AlphaBot: Hardware Support Package für MATLAB

Abb. 1: MATLAB^® als serieller Monitor

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

Inhalt

• Nutzung von MATLAB^® als seriellen Monitor.
• Inbetriebnahme des AlphaBot
• Einbindung der Bibliotheken für den AlphaBot
• Auslesen eine Potentiometers
• Ansteuern einer RGB-LED
• 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.

Versuchsvorbereitung

• Das MATLAB Support Package für Arduino Hardware muss unter MATLAB installiert werden
  • Starten Sie MATLAB
  • Wählen Sie unter Add-Ons das Get Hardware Support Packages aus.
  • Installieren Sie das MATLAB Support Package für Arduino Hardware.
• Verbinden Sie Arduino und PC via USB.
• Bringen Sie mit dem Geräte-Manager den COM-Port des Arduino in Erfahrung.
• Testen Sie die Verbindung mit >> h = arduino('COM5','Uno') für Ihren COM-Port.

Versuchsdurchführung

Aufgabe 2.1: MATLAB^® als serieller Monitor

1. Nutzen Sie MATLAB^® um die Messdaten direkt (live) darzustellen.
2. Verbinden Sie den Arduino mit dem PC via USB.
3. Greifen Sie hierzu auf die serielle Schnittstelle zu.
4. Stellen Sie sicher, das die Multisensorerweiterung auf dem Alphabot steckt.
5. Drehen Sie, während der Messung am Potentiometer und Visualisieren Sie die Spannung über der Zeit an A0.

Nützlich MATLAB^®-Befehle: arduino, tic, toc, readVoltage, plot, xlabel, ylabel, legend

Arbeitsergebnisse in SVN: lesePoti.m

Musterlösung 

clear all; close all; clc; % Initialisierung
disp('Verbindung wird hergestellt...')
hArduino = arduino('COM5','Uno') % Arduino Objekt erzeugen
figure % Grafik vorbereiten
h = plot(0,0)
tic % Timer starten
for i=1:100
    Spannung(i)= readVoltage(hArduino,'A0'); % Spannung messen
    Zeit(i)    = toc;                        % Zeit messen
    set(h,'XData',Zeit,'YData',Spannung);        % Werte live anzeigen
    pause(0.1) % in s
end
clear hArduino

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Aufgabe 2.2: Inbetriebnahme des AlphaBot

1. Arbeiten Sie sich anhand des Wiki-Artikels in den AlphaBot ein. Beachten Sie besonders die Ausrichtung der Akkus. ACHTUNG BRANDGEFAHR!
2. Binden Sie die AlphaBot Bibliothek nach Anleitung in die Arduino IDE ein.
3. Machen Sie sich mit der Multisensorerweiterung vertraut.
4. Lesen Sie den Taster des Joysticks ein (A4).
5. Zeigen Sie den Spannungswert über der Zeit während der Messung an.
6. Lesen Sie das Potentiometer ein (A4).
7. Bei Tasterdruck ertönt der Summer an D11.
8. regeln Sie mit dem Potentiometers die Lautstärke des Summers.

Arbeitsergebnisse: leseJoystick.m

Tipp 1 

• Messen Sie den Arbeitsbereich des Potis aus.
• Skalieren Sie die Poti-Werte auf die Lautstärke.
• Nützliche Befehle: aduino, figure, plot, xlabel, ylabel, tic, toc, readVoltage, set, if..else, playTone

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Aufgabe 2.3: AlphaBot Ultraschall

1. Machen Sie sich mit dem Demo E05_Ultraschall_Entfernungsmessung.ino vertraut, so dass Sie jede Zeile erläutern können.
2. Kopieren Sie das Beispiel in Ihren Ordner und erweitern Sie es.
3. Lesen Sie die Messwerte des Ultraschallsensors aus.
4. Stellen Sie den Wert des Ultraschallsensors in MATLAB^® live dar.

Lernzielkontrollfragen:

• An welchen Pins sind Trigger und Echo angeschlossen? Wie lässt sich das anpassen?

Arbeitsergebnisse in SVN: messeUltraschall.ino, zeigeUltraschall.m

Tipp 1  Nutzen Sie das Demo E05 sowie Ihre Skripte seriellerMonitor.m und leseArduinoDaten.m. Hilfreiche Links:

SVN: E05_Ultraschall_Entfernungsmessung

Beachten Sie bitte die Jumper A-G. Dieser verbinden die Sensoren und Aktoren mit dem Arduino. Die Multisensorerweiterung nutzt ggf. dieselben IO-Anschlüsse. Für diese Aufgabe können Sie bei Doppeltbelegung die Multisensorerweiterung abziehen und vorsichtig zur Seite legen. Wenn der serielle Monitor offen ist, kann der Arduino Uno nicht mit der Arduino IDE 2.0.4 programmiert werden. Schließen Sie zum Hochladen den Monitor.

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Aufgabe 2.4: Glättung der Ultraschallmessung

1. Nutzen Sie Ihre Ergebnisse aus Aufgabe 2.3, um die Messwerte in Echtzeit zu glätten.
2. Vergleichen Sie die Ergebnisse des Tiefpasses mit denen des gleitenden Mittelwertfilters in einem Plot mit Achsenbeschriftung und Legende.

Arbeitsergebnisse in SVN: messeUltraschall.ino, filtereUltraschall.m

Lernzielkontrollfragen:

1. Wurde das Signalrauschen geglättet?
2. Ist das gefilterte Signal verzögert?
3. Welchen Einfluss haben die Filterparameter?
4. Wie verhalten sich die gefilterten Signal bei Ausreißern?

Tipp 1  Nutzen Sie Ihre Funktionen GleitendesMittelwertFilter.m und TiefpassFilter.m.

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Aufgabe 2.5: 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

Demos

• SVN: DemoDebug2MATLAB
• SVN: E05_Ultraschall_Entfernungsmessung
• SVN: E23_RGB_LED
• SVN: E34_lesePoti

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