AMR 2022

Dieses Artikel befasst sich mit dem Aufbau des autonomen mobilen Roboters AMR 2022 an der HSHL.

Fahrgestell

Aktuatorenschalter

Der Aktuatorenschalter schaltet den Fahrtenregler und Lenkservo aus, sodass keine Fahrt- und Lenkbewegung möglich ist.

Stellung	Funktion von hinten auf den Wagen schauend
Links	Regler ein
Mitte	Regler aus
Rechts	Regler aus

Motor

Anschlüsse

Der Motor verfügt über zwei Anschlüsse. Der erste Anschluss dient zur Steuerung der drei Phasen des Motors A, B und C seitens des Fahrtenregler. Da diese Leitungen hohe Ströme führen, ist äußerste Vorsicht bei der Umgang mit denen geboten. des weiteren sind diese ansclüsse kurz zu halten um Störungen zu vermeiden. Der zweite Anschluss ist der Sensoranschluss. Hier überträgt der Motor mit hilfe von Hallsensoren am Stator den Stand des Rotors an dem Fahrtenregler, um die Transisitor Brücken des Reglers im passenden Momentan zu schalten, sodass sich für den Motor an den Phasen A B C ein Drehfeld ergibt, welches den Rotor des Motors kontinuierlich beschleunigt oder bremst.

Hall-Sensor

Der Sensoranschluss des Motors wird in Form eines 6-poligen JST ZH-Buchse mit Rastermaß 1,5mm bereitgestellt. Die Signale sind wie folgend belegt:

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  Hall-Sensor-Anschluss

Überprüfen

Pin	Farbe		Funktion
1		Schwarz	GND
2		Orange	Phase A
3		Weiß	Phase B
4		Grün	Phase C
5		Blau	NC
6		Rot	NC

Bei etwa der maximalen Geschwindigkeit ergeben sich Motorphasen der Periodendauer von ca. 10,2ms. Die Mindestzeit zwischen zwei Flanker der Hall-Phasen beträgt dabei ca. 1,5ms.

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  Hall-Signale des Motors bei maximaler Geschwindigkeit

Anschluss an Adapterplatine

Die Hall-Signale vom Motor werden an J8_Hall wie folgt an der Adapterplatine angeschlossen:

Funktion	Anschluss auf Adapterplatine J8_Hall	Anschluss auf Adapterplatine J9_Hall_in	Anschluss auf DS1104
Hall A	6	1 & 2	P1A_33_IO_02_Hall_A
Hall B	5	3 & 4	PIB_33_IO_03_Hall_B
Hall C	4	5 & 6	PIA_32_IO_04_Hall_C
+5Vlinear	3	-	-
+5Vlinear	2	-	-
Digital GND	1	-	D_GND -PIA01, -PIA17, -PIA24, -PIB01, -PIB17, -PIB24,

Des Weiteren werden die Hall-Signale über eine XOR-Kombinationslogik bearbeitet und zur Geschwindigkeitsermittlung genutzt. Weitere Informationen dazu sind verfügbar unter: Signalverarbeitung und Geschwindigkeitsermittlung.

Damit die Hall-Signale auch von Kombinationslogik erfasst werden können, müssen diese auf der Adapterplatine über Jumper zu Kombinationschip weitergeleitet werden. Auf dem Wannenstecker Steckplatz J9_Hall_in müssen jeweils die gegenüberliegenden Pins miteinander verbunden werden. Also 1 mit 2, 3 mit 4 und 5 mit 6. Analog dazu muss der Ausgang der Kombinationslogik mit der DS1104-Karte verbunden werden. Dazu müssen auf Wannenstecker J10 Pin 1 mit 2 und Pin 3 mit 4 verbunden werden.

'Achtung Design Fehler P1B_26_IO_17_INTER4_HALL_LOGIK_INVERT muss mit Kabel verbunden werden an Pin3 von J10 Hall_out'

Die Hall-Signale sowie das kombinierte Signal sind wie folgt auf der DS1104 verfügbar:

Funktion	Anschluss auf DS1104
Hall A	IO2
Hall B	IO3
Hall C	IO4
Kombi-Hall-Signal	IO19
Invertiertes Kombi-Hall-Signal	IO17

Empfängermodul

Diese Beschreibung beschränkt sich zunächst auf dem Fernbedienungsempfänger Futaba F143F 40MHz FM. Nichtsdestotrotz können die hier enthaltene Informationen auf andere Empfänger für die gleiche Anwendung übertragen werden.

Der Fernbedienungsempfänger empfängt die Radiosignale der Fernbedienung und gibt Steuersignale zum Lenkservo und Fahrtenregler ab.

Anschlüsse

Die Stromversorgung des Empfängers erfolgt über den Fahrtenregler, der wiederum die Versorgung von Fahrakku entnimmt. Gemessen ist ein Versorgungspegel von 5V.

Die Versorgung des Empfängers kann auch über den BAT- oder B/C-Anschluss erfolgen. Zu beachten ist, dass die Masse- und Versorgungsanschlüsse jeweils über alle Steckplätze kurzgeschlossen sind. An den Anschlüssen CH1 - CH3 können 3 Ausgänge angeschlossen werden. Hier werden der Fahrtenregler an CH1 und der Lenkservo an CH3 angeschlossen. CH1 ist mit einem Failsafe ausgestattet, fällt der Empfang aus wird der Motor abgeschaltet, bzw. in eine definierte Position gebracht.

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  Skizze des Fernbedienungs-empfängers Futaba F143F

Lenk-Signal

Das Lenksignal wird als PWM-Signal vom Empfänger an dem Lenkservo gegeben. Das Signal ist wie folgend beschaffen:

Parameter	Wert
Amplitude	3 V
Periodendauer	18,50 ms
Frequenz	54 Hz
Pulsweite Lenkung 0-Position	1,52 ms
Tastgrad Lenkung 0-Position	8,22%
Pulsweite Lenkung Rechts	1,10 ms
Tastgrad Lenkung Rechts	5,94%
Pulsweite Lenkung Links	1,92 ms
Tastgrad Lenkung Links	10,38%

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  Periodendauer des PWM-Lenksignals

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  Amplitudenmessung des PWM-Lenksignals

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  Pulsweite bei Lenkwinkel = 0

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  Pulsweite bei Rechtsauschlag

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  Pulsweite bei Linksauschlag

Gas-Signal

Ähnlich wie das Lenksignal wird das Gassignal in einem PWM-Signal moduliert. Das Signal hat folgende Eigenschaften:

Parameter	Wert
Amplitude	2,7 V
Periodendauer	18,50 ms
Frequenz	54 Hz
Pulsweite bei Pedal 0-Position	1,50 ms
Tastgrad Pedal 0-Position	8,11 %
Pulsweite Vollgas Vorwärts	1,93 ms
Tastgrad Vollgas Vorwärts	10,43 %
Pulsweite Vollgas Rückwärts	1,11 ms
Tastgrad Vollgas Rückwärts	6 %

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  Periodendauer des PWM-Gassignals

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  Amplitudenmessung des PWM-Gassignals

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  Pulsweite bei Pedalstellung = 0

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  Pulsweite bei Vollgas in Vorwärtsrichtung

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  Pulsweite bei Vollgas in Rückwärtsrichtung

Signalschwankungen

Die oben dargestellten Pulsbreiten der Signale schwanken bei konstanter Betätigung der Fernbedienung um ca. 65µs.

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  Schwankung der Pulsbreite der Fernbedienungssignale

Anschluss des Empfängermoduls an Adapterplatine

Die Fahr- und Lenksignale der Fernbedienung werden an der Adapterplatine auf Stecker J6_Empfänger angeschlossen, der wie folgt belegt ist:

Funktion	Pin auf J6_Empfänger	Anschluss auf DS1104
GND	1 & 4	D_GND -PIA01, -PIA17, -PIA24, -PIB01, -PIB17, -PIB24,
Lenksignal der Fernbedienung	3	PIA_09_SCAP1_RC-in_Signal_LS
Fahrsignal der Fernbedienung	5	PIA_08_SCAP2_RC-in_Signal_FR
+5V	2 & 5

Funktion	Pin auf J7_Servo_Regler	Anschluss auf DS1104
GND	1 & 4	D_GND -PIA01, -PIA17, -PIA24, -PIB01, -PIB17, -PIB24,
Lenksignal der Fernbedienung	3	PIB_12_STPWM_RC-out_Signal_LS
Fahrsignal der Fernbedienung	5	PIB_16_SPWM7_RC-out_Signal_FR
+5V	2
+5V	5

Fahrtenregler und Lenkservo

Fahrtenregler

Der Fahrtenregler hat folgende Eingangsverkabelung:

Pin	Farbe		Funktion
1		Schwarz	GND
2		Rot	Vcc
3		Weiß	PWM-Eingang

Lenkservo

Der Lenkservo hat folgende Eingangsverkabelung:

Pin	Farbe		Funktion
1		Braun	GND
2		Rot	Vcc
3		Weiß	PWM-Eingang

Die Steuersignale für Fahrtenregler und Servo aus der DS1104 sind auf Stecker J10 zu finden. Der Stecker hat folgende Belegung:

Funktion	Pin auf J9	Anschluss auf DS1104
Nicht verbunden	1
PWM-Ausgang des Lenksignals	2	ST2PWM
PWM-Ausgang des Fahrsignals	3	SPWM7
Vcc bei Geschlossenen Jumper auf J21	4
GND	5

Es besteht auch die Möglichkeit, Den Fahrtenregler und Servo an Vcc der Adapterplatine anzuschliessen. Dazu müssen beide Pins des Steckers J21 miteinander über ein Jumper angeschlossen werden.

Verkabelung

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  Blockdiagramm der Komponenten und Verkabelung im Fahrgestell

Karosserie

Adapterplatine

Versorgt wird die Adapterplatine

• Skizze der Adapterplatine

  Skizze der Adapterplatine

• Anschlüsse der Adapterplatine

  Anschlüsse der Adapterplatine

• Stecker J1 zur Spannungsversorgung der Adapterplatine mit 5V

  Stecker J1 zur Spannungsversorgung der Adapterplatine mit 5V

Funktion	Pinnummer auf Stecker	Anschluss an DS1104
GN

Funktion	Pinnummer auf Stecker	Anschluss an DS1104
G

• Stecker zur Messung der Spannung am Fahrakku

  Stecker zur Messung der Spannung am Fahrakku

• Stecker zur Messung der Spannungen an PC-Akkus

  Stecker zur Messung der Spannungen an PC-Akkus

Anschlüsse an der Adapterplatine

NC: Not Connected, Pin nicht angeschlossen bzw. ohne Funktion.

Stecker auf Adapterplatine	Funktion	Pin Auf Stecker	Pin-Funktion	Pin auf dSPACE DS1104

• Jumper zu Auswahl der Verstärkung des Z-Signals des Gyrosensors 1- oder 4-Fach

  Jumper zu Auswahl der Verstärkung des Z-Signals des Gyrosensors 1- oder 4-Fach

• Jumper zu Auswahl der Verstärkung des X-Signals des Gyrosensors 1- oder 4-Fach

  Jumper zu Auswahl der Verstärkung des X-Signals des Gyrosensors 1- oder 4-Fach

Kamera

VRmagic D2 OEM-Version Spannungsversorgung mit Vcc=5V von der Adapterplatine (J) und Anschluss an dem Rechner über die Ethernet-Schnittstelle

Funktion	Pins auf J
5V-Versorgung der Kamera
GND

Ultraschallsensoren

Vorgesehen sind 2 Ultraschallsensoren zur Distanzmessung zu Hindernissen vor dem Fahrzeug. Diese werden an Stecker J7 und J8 angeschlossen.

Sensorposition	Sensornummer	Anschluss auf Adapterplatine
Vorne Links	1	J7
Vorne Rechts	2	J8

Der Sensor 1 ist wie folgt verdrahtet:

Funktion	Pinnummer auf Stecker J7	Anschluss an DS1104
GND	1
Triggersignal	2	SPWM1
Triggersignal	3	SPWM1
Echosignal	4	SCAP3
Vcc	5

Der Sensor 2 ist wie folgt verdrahtet:

Funktion	Pinnummer auf Stecker J8	Anschluss an DS1104
GND	1
Nicht verbunden	2
Triggersignal	3	SPWM2
Echosignal	4	SCAP4
Vcc	5

• 

  Stecker für die Ultraschallsensoren

IR-Sensoren

Es sind 4 Infrarotsensoren zur Abstandsmessung am Fahrzeug angebracht. Weitere Information zum Sensor können hier entnommen werden. Die Sensoren werden wie folgt angeschlossen:

Sensorposition	Sensornummer	Anschluss auf Adapterplatine	Anschluss auf DS1104
Hinten Rechts	3	J5	ADCH7
Seite Hinten	2	J6	ADCH6
Hinten Links	4	J12	ADCH8
Seite Vorne	1	J14	ADCH5

Dabei haben alle Sensoren folgende Verdrahtung:

Funktion	Pinnummer
Vcc	1
GND	2
Analogausgang des Sensors	3

• 

  Skizze Sensorpositionen Infrarotsensoren

• 

  Anschlüsse der Infrarotsensoren auf der Adapterplatine

Lichter

Fahrzeugbeleuchtung

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  Anscluss der Lichter an Adapterplatine

Funktion	Anschluss auf Adapterplatine J20	Anschluss auf DS1104
GND	1	GND
Blinker Links	2	IO9
Blinker Rechts	3	IO5
Bremse	4	IO1
Rückfahrlicht	5	DACH8
Fahrlicht	6	Vcc / immer an!

Eingriffsbeleuchtung / Blaue LED

Die blaue LED zu Signalisierung des Fernbedienungseingriff wird über Stecker J3 angeschlossen.

Funktion	Pin auf J3	Anschluss auf DS1104
Vcc	1
GND	2
Steuersignal der Diode	3	IO15

• 

  Anschluss der blauen LED an Adapterplatine

Powerpanel

Taster

Programmtaster

Es sind 4 Programmtaster vorhanden. Damit können verschiedene Programmmodi geschaltet werden. Die Taster sind an der Adapterplatine an Stecker J13 angeschlossen.

Funktion	Pin auf J3	Anschluss auf DS1104
GND	1
Taster 1	2	IO11
Taster 2	3	IO12
Taster 3	4	IO13
Taster 4	5	IO14

• 

  Anschluss der Taster an der Adapterplatine

Anschlüsse des Mikrocontrollers

Folgende Tabelle zeigt die Funktion der Anschlüsse des Mikrocontrollers auf der Steuerplatine

Pin	Port/Name	Funktion
1	PB0	PC_ON_SWITCH
2	PB1	PC_ON_SIGNAL
3	PB2	uC_PC_PWR_ENABLE
4	PB3	Einschalten Bar-Anzeige 1
5	PB4	Einschalten Bar-Anzeige 2
6	PB5	Baranzeige LED0
7	PB6	Baranzeige LED1
8	PB7	Baranzeige LED2
9	!RESET
10	VCC
11	GND
12		NC
13		NC
14	PD0	uC_ENABLE_PC_BAT
15	PD1	uC_ENABLE_PC_EXTERNAL
16	PD2	Baranzeige LED3
17	PD3	Baranzeige LED4
18	PD4	Baranzeige LED5
19	PD5	Reserviert für ein Buzzer
20	PD6	Baranzeige LED6
21	PD7	Baranzeige LED7
22	PC0	Baranzeige LED8
23	PC1	Baranzeige LED9
24
25
26
27
28	PC6	BAT_CHECK_SWITCH
29
30
31
32
33
34
35
36
37	PA3	Status-LED der externen Stromversorgung (Netzteil)
38	PA2/ADC2	Spannungsmessung Fahr-Akku
39	PA1/ADC1	Spannungsmessung externe Versorgung (Netzteil)
40	PA0/ADC0	Spannungsmessung PC-Akku