到1个脉冲转1.8度，360度需要200个脉冲，加上细分数为2，步进电机需要400个脉冲才能转1圈。

所以完成一个单程需要4000个脉冲。如果我们规定0.8s完成一个单程，那就是4000/0.8 = 5KHZ/S，平均频率是5KHZ。

步进电机的平均速度是10r/0.8s = 10*60r/0.8m= 750rpm，也就是750圈每分钟。

但是步进电机不可能在一上电就从平均速度开始转，而是从0开始加速到最高速度v，然后再需要转向或者停止时，从v减速到0。实际当中，步进电机不是从0起步，而是从启动速度开始起步，此处我们设置起步频率为1KHZ，步进电机起步速度为150rpm。

模式一　　-　　全深度

在此模式下，

丝杠先前进8cm，

丝杠再后退8cm，

循环做3次。

对应的步进电机，先正转10圈，再反转10圈，循环做3次。

我们设定丝杠前进8cm需要0.8s，也就是步进电机转10圈需要0.8s。那么在此模式下，完成一次抽插的动作是需要1.6s。

在上面，我们已经知道步进电机转10圈需要4000个脉冲，如果是0.8s完成，则平均频率是5KHZ，最低频率也就是启动频率是1KHZ，那么最高频率呢。

最高频率和加减速时间有关系。对步进电机采用梯形加速算法，相对S型简单一些。如下图所示。



因为加减速的时间是相等的，把0.8s分成0.3+0.2+0.3，也就是各自0.3的加速和减速时间，最高速度匀速运动的0.2s时间。

所以从梯形的特点我们可以得出，（F-1）K*(0.3+0.2) = 4K, F = 9。也就是最高频率是9KHZ。这就完了？后面会告诉此处计算公式是有误的。

我们先按照这个计算结果继续进行，现在最低频率是1KHZ, 最高频率是9KHZ。

要在0.3s的时间之内控制器输出频率是从1KHZ加速到9KHZ，对应步进电机的转速是从1KHZ/400 = 2.5RPS= 150RPM, 到9KHZ/400 = 22.5RPS = 1350RPM。

因为对于步进电机而言，速度和频率成倍数关系，V=AF。所以我们讨论速度的加减速，其实就是频率的加减速。控制器需要按照以下的计算结果控制脉冲的输出。

在加速过程中，一般的原则是低速可以加速时间短一点，高速需要加速时间长一点，高速的速度间隔尽量小。此处我们设置加速频率间隔为1KHZ，从1K加速到9K需要0.3s的时间。

1KHZ　　-　　0.03s；

2KHZ　　-　　0.03s；

3KHZ　　-　　0.03s；

4KHZ　　-　　0.03s；

5KHZ　　-　　0.04s；

6KHZ　　-　　0.04s；

7KHZ　　-　　0.05s；

8KHZ　　-　　0.05s；

9KHZ　　-　　0.2s。

从1K到8K的加起来的时间是0.3s，也就是0.3s后频率就是9KHZ。

然后再分别计算每个时间间隔内，在对应频率下，需要的脉冲个数：

1KHZ　　-　　30；

2KHZ　　-　　60；

3KHZ　　-　　90；

4KHZ　　-　　120；

5KHZ　　-　　200；

6KHZ　　-　　240；

7KHZ　　-　　350；

8KHZ　　-　　400；

9KHZ　　-　　1800。

那么0.8s内工作输出的脉冲个数是多少呢？（30+60+90+120+200+240+350+400）*2 + 1800 = 4780，乘以2是因为还有加速和减速时间是对等的。

奇怪为什么总共输出了4780个脉冲，我们只需要400个脉冲哎！！！问题在哪里。

仔细看上图，原来1KHZ下面还有空间咯，也就是说上面的公式（F-1）K*(0.3+0.2) = 4K，其实漏掉了这部分空间，（F-1）K*(0.3+0.2) + (1K * 0.6) + (F * 0.2) = 4K。

这样算下来最高频率就不是9K了。

那么我们按照最高频率是9KHZ算呢，总共的脉冲个数4780，丝杠实际上前进了4780/400 * 8mm = 95.6mm = 9.56cm。

我们重新修正公式（F-1）K*(0.3+0.2) + 1K * 0.8= 4K. 计算得到F = 7.4KHZ = 7400HZ。

加速曲线修正如下：

1K　　-　　30　　-　　0.03S

2K　　-　　80　　-　　0.04S

3K　　-　　90　　-　　0.03S

4K　　-　　160　　-　　0.04S

5K　　-　　250　　-　　0.05S

6K　　-　　300　　-　　0.05S

7K　　-　　350　　-　　0.05S

7.4K　　-　　1480　　-　　0.2S

总脉冲数 = （30+80+90+160+250+300+350）*2 + 1480 = 4000。

总时间 = 0.78s，这是单程的时间，往返的时间是0.78*2 = 1.56s。

模式二　　-　　半深度，

在此模式下，

丝杠先前进4cm，

丝杠再后退4cm，

循环做3次。

对应的步进电机，先正转5圈，再反转5圈，循环做3次。

在加速过程中，一般的原则是低速可以加速时间短一点，高速需要加速时间长一点，高速的速度间隔尽量小。

我们设定丝杠前进4cm需要0.6s，也就是步进电机转5圈需要0.6s。那么最低频率也就是启动频率是1KHZ，那么最高频率呢。

我们设定加速为0.2s，匀速为0.2s，减速为0.2s。

还是按照上面的公式：（F-1）K*(0.2+0.2) + 0.6 * 1K = 2K，得出F=4.5K。

1K　　-　　50　　-　　0.05s；

2K　　-　　100　　-　　0.05s；

3K　　-　　150　　-　　0.05s；

4K　　-　　200　　-　　0.05s；

4.5K　　-　　900　　-　　0.2s；

在0.6秒内总的脉冲个数是（500）*2+900 = 1900。丝杠实际前进了1900/400*8mm = 38mm = 3.8cm。

模式三　　-　　九浅一深

模式三可以由模式一和二组合起来生成，

丝杠先前进4cm，

丝杠再后退4cm，

循环做9次；

丝杠先前进8cm，

丝杠再后退8cm，

循环做1次。

将1-6的动作循环3次。

模式四　　-　　三长两短

模式三可以由模式一和二组合起来生成，

丝杠先前进8cm，

丝杠再后退8cm，

循环做3次；

丝杠先前进4cm，

丝杠再后退4cm，

循环做2次。

将1-6的动作循环3次。

以上所有模式里面都重复3次的意思是，该模式下的动作至少重复3遍。