Gyroskop mit Matlab/Simulink

Autor: Philipp Tewes

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Ulrich Schneider

Sensor: EV3-Gyrosensor-45505

EV3 Connect Box

Arduino Nano auf einem Steckbrett

Für die Auslesung des Lego EV3 Gyroskop wurde, wie in der Einleitung bereits erwähnt, die Möglichkeit eines Arduinos verwendet. Dies bietet den Vorteil, dass für die Aufgabe des Datentransfers vom Sensor zum PC kein teurer EV3 Baustein verwendet werden muss. Denn wird die hohe Funktionalität eines EV3 Bausteins, welche einen hohen Preis resultieren lässt, für diese Aufgabe nicht benötigt. Es wurde unter Verwendung eines Arduino Nano eine Connect Box für EV3 Sensoren entwickelt. Diese bietet die Funktionalität, das EV3 Sensoren prinzipiell mit jede PC Anwendung ausgelesen werden können. Alle Lego EV3 Sensoren nutzen die bereits vorgestellte Kommunikation. Die Connect Box wickelt diese Kommunikation mit dem Sensor vollständig ab, die Anwendung auf dem PC kann dadurch Infos zum Sensor oder auch Messdaten des Sensors Auslesen. Die Connect box bietet ein übersichtliches Kommunikationsprotokoll über welche die Kommunikation von PC und Connect Box abgewickelt wird. Das entwickelte Kommunikationsprotokoll ist in der Tabelle ?? zu sehen.

Tab. 2: Kommunikationsbefehle mit der EV3 Connect Box

Befehl	Befehls Information
's'	Sensor ID auslesen
'm'	Sensor Modus auslesen
'0' - '6'	Sensor in Modus z.B. 0 versetzen
'r'	Sensor Reset durchführen
'f'	Connect Box in den Daten-Modus versetzen
'd'	Messdaten des Sensors anfordern

Wird die EV3 Connect Box durch den Anschluss eines USB Kabels mit Spannung versorgt, startet diese Damit eine Verbindung zu einem EV3 Sensor aufzubauen. Wurde noch kein Sensor erkannt leuchtet die Status LED der EV3 Connect Box rot, wurde ein Sensor erkannt leuchtet die gelbe und die grüne LED. Ab diesem Zeitpunkt kann eine Verbindung mit dem PC zur EV3 Connect Box hergestellt werden. Wird die im folgenden Kapitel vorgestellte speziell für die EV3 Connect Box entwickelte Windows Anwendung verwendet muss auf solche Details nicht geachtet werden. In diesem Fall wird alles Automatisch für den Nutzer abgewickelt. Wurde die EV3 Connect Box durch die Anwendung erkannt und in den Datenmodus versetzt leuchtet nur noch die Grüne LED, werden aktiv Daten ausgetauscht pulsiert die Grüne LED.

Beim Arduino wurde sich für den Arduino Nano entschieden. Dieser besitzt nahezu dieselben Funktionalitäten und Leistungen wie der Arduino Uno, bietet aber eine kompaktere Bauform an. Um den Gyrosensor oder andere Komponenten anschließen zu können, stehen insgesamt 14 I/O Pins, wovon 8 analoge Eingänge sind, zur Verfügung. Die Spannungsversorgung für den Arduino wird durch das USB Kabel umgesetzt, der Gyro Sensor bezieht einen Teil davon für die eigene Versorgung.

Tab. 2: Spezfikationen des Arduino Nano

Einheit	Merkmal
Core	16 Mhz ATmega328
Speicher
Flash-Speicher	32 KB
SRAM	2 KB
EEPROM	1KB
Spannungen
Betriebsspannung	5 V
Empfohlene Eingangsspannung	7 V - 12 V
Maximale Eingangsspannung	20 V
Kommunikation
UART	Ja
I2C	Ja
I/O-Pins	14, davon 6 PWM und 8 analoge Eingänge

Verbindung der Komponenten

Bei der ausgewählten Variante musste einmal der PC mit dem Arduino und der Arduino mit dem EV3 Gyroskop verbunden werden.

Die Verbindung von Arduino und PC wurde über die Serielle Schnittstelle des Arduino umgesetzt. Hierzu kann das USB Kabel verwendet werden welches ebenfalls für das Code flashen auf den Arduino verwendet wird. Dieses muss in die mini USB Buchse des Arduino gesteckt werden und in einen USB Anschluss des PC.

Bei der Verbindung vom EV3 Gyroskop und dem Arduino gab es keine Möglichkeit eines verstecken. Buchsen Anschlüsse für den von Lego verwendeten Stecker sind nur sehr schwer erhältlich, so wurde sich gegen eine Buchse entschieden. Es wurde das Kabel was für die Verbindung von EV3 Gyroskop und EV3 verwendet wird durchgeschnitten, um so an die einzelnen Adern im Kabel direkt zu gelangen. Die Verkabelung wurde nach der Tabelle 1 vorgenommen. Am Arduino können beliebige Pins verwendet werden, sie müssen nur Serielle Kommunikation unterstützen.

Tab. 3: Belegung der Kabelverbindungen

Ader im EV3 Kabel	Belegung im Sensor	Anschluss an Arduino
Pin1 Weiß	GND	GND
Pin2 Schwarz	Nicht angeschlossen	Nicht angeschlossen
Pin3 Rot	GND	GND
Pin4 Grün	Vin	5V
Pin5 Gelb	RX
Pin6 Blau	TX