AlphaBot: Servo mit MATLAB ansteuern

Abb. 1: Ultraschall zur Objekterkennung

Autor:	Prof. Dr.-Ing. Schneider
Modul:	Praxismodul II, MTR-B-2-2.11
Lehrveranstaltung:	Mechatronik, Informatik Praktikum 2, 2. Semester

Inhalt

• Nutzung von MATLAB^® zur Kommunikation mit dem AlphaBot.
• Ansteuerung des Servomotors
• Statische und dynamische Messung mit dem Ultraschallsensor
• Anwendung rekursiver Filter auf Echtzeitdaten

Lernziele

Nach Durchführung dieser Lektion können Sie

• Debug-Daten speichern und via MATLAB^® visualisieren.
• direkt MATLAB^® als seriellen Monitor nutzen.
• den AlphaBot sicher in Betrieb nehmen, das Potentiometer auslesen und eine RGB-LED ansteuern.
• Entfernungen mit dem Ultraschall-Sensor messen.
• Messwerte in Echtzeit filtern.

Versuchsdurchführung

Aufgabe 3.1: Ultraschall als Umfeldscanner

1. Voreinstellungen am AlphaBot: Entfernen Sie am AlphaBot am F-Port die Brücke D11 & D12.
2. Machen Sie sich mit dem Demo Rotate a servo motor vertraut, so dass Sie jede Zeile erläutern können.
3. Steuern Sie den Servo schrittweise von 0°..180° an und fahren Sie schrittweise zurück auf 0°.
4. Messen Sie pro 5 ° die Ultraschallentfernung.
5. Filtern Sie die Ultraschallentfernung mit dem vielversprechendsten Filter aus Aufgabe 2.4.
6. Nutzen Sie MATLAB^® um die Messdaten direkt (live) darzustellen.
7. Rechnen Sie die Polarkoordinaten (fWinkel, fEntfernung) in kartesische Koordinaten (x, y) um.
8. Stellen Sie die Messpunkte zyklisch dar (vgl. Abb. 1).

Lernzielkontrollfragen:

• An welchen Arduino-Pins ist der Servo (S1) angeschlossen?

Arbeitsergebnisse in SVN: UltraschallScanner.m

Tipp 1  Umrechnung der Koordinaten polar→kartesisch:
$x=r\cdot cos(\alpha )$
$y=r\cdot sin(\alpha )$

Musterlösung 

close all; clc; % Initialisierung
fMinPulsDauer = 0.5e-3; % 0,5 ms für SG-90 Linksanschlag -90°
fMaxPulsDauer = 2.5e-3; % 2,5 ms für SG-90 Rechtsanschlag +90°
if ~exist('hArduino') % Besteht die Verbindung zum Arduino bereits?
    hArduino     = arduino('COM5','Uno','Libraries',{'Ultrasonic','Servo'}); % Arduino Objekt erzeugen
    hUltraschall = ultrasonic(hArduino,'D11','D12','OutputFormat','double')
    hServo       = servo(hArduino, 'D9', 'MinPulseDuration', fMinPulsDauer , 'MaxPulseDuration', fMaxPulsDauer);
else
    clear x y % Darstellung löschen
end
%% Variablen initialisieren
Winkel = 0; % Winkel in deg
j=0;
%% Ergebnisdarstellung vorbereiten
figure;
hold on
hPlot = plot(0,0,'r.');
xlabel('x in cm')
ylabel('y in cm')
%% Messung
while 1 % Endlosschleife
    writePosition(hServo, Winkel/180);           % Servo drehen
    Distanz = inf;
    while isinf(Distanz)
        pause(0.5)                               % Zeit zum Drehung/Messen
        Distanz = readDistance(hUltraschall)*100 % Messung in cm
    end
    j=j+1;
    x(j) = Distanz*cosd(Winkel);                 % Umrechnung in kartesische Koordinaten
    y(j) = Distanz*sind(Winkel);
    set(hPlot,'XData',x,'YData',y);              % Darstellung

    if Winkel <=0                                % Drehrichtung anpassen
        nInkrement = 5;
    elseif Winkel >=180
        nInkrement = -5;
    end
    Winkel = Winkel + nInkrement                 % Winkel errechnen
end

Aufgabe 3.2: Nachhaltige Doku

Sichern Sie alle Ergebnisse mit beschreibendem Text (message) in SVN.

• Halten Sie die Regeln für den Umgang mit SVN ein.
• Halten Sie die Programmierrichtlinie für C und die Programmierrichtlinien für MATLAB^® ein.
• Versehen Sie jedes Programm mit einem Header (Header Beispiel für MATLAB, Header Beispiel für C).
• Kommentiere Sie den Quelltext umfangreich.

Arbeitsergebnis in SVN: SVN Log

Tutorials

• Erste Schritte mit dem AlphaBot
• Erste Schritte mit der Arduino IDE
• HSHL-Wiki: Ultraschallsensor HC-SR04
• HSHL-Wiki: Servomotor SG90
• HSHL-Wiki: Übersicht der AlphaBot Steckbrücken
• HSHL-Wiki: AlphaBot Multisensorerweiterung
• HSHL-Wiki: Übersicht des AlphaBot Uno Plus

Ausblick zur nächsten Lektion

In der nächsten Lektion werden die Antriebsmotoren des AlphaBot angesteuert und die Inkrementalgeber ausgelesen.

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