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Version vom 18. April 2025, 08:18 Uhr

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

Voreinstellungen am AlphaBot: Entfernen Sie am AlphaBot am F-Port die Brücke D11 & D12.
Machen Sie sich mit dem Demo Rotate a servo motor vertraut, so dass Sie jede Zeile erläutern können.
Kopieren Sie das Beispiel in Ihren Ordner und erweitern Sie es.
Steuern Sie den Servo schrittweise von 0°..180° an und fahren Sie schrittweise zurück auf 0°.
Messen Sie pro 5 ° die Ultraschallentfernung.
Filtern Sie die Ultraschallentfernung mit dem vielversprechendsten Filter aus Aufgabe 2.4.
Nutzen Sie MATLAB^® um die Messdaten direkt (live) darzustellen.
Rechnen Sie die Polarkoordinaten (fWinkel, fEntfernung) in kartesische Koordinaten (x, y) um.
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 c o s (α)

y = r \cdot s i n (α)

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

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

Demos

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@@ Zeile 44: / Zeile 44: @@
 '''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>UltraschallScanner.m</code>
-<!--
-{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
-| <strong>Tipp 1&thinsp;</strong>
-|-
-| Nutzen Sie das Demo [https://svn.hshl.de/svn/Informatikpraktikum_1/trunk/AlphaBot/ArduinoLibOrdner/AlphaBot/examples/E25_Servo_Sweep SVN: E25_Servo_Sweep].
-|}
--->
 {| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
 | <strong>Tipp 1&thinsp;</strong>
@@ Zeile 56: / Zeile 50: @@
 |Umrechnung der Koordinaten polar→kartesisch:<br> <math> x = r\cdot cos(\alpha)</math> <br><math> y = r\cdot sin(\alpha)</math>
 |}
-----
-<!--
-=== Aufgabe 3.1: Servo ansteuern ===
-In dieser Aufgabe soll der Ultraschallkopf mittles Servomotor und Potentiometer geschwenkt werden und die Messwerte des Ultraschall-Sensors übergeben werden.
-# Voreinstellungen am AlphaBot nicht alle Sensoren funktionieren [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/AlphaBot_Sensorbr%C3%BCcken#Sensor_Pinbelegung_Kolisionsliste gleichzeitig], da sie den gleichen Arduino Pin benutzen. Entfernen Sie bitte dazu am AlphaBot einzelne gelbe Brücken.  Am F-Port die Brücke D10 und das Dual-Mode Bluetooth Modul auf dem Sensor-Shield.
-# Aktualisieren Sie die Arduino Bibliothek.
-# Machen Sie sich mit dem Demo <code>E24_Servo_Poti</code> vertraut, so dass Sie jede Zeile erläutern können.
-# Kopieren Sie das Beispiel in Ihren Ordner und erweitern Sie es.
-# Lesen Sie die Stellung des Potentiometers aus.
-# Steuern Sie den Servomotor mit dem Potentiometer an. Nutzen Sie hierzu den <code>map</code>-Befehl.
-# 0% ist ganz links und 100% ganz rechts.
-# Lagern Sie die Ansteuerung in eine Funktion <code>dreheUltraschall(Wert)</code> aus.
-# Nutzen Sie MATLAB<sup>®</sup> um die Messdaten direkt (live) darzustellen.
-Übertragen Sie folgende Parameter:
-* <code>fZeit</code>: Zeit
-* <code>fEntfernung</code>: Entfernung in cm
-* <code>fWinkel</code>: Winkel des Servo-Motors in deg
-'''Hardwarevorbereitung:'''
-Die Multisensorerweiterung verursacht gelegentlich Probleme. Nutzen Sie für den Ultraschallsensor ggf. andere Digital-IO (z.&thinsp;B. <code>D7, D8</code>).
-'''Lernzielkontrollfragen:'''
-* Wie funktioniert ein Potentiometer (Poti)?
-* An welchem Arduino-Pins ist das Poti angeschlossen? Welche Spannungsversorgung hat das Poti? Welchen Widerstand hat das Poti?
-* Welche theoretischen Werte liefert das Potentiometer an A0? Welche Werte messen Sie praktisch? Nutzen sie die realen minimal und Maximalwerte in Ihrem Quelltext.
-* An welchem Arduino-Pins ist der Servo angeschlossen?
-'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>dreheServoMotor.ino</code>, <code>zeigeUltraschallMesswerte.m</code>
-{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
-| <strong>Tipp 1&thinsp;</strong>
-|-
-| Nutzen Sie das Demo [https://svn.hshl.de/svn/Informatikpraktikum_1/trunk/AlphaBot/ArduinoLibOrdner/AlphaBot/examples/E24_Servo_Poti SVN: E24_Servo_Poti].
-|-
-| Sie können den Potentiometerwinkel mit <code>read()</code> auslesen.
-|-
-| Je nachdem, ob Akkus eingelegt sind oder nicht, hat das Poti leicht andere Werte.
-|-
-| Die Multisensorerweiterung verursacht gelegentlich Probleme. Nutzen Sie für den Ultraschallsensor ggf. andere Digital-IO (z.&thinsp;B. <code>D7, D8</code>).
-|-
-| Den Schaltplan für die Multisensorerweiterung finden Sie [[Medium:Accessory-Shield-Schematic.pdf|hier]].
-|}
-{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
-| <strong>Tipp 2&thinsp;</strong>
-|-
-| Ergebnisplot:<br>[[Datei:Inf2P_4_1.jpg|left|350px|Abb. 4: Ergebnisdarstellung CNTL vs. CNTR]]<br> Abb. 2: Entfernung und Winkel über der Zeit
-|}
-----
-----
-=== Aufgabe 3.3: Joystick einlesen ===
-# Voreinstellungen am AlphaBot: Legen Sie keine Akkus ein (Betrieb am USB-Kabel).
-# Machen Sie sich mit dem Demo <code>E20_Joystick</code> vertraut, so dass Sie jede Zeile erläutern können.
-# Kopieren Sie das Beispiel in Ihren Ordner und erweitern Sie es.
-# Lesen Sie den Joystick mit der Funktion int <code>leseJoystickStatus()</code> ein.
-# Entprellen Sie darin das Joystick-Signal.
-# Steuert den US-Servo mit dem Joystick im Bereich 0°-180° an.
-# LINKS: Drehung nach Links (180°).
-# RECHTS: Drehung nach Rechts (0°).
-# EINGABE: Drehung auf die Mitte (90°).
-# Geben Sie den Joystick-Status im seriellen Monitor aus. Nutzen Sie hierzu die <code>switch..case</code>-Verzweigung.
-'''Lernzielkontrollfragen:'''
-* An welchen Arduino-Pins ist der Joystick angeschlossen?
-* Werden diese Pins noch von einem anderen System genutzt?
-* Kann der Joystick via Interrupt entprellt werden?
-'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>leseJoystick.ino</code>
-{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
-| <strong>Tipp 1&thinsp;</strong>
-|-
-| Nutzen Sie das Demo für den Joystick E20 und den Servo E25 und kombinieren Sie beide.
-|}
 {| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
-| <strong>Tipp 2&thinsp;</strong>
+| <strong>Musterlösung&thinsp;</strong>
-|-
-|
-* Lesen Die die notwendigen Joystick-Bewegungen aus (L, R, Eingabe).
-* Initialisiere einen <code>static</code> Variable für die Position des Servo <code>ServoPosition_s16</code>.
-* Inkrementiere bei Joystick-Eingabe <code>LINKS</code> um 5°.
-* Dekrementiere bei Joystick-Eingabe <code>RECHTS</code> um -5°.
-* Initialisiere <code>ServoPosition_s16</code> bei Joystick-Eingabe <code>EINGABE</code> mit 90°.
-* Sende <code>ServoPosition_s16</code>  an den Servo (<code>usServo.write(ServoPosition_s16);</code>).
 |-
-| '''ACHTUNG:''' Begrenze <code>ServoPosition_s16</code> auf 0°...180° vor dem Senden.
+| <source line lang="matlab" style="font-size:medium">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
+</source>
 |}
--->
 === Aufgabe 3.2: Nachhaltige Doku ===

AlphaBot: Servo mit MATLAB ansteuern: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 18. April 2025, 08:18 Uhr

Inhaltsverzeichnis

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Lernziele

Versuchsdurchführung

Aufgabe 3.1: Ultraschall als Umfeldscanner

Aufgabe 3.2: Nachhaltige Doku

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AlphaBot: Servo mit MATLAB ansteuern: Unterschied zwischen den Versionen

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