AlphaBot: Servo ansteuern

Abb. 1: Ultraschall zur Objekterkennung

Autor: Prof. Dr.-Ing. Schneider
Modul: Praxismodul I
Lehrveranstaltung: Mechatronik, Informatik Praktikum 2, 2. Semester

Aufgabenstatus: In Bearbeitung

Inhalt

• Nutzung von MATLAB^® als seriellen Monitor.
• Ansteuerung des Servomotors
• Auslesen eine Potentiometers
• Ansteuern eines Summers
• 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 4.1: Servo ansteuern

In dieser Aufgabe soll der Ultraschallkopf mittles Servomotor und Potentiometer geschwenkt werden und die Messwerte des Ultraschall-Sensors übergeben werden.

1. Voreinstellungen am AlphaBot nicht alle Sensoren funktionieren gleichzeitig, da sie den gleichen Arduino Pin benutzen. Entfernen Sie bitte dazu am AlphaBot einzelne gelbe Brücken. Am F-Port die Brücke D10 und das Dual-Mode Bluetooth Modul auf dem Sensor-Shield.
2. Aktualisieren Sie die Arduino Bibliothek.
3. Machen Sie sich mit dem Demo E24_Servo_Poti vertraut, so dass Sie jede Zeile erläutern können.
4. Kopieren Sie das Beispiel in Ihren Ordner und erweitern Sie es.
5. Lesen Sie die Stellung des Potentiometers aus.
6. Steuern Sie den Servomotor mit dem Potentiometer an. Nutzen Sie hierzu den map-Befehl.
7. 0% ist ganz links und 100% ganz rechts.
8. Lagern Sie die Ansteuerung in eine Funktion dreheUltraschall(Wert) aus.
9. Nutzen Sie MATLAB^® um die Messdaten direkt (live) darzustellen.

Übertragen Sie folgende Parameter:

• fZeit: Zeit
• fEntfernung: Entfernung in cm
• fWinkel: Winkel des Servo-Motors in deg

Hardwarevorbereitung: Die Multisensorerweiterung verursacht gelegentlich Probleme. Nutzen Sie für den Ultraschallsensor ggf. andere Digital-IO (z. B. D7, D8).

Lernzielkontrollfragen:

• Wie funktioniert ein Potentiometer (Poti)?
• An welchem Arduino-Pins ist das Poti angeschlossen? Welche Spannungsversorgung hat das Poti? Welchen Widerstand hat das Poti?
• Welche theoretischen Werte liefert das Potentiometer an A0? Welche Werte messen Sie praktisch? Nutzen sie die realen minimal und Maximalwerte in Ihrem Quelltext.
• An welchem Arduino-Pins ist der Servo angeschlossen?

Arbeitsergebnisse in SVN: dreheServoMotor.ino, zeigeUltraschallMesswerte.m

Tipp 1  Nutzen Sie das Demo SVN: E24_Servo_Poti. Sie können den Potentiometerwinkel mit read() auslesen. Je nachdem, ob Akkus eingelegt sind oder nicht, hat das Poti leicht andere Werte. Die Multisensorerweiterung verursacht gelegentlich Probleme. Nutzen Sie für den Ultraschallsensor ggf. andere Digital-IO (z. B. D7, D8). Den Schaltplan für die Multisensorerweiterung finden Sie hier.

Tipp 2  Ergebnisplot:

Abb. 4: Ergebnisdarstellung CNTL vs. CNTR

Abb. 2: Entfernung und Winkel über der Zeit

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Aufgabe 4.2: 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 E25_Servo_Sweep 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. 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 angeschlossen?

Arbeitsergebnisse in SVN: UltraschallScanner.ino, zeigeUltraschallScan.m

Tipp 1  Nutzen Sie das Demo SVN: E25_Servo_Sweep.

Tipp 2  Umrechnung der Koordinaten polar→kartesisch:
$x = r\cdot cos(\alpha)$
$y = r\cdot sin(\alpha)$

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Aufgabe 4.3: Joystick einlesen

1. Voreinstellungen am AlphaBot: Legen Sie keine Akkus ein (Betrieb am USB-Kabel).
2. Machen Sie sich mit dem Demo E20_Joystick vertraut, so dass Sie jede Zeile erläutern können.
3. Kopieren Sie das Beispiel in Ihren Ordner und erweitern Sie es.
4. Lesen Sie den Joystick mit der Funktion int leseJoystickStatus() ein.
5. Entprellen Sie darin das Joystick-Signal.
6. Steuert den US-Servo mit dem Joystick im Bereich 0°-180° an.
7. LINKS: Drehung nach Links (180°).
8. RECHTS: Drehung nach Rechts (0°).
9. EINGABE: Drehung auf die Mitte (90°).
10. Geben Sie den Joystick-Status im seriellen Monitor aus. Nutzen Sie hierzu die switch..case-Verzweigung.

Lernzielkontrollfragen:

• An welchen Arduino-Pins ist der Joystick angeschlossen?
• Werden diese Pins noch von einem anderen System genutzt?
• Kann der Joystick via Interrupt entprellt werden?

Arbeitsergebnisse in SVN: leseJoystick.ino

Tipp 1  Nutzen Sie das Demo für den Joystick E20 und den Servo E25 und kombinieren Sie beide.

Tipp 2 

• Lesen Die die notwendigen Joystick-Bewegungen aus (L, R, Eingabe).
• Initialisiere einen static Variable für die Position des Servo ServoPosition_s16.
• Inkrementiere bei Joystick-Eingabe LINKS um 5°.
• Dekrementiere bei Joystick-Eingabe RECHTS um -5°.
• Initialisiere ServoPosition_s16 bei Joystick-Eingabe EINGABE mit 90°.
• Sende ServoPosition_s16 an den Servo (usServo.write(ServoPosition_s16);).

ACHTUNG: Begrenze ServoPosition_s16 auf 0°...180° vor dem Senden.

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Aufgabe 4.4: 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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