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. Kopieren Sie das Beispiel in Ihren Ordner und erweitern Sie es.
4. Steuern Sie den Servo schrittweise von 0°..180° an und fahren Sie schrittweise zurück auf 0°.
5. Messen Sie pro 5 ° die Ultraschallentfernung.
6. Filtern Sie die Ultraschallentfernung mit dem vielversprechendsten Filter aus Aufgabe 2.4.
7. Nutzen Sie MATLAB^® um die Messdaten direkt (live) darzustellen.
8. Rechnen Sie die Polarkoordinaten (fWinkel, fEntfernung) in kartesische Koordinaten (x, y) um.
9. 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
if ~exist('hArduino') % Besteht die Verbindung zum Arduino bereits?
    hArduino     = arduino('COM5','Uno','Libraries',{'Ultrasonic','Servo'}); % Arduino Objekt erzeugen
    hUltraschall = ultrasonic(hArduino,'D7','D8','OutputFormat','double')
    hServo       = servo(hArduino, 'D9', 'MinPulseDuration', 1e-3, 'MaxPulseDuration', 2e-3);
else
    clear x y % Darstellung löschen
end
%% Variablen initialisieren
nSweeps = 3; % Anzahl Durchläufe
%% Ergebnisdarstellung vorbereiten
figure;
hold on
hPlot = plot(0,0,'r.');
xlabel('x in cm')
ylabel('y in cm')
% xlim([-500 500])
% ylim([0 1000])
%% Messung
for i=1:nSweeps
    disp(['Sweep ',num2str(i),' gestartet.'])
    j=0;
    for Winkel = 0:0.5:180
        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
    end
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

Demos

• SVN: E05_Ultraschall_Entfernungsmessung
• SVN: E18b_spieleTon
• SVN: E20_Joystick
• SVN: E23_RGB_LED
• SVN: E24_Servo_Poti
• SVN: E25_Servo_Sweep
• SVN: E31_Debug2MATLAB
• SVN: E34_lesePoti

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