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  <source line lang="matlab" style="font-size:medium">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 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

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