AMR 2013

Dieses Artikel befasst sich mit dem Aufbau des autonomen mobilen Roboters AMR 2013 an der HSHL.

Fahrgestell

Aktuatorenschalter

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

Stellung	Funktion
Links
Mitte
Rechts

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. Der zweite Anschluss ist der Sensoranschluss. Hier überträgt der Motor der Stand der Phasen an dem Fahrtenregler weiter, um genaue Ansteuerung zu ermöglichen.

Hall-Sensor

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

• 

  Hall-Sensor-Anschluss

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.

• 

  Hall-Signale des Motors bei maximaler Geschwindigkeit

Anschluss an Adapterplatine

Die Hall-Signale vom Motor werden an J4 wie folgt an der Adapterplatine angeschlossen:

Funktion	Anschluss auf Adapterplatine J4	Anschluss auf DS1104
Nicht verbunden	1	Nicht verbunden
Hall A	2	IO6
Hall B	3	IO7
Hall C	4	IO8
GND	5	GND

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 J18 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 J19 Pin 1 mit 2 und Pin 3 mit 4 verbunden werden.

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

Funktion	Anschluss auf DS1104
Hall A	IO6
Hall B	IO7
Hall C	IO8
Kombi-Hall-Signal	IO19
Invertiertes Kombi-Hall-Signal	IO17

• 

  Anschluss der Hall-Signale an der Adapterplatine

• 

  Jumper zur Weiterleitung der Hall-Signale zur Kombinationslogik

• 

  Jumper zur Weiterleitung der kombinierten Hall-Signale zu DS1104

Empfängermodul

Diese Beschreibung beschränkt sich zunächst auf dem Fernbedienungsempfänger Futaba F143F 50MHz 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 6V.

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.

• 

  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%

• 

  Periodendauer des PWM-Lenksignals

• 

  Amplitudenmessung des PWM-Lenksignals

• 

  Pulsweite bei Lenkwinkel = 0

• 

  Pulsweite bei Rechtsauschlag

• 

  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 %

• 

  Periodendauer des PWM-Gassignals

• 

  Amplitudenmessung des PWM-Gassignals

• 

  Pulsweite bei Pedalstellung = 0

• 

  Pulsweite bei Vollgas in Vorwärtsrichtung

• 

  Pulsweite bei Vollgas in Rückwärtsrichtung

Signalschwankungen

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

• 

  Schwankung der Pulsbreite der Fernbedienungssignale

Anschluss des Empfängermoduls an Adapterplatine

Die Fahr- und Lenksignale der Fernbedienung werden an der Adapterplatine auf Stecker J9 angeschlossen, der wie folgt belegt ist:

Funktion	Pin auf J9	Anschluss auf DS1104
Nicht verbunden	1
Lenksignal der Fernbedienung	2	SCAP1
Fahrsignal der Fernbedienung	3	SCAP2
Vcc	4
GND	5

• 

  Anschluss des Empfangsmodul an Adapterplatine

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.

• 

  Anschluss zu Ansteuerung des Fahrtenreglers und Servo

• 

  Jumper zu Weiterleitung von Vcc zu Pin 4 von Stecker J10

Karosserie

Adapterplatine

Versorgt wird die Adapterplatine aus dem Powerpanel mit 5V über den Stecker J1

• 

  Skizze der Adapterplatine

• 

  Anschlüsse der Adapterplatine

• 

  Stecker J1 zur Spannungsversorgung der Adapterplatine mit 5V

Auch verfügt die Adapterplatine über 2 Anschlüsse zur Spannungsmessung der Akkus. PC-Akkus können an J27 angeschlossen werden und Fahr-Akku an J26. Über Analogeingang der DS1104 können die Spannungen an der Akkus gemessen werden.

Funktion	Pinnummer auf Stecker J26	Anschluss an DS1104
GND	1
Spannungseingang Fahrakku	2	ADCH2

Funktion	Pinnummer auf Stecker J26	Anschluss an DS1104
GND	1
Spannungseingang PC-Akku 1	2	ADCH3
Spannungseingang PC-Akku 2	3	ADCH1

• 

  Stecker zur Messung der Spannung am Fahrakku

• 

  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
J1	5V DC	1	Vcc = 5V
		2	GND
J2	Spannungsversorgung der Kamera	1	Vcc
		2	GND
J3	Steuersignal der blauen LED-Diode (Fernbedienungseingriff)	1	Vcc
		2	GND
		3	Steuersignal	IO15, B-27
J4	Eingang der Hall-Signale vom Motor	1	NC
		2	Hall-Signal A	IO6, A-31
		3	Hall-Signal B	IO7, B-31
		4	Hall-Signal C	IO8, A-30
		5	GND
J5	Infrarotsensor 3 hinten rechts	1	Vcc
		2	GND
		3	Analogausgang des Sensors	, A-44
J6	Infrarotsensor 2 hinten seitlich	1	Vcc
		2	GND
		3	Analogausgang des Sensors	, B-46
J7	Ultraschallsensor 1 vorne links	1	GND
		2	Triggersignal des Sensors	, A-16
		3	Triggersignal des Sensors	, A-16
		4	Echosignal des Sensors	, A-7
		5	Vcc
J8	Ultraschallsensor 2 vorne rechts	1	GND
		2	NC
		3	Triggersignal des Sensors	,
		4	Echosignal des Sensors	,
		5	Vcc
J9	Eingangssignal der Fernbedienung	1	NC
		2	Lenksignal der Fernbedienung	, A-9
		3	Fahrsignal der Fernbedienung	, A-8
		4	Vcc
		5	GND
J10	Ausgangssignal zu Fahrtenregler	1	NC
		2	Lenksignal	, B-12
		3	Fahrsignal	, B-16
		4	Vcc bei eingesetztem Jumper J21
		5	GND
J11	UART RS232	1	CTS	, B-3
		2	RTS	, A-3
		3	DRS	, B-4
		4	GND
		5	DTR	, A-4
		6	RXD	, B-5
		7	TXD	, A-5
		8	DCD	, B-2
J12	Infrarotsensor 4 hinten links	1	Vcc
		2	GND
		3	Analogsignal des Sensors	, B-44
J13	Taster	1	GND
		2	Taster 1	, B-29
		3	Taster 2	, A-28
		4	Taster 3	, B-28
		5	Taster 4	, A-27
J14	Infrarotsensor 1 vorne seite	1	Vcc
		2	GND
		3	Analogsignal des Sensors	, A-46
J15	Anschluss A an der dSPACE DS1104
J16	Anschluss B an der dSPACE DS1104
J17	Jumper zur Auswahl, welche Achse aus Gyrosensor gelesen wird	1	Z-Achse
		2	Ausgangssignal der gewählten Achse	, B-48
		3	X-Achse
J18	Jumper zur durchleitung der Hall-Signale zu der XOR-Auswertelogik	1	Eingang Hall-A
		2	Ausgang Hall-A
		3	Eingang Hall-B
		4	Ausgang Hall-B
		5	Eingang Hall-C
		6	Ausgang Hall-C
J19	Ausgang der XOR-Auswertelogik der Hall-Signale. Weiterleitung der Signale über Jumper	1	Anschluss des Ausgangssignals von Hall-Auswertelogik an DS1104	, B-25
		2	Ausgangssignal von Hall-Auswertelogik
		3	Anschluss des invertierten Ausgangssignals von Hall-Auswertelogik an DS1104	, B-26
		4	Invertiertes Ausgangssignal von Hall-Auswertelogik
J20	Steuerung der Lichter	1	GND
		2	Blinker Links
		3	Blinker Rechts
		4	Bremslicht
		5	Rückfahrlicht
		6	Fahrlicht
J21	Jumper zur Durchleitung von Vcc zu Fahrtenregler	1	Pin 4 auf J10
		2	Vcc
J22	Jumper zur Auswahl des Z-Signals aus dem Gyrosensor. Es soll entweder 1 mit 2 oder 2 mit 3 verbunden werden	1	1x Z
		2	Weiterleitungspin
		3	4x Z
J23	Jumper zur Auswahl des X-Signals aus dem Gyrosensor. Es soll entweder 1 mit 2 oder 2 mit 3 verbunden werden	1	1x X
		2	Weiterleitungspin
		3	4x X
J24
J25
J26	Spannungseingang des Fahr-Akkus zur Spannungsmessung	1	GND
		2	Spannungseingang Akku	, B-50
J27	Spannungseingang der PC-Akkus zur Spannungsmessung	1	GND
		2	Spannungseingang Akku 2	, A-50
		3	Spannungseingang Akku 1

Gyrosensor

Im AMR 2013 wird der Gyroskop LPR510AL eingesetzt. Informationen zum Gyrosensor können hier gelesen werden.

Per Jumper können 3 Einstellungen vorgenommen werden:

• X-Signal wird einfach oder vierfach verstärkt.

Funktion	Pins auf J23 kurzschließen
X-Signal einfach verstärkt	1 und 2
X-Signal vierfach verstärkt	2 und 3

• Z-Signal wird einfach oder vierfach verstärkt.

Funktion	Pins auf J22 kurzschließen
Z-Signal einfach verstärkt	1 und 2
Z-Signal vierfach verstärkt	2 und 3

• X- oder Z-Signal werden an DS1104 weitergeleitet.

Funktion	Pins auf J17 kurzschließen
Z-Signal an DS1104 weiterleiten	1 und 2
X-Signal an DS1104 weiterleiten	2 und 3

• 

  Jumper zur Auswahl des Gyrosignals X und Z

• 

  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

Kamera

VRmagic D2 OEM-Version Spannungsversorgung mit Vcc=5V von der Adapterplatine (J2) und Anschluss an dem Rechner über die Ethernet-Schnittstelle

Funktion	Pins auf J2
5V-Versorgung der Kamera	1
GND	2

• 

  Stecker zur Spannungsversorgung der Kamera

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 zu 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

• 

  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