Einleitung

Das Shield sollte ein Steckbrett aufnehmen können und für jeden IO über eigene Stromversorgungspins für Sensoren und Aktoren wie LEDs und Servos verfügen. Zudem sollten man zwischen verschiedenen Stromversorgungen wählen könenn. Intern 3.3V und 5V sowie Vin vom Arduino board, zudem noch eine externe Stromversorgung z.B. für Servos. Über Jumper solte wählbar sein welche Stromversorgung in welcher Reihe anliegt. Die bei anderen käuflichen Shields üblichen Steckbretter mit 17 Reihen zu 2×5 Reihen sind mir etwas zu mickrig. Zudem ist kaum Platz für die 3pin Steckverbinder. Deshalb kommt hier ein 23 reihiges Steckbrett mit 2×5 Spalten und mit jeweils einer extra VCC und GND Reihe zum Einsatz. Dafür wird das Shield insgesamt breiter und ragt über das Arduino Board hinaus. es kommen nämlich noch die 3reihigen Steckverbinder oben und unten dazu.

Stückliste:

1 Stück Lochraster ca 20 Reihen x 28 Spalten
1 40polige Stiftleiste 40polig
1 36polige Stiftleiste 36polig
oder 3 40polige Stiftleisten 40polig
1 2polige Schraubklemme 5,08mm Raster
1 Set Arduino Stackable Headers, 2x8polig, 2x6polig (SparkFun)
1 Arduino Offset Header 8polig (Sparkfun)
1 Stück Silberdraht ca 30cm
1 Stück isolierter roter Draht ca 10cm
1 Steckbrett ca 23 Spalten

Etwas schwer zu beschaffen sind die Arduino Steckverbinder, sie erleichtern aber den Zusammenbau erheblich. Man bekommt diese bei Sparkfun bzw. den üblichen SparkFun Distributoren. Man kann sich zwar die Arduino Header auch mit Buchsenleisten und Stiftleisten herstellen. Dummerweise ist die linke obere 8polige Buchsenleiste nicht im 2.54mm Raster sondern um 1,27mm versetzt. Hier hilft die Offset Leiste ungemein.
Im unteren Bild ist links unten der Offset Steckverbinder zu sehen rechts daneben der normale Arduino Steckverbinder.

Aufbau

• Die Lochraster Platine zuschneiden. 4 Reihen nach oben und unten freilassen für die 3pin Steckverbinder
• Vor dem Festlöten der Steckverbinder unbedingt überprüfen, ob der Pinabstand korrekt ist, die Steckverbinder lose durch die Lochrater Platine stecken und auf das Arduino Bard stecken.
• Die Steckverbinder festlöten. Am besten nur jewiels am Anfang und Ende. Erst wenn man die Drahtverbindungen macht, sollte man die restlichen Steckverbinder Pins anlöten
• Am besten mit der GND Verbindung anfangen. Dann die VCC Verbindungen. zum Schluss die einzelnen Signalleitungen verlegen.
• Bevor man Spannung an das Shield anschliest, mit dem Ohmeter die Verbindungen prüfen (Durchgang und Kurzschluss). Dann das Shield alleine versorgen und an den Jumpern die Spannung prüfen, dann die Jumper in allen Varianten durchprüfen und die Spannung an den Steckverbindern prüfen.

Der Fritzing Layout Plan sollte helfen die notwendigen Verbindungen zu finden. Die verwendeten Farben bedeuten:

• schwarz GND
• rot VCC oder 5V
• orange 3.3V
• gelb Vin oder Vextern
• blau Signal

Verbesserungsvorschläge

Auf den Fotos ist zu erkennen das bei den unteren 3poligen Steckverbindern GND in der Mitte liegt und nicht aussen, wie bei den oberen Steckverbindern. Das habe ich mir bei anderen Kaufboards abgeschaut. Das kann aber leicht zu Verwirrungen führen. Deshalb besser einheitliche Steckernormen verwenden. Im Schaltbild ist das schon so realisiert.
Die Stromversorgung der beiden oberen 3poligen Steckverbinder könnte man splitten und über einen zusätzlichen Jumper mit 2 unterschiedlichen Spannungen betreiben.
Derzeit ist die Schraubklemme mit Vin vom Arduino verbunden. Damit kann man zwar das Board über die Schraubklemme mitversorgen. Aber man darf nicht gleichzeitig das Arduino Board über die Powerbuchse und über die Schraubklemme versorgen.
Vin ist nicht verpolungssicher. Schliesst man die externe Stromversorgung falsch an, raucht das Board ab (und alles was darn hängt).

Das komplette Shield mit Steckbrett auf einem FEZ Panda II board.

Hier noch ein Bild mit extern angeschlossenen Sensoren, Servos, serielles LCD. Auf dem Steckbrett ist ein Motor Treiber IC (L293D) zu sehen an dem 2 Getriebmotoren angeschlossen snd. Fertig ist der Testaufbau für einen kleinen Roboter.

Ich zähle zu den glücklichen Nexus One Besitzern, allerdings mit einer Vodafone Firmware der Version v2.1. So beschloss ich kurzerhand das Handy zu rooten um von der Vodafone Firmware wegzukommen zu einer aktuellen Google Firmware. Das ging recht problemlos und innerhalb einer Stunde war die aktuelle Firmware auf meinem N1. Die Vorgehensweise zum Updaten kann man unter Android-Hilfe.de nachlesen.

Die ADK Seite beschreibt, was alles benötigt wird um mit dem Accessory mode zu beginnen. Aus dem ADK package wurde die Android DemoKit App ohne Änderungen übernommen. Anstelle des DemoKits wird ein selbstgebasteltes DemoKit verwendet, bestehend aus einem Arduino Uno, einem, Sparkfun USB Host shield und ein selbstgebautes IO shield.

Achtung: Das Sparkfun Host shieldarbeitet nicht mit einem Ardunio Mega oder Mega2560 wegen der verschiedenen SPI pins. Man kann aber das USB host shield v2.0 von Circuits@home für alle Arduino boards verwenden.Das Board ist allerdings etwas teuerer (40$) als das Sparkfun Shield (25$).

Die Arduino Firmware wurde auf den Arduino Uno bzw. Mega durch Romfont alias Inopia vorgenommen, dem Entwickler der MicroBridge (Android zu Arduino Bridge via ADB). Weil Romfont kein Handy mit v2.3.4 zur Verfügung hatte, bat er auf seinem Blog um Unterstützung um die Firmware zu testen. Die Firmware funktionierte bei mir nach einigen kleineren Modifikationen.

Stapelbare Headers has been used on the USB Host shield, so the IO shield can be attached above. At twurden verwendet um das USB Host shield und das IO Shield auf dem Arduino zu stapeln. Im Moment steckt daran ein micro Servo, eine RGB LED, eine rote LED (anstelle eines Relais) und a Sharp GP2D12 Distanzsensor. Zudem wird noch eine externe Stromquelle benötigt.

Videos

Das Video zeigt einen ersten Test des DIY DemoKit. Alles funktioniert ganz prima. Nach dem Einschalten des DemoKits geht das Handy in den Lade Modus. Schaltet man die Tastensperre aus, kommt die Abfrage ob man die App für das erkannte Zubehör starten will (das kann man auch durch Setzen des Hakens automatisieren). Dann startet die App. Zwischen den beiden Fenstern (Input und Output) kann man wechseln 7und sich die Werte der Eingänge anschauen oder die Ausgänge bedienen.

Weblinks

• Getting started with ADK
• Romfont’s Blog
• MicroBridge Code
• mein Letsmakerobots Blog

Installation

Die Installation von App Inventor ist denkbar einfach. Man braucht nur einen Google Account und eine aktuelle Java 6 Version. Die Installations Anleitung zeigt die notwendigen Schritte für Windows, MacOS und Linux.

Einleitung

Entwickelt wird unter App Inventor direkt im Browser. Die Programme werden auch nicht lokal abgelegt sondern landen direkt in der Google cloud.

Zunächst entwirft man die Oberfläche der Anwendung. Alles grafisch per Drag and drop. Wer mit Visual Studio oder anderen grafischen Programmier Tools arbeitert, wird sich schnell damit zurecht finden.

Die eigentliche Programmierung findet dann im Blocks Editor statt. Programmiert wird auch hier grafisch mit einer Art von Code Puzzle Bausteinen. Man zieht einfach die gewünschte Funktionen oder Variable auf den Bildschirm und editert deren Eigenschaftemn. Ein Main Progamm sucht man vergeblich. Alles ist Event gesteuert, z.B. löst der Druck einer Taste ein Buttonx.Click Event aus.

Es empfiehlt sich zumindest die Basis Tutorials durchzuarbeiten, bevor man sich an eigene Programme wagt.

Cellbot light

Das erste selbgeschriebene App Inventor Programm ist eine Cellbot Light Version. Es wird die bestehende Schnittstelle des Cellbot Codes verwendet um den Roboter über die Bluetooth Schnittstelle steuern. Der Arduino Code bleibt unverändert. Allerdings mußte ich nicht bei 0 anfangen. Eine bestehendes Beispiel, das Bluetooth Client Connect Example von ShivalWolf diente als Vorlage. App Inventor unterstützt nur das Bluetooth SPP Profil, was hier vollkommen ausreicht.

Programm Aufbau

So sieht das Frontend Design im App Inventor aus. Connect Button zum Erstellen einer Bluetooth Verbindung. Ein steuerkreuz dient zur Roboter Steuerung. Die vewendeten Symbole stammen aus der freien Open Icon Library

Der Initialisierungs Code überprüft, ob Bluetooth eingeschaltet ist und holt sich die letzten Verbindungs Infos aus einer Datenbank.

Die Liste der verfügbaren Bluetooth Devices. Das ausgewählte Device wird in der Datenbank gespeichert.

Der Code für den Connect Buttton. Hier wird versucht, eine Verbindung zum ausgewählten Bluetooth Device aufzunehmen. Besteht bereits eine Bluetooth Verbindung, kann diese durch den Button wieder geschlossen werden.

Die Control Buttons zur Roboter Steuerung senden den entsprechenden Befehl per Bluetooth zum Roboter. Das Protokoll ist recht simpel:

• ‘f’ forward läßt den Roboter für 1s vorwärts fahren
• ‘b’ backward. Rückwärts fahren
• ‘l’ left. Links drehen
• ‘r’ right. Rechts drehen
• ‘s’ stop. Stoppt den Roboter

Jeder Befehl wird durch einen Zeilenvorschub ‘\n’ abgesschlossen.

Fehlermeldungs Ausgabe. Eventuell auftretende Fehler vom Bluetooth Interface werden hier abgefragt und auf dem User Screen ausgegeben.

Download

Das Programm steht zum Download auf meiner Google Code Page bereit. Zum Import einfach das Zip-File herunterladen und im App Inventor laden.

Wie geht es weiter

Das Senden über Bluetooth ist recht einfach. Als nächstes steht der Bluetooth Empfang und die Darstellung der Sensor Daten an. Da es kein Event zum Bluettoth Empfang gibt, muß hier ein TImer verwendet werden, der zyklisch die Bluetooth Daten einliest.

Weblinks

• App Inventor
• App Inventor Forum
• the App Inventor Repository – tAIR
• tAIR Forum
• ai.kittywolf.net

Steuerung:

Ich mußte lange suchen, um das richtige Controller-Board zu finden. Es endete mit der Entscheidung für das Romeo all-in-One-Board von DFRobot. Es hat alles an Bord, was eine cooler Roboter braucht:

• Motor controller. Der L298 ist der große, starke Bruder des L293
• 3 Pin Steckverbinder für alle IO Pins. Jeder IO Pin verfügt über eigene Stromversorgungs Pin
• extra Motor Stromversorgungs Anschluss
• extra Servo Stromversorgungs Anschluss. Über einen Jumper kann man zwischen externer Servo und interner Versorgungsspannung für die IO Pins wählen.
• 100% Arduino kompatibel, ATmega328 Prozessor mit Arduino Bootloader
• extra Wireless/BT Anschluss
• 8 analoge IOs anstelle von 6 des original Arduino Boards
• extra I2C Anschlüsse
• 7 Benutzer Taster. 5 Taster benötigen nur einen A/D Eingang
• All-in-one Board, keine extra Shields notwendig/li>
• Arduino kompatibler Shield Erweiterungs Port
• fertig montiert kein Löten notwendig
• überall auf der Welt bei vielen Distributoren verfügbar

Zuvor habe ich verschiedene Kombinationen von Boards und Motor Shields für den Arduino durchprobiert. Aber ich habe kein vernünftiges Motor Shield gefunden.

Teileliste:

Die Teile für den Roboter sollten rund 110 € kosten. Hier ist der Teileliste:

• DFRobot Romeo Controller
• DFRobot Ultraschall Sensor URM 37
• 2 x Pololu 1:100 Micro Metal Getriebemotoren
• 2 x Pololu Räder 42mm mit Radencoder Option
• 2 x Pololu Motor Halterung
• 2 x Stützräder, Tamiya 70144
• 1 Platte Polystyrol (PS) DinA4, 3mm dick
• 1 L Profil Polystyrol 25x25mm für die Sensor Halterung aus dem Baumarkt
• 1 x Battery Halter für 6 AA (Mignon) Zellen
• eine Menge M3 Muttern und Schrauben

Chassis:

Statt eines fertigen Chassis kommt hier ein selbstgemachtes Chassis zum Einsatz. Ok, man benötigt mehr Werkzeuge, um ein eigenes Chassis zu bauen, aber auf der anderen Seite hat man die Freiheit, das Chassis mehr an seine eigenen Bedürfnisse anzupassen. Für einen Einsteiger-Roboter ist ein 2-Rad-Differential-Antrieb die beste Wahl. Das Chassis sollte rund oder fast rund sein, die Räder sollten in der Mitte des Roboters angebracht sein. So kann der Roboter auf der Stelle, ohne an Hindernisse zu stoßen. Weil 2 Räder nicht stabil sind , wird mindestens ein 3. Stützrad zusätzlich benötigt. Hier ist sogar noch ein 4. Stützrad vorne vorgesehen, damit der Roboter bei einem scharfen Bremsvorang nicht vornüber kippt.

Das Chassis besteht aus polystyrol (PS) und wurde mit Google SketchUp designed. SketchUp is ein großartiges kostenloses Tool für 3D CAD. Um den Entwurf später beim Bau des Chasssis verwenden zu könne, ist es wichtig im 1:1 Maßstab zu zeichnen. Dann kann man später das design ausdrucken und als Bohrvorlage verwenden. Das 1. Video zeigt den Aufbau des Chassis.

Die Räder befinden sich innerhalb des Chassis. Damit kann der Roboter auf der Stelle drehen, ohne mit den Rädern hängenzubleiben.

Sensoren:

Derzeit wird nur ein Sensor verwendet. Ein Ultraschall Sensor von DFrobot, der URM37 wird hier verwendet. Der Sensor hat verschiedene Ansteuer Modi. Im moment arbeitet der Sensor im seriellen Mode. 2 Prozessor Pins und die Arduino Software Serial Bibliothek werden benötigt.

Ein Stück L förmiges Polystyrol Profil wird als Sensor Halterung verwendet.

Stromversorgung:

Das Board und die Motoren werdee von einem 6xAA Batterie Pack betrieben, um das das Gewicht des Roboters niedrig zu halten. Um Servos mit der selben Stromversorgung zu betreiben, hilft ein kleiner Trick. Das Batterie Pack bekommt einen weiteren Ausgang nach der 4. AA Zelle. Das ergibt 4xAA (4.8V) für Servos und 6xAA (7.2V) für die Motoren.

Erweiterungen:

OnBoard Kamera

Eine GoPro Hero HD wurde verwendet um OnBoard Videos aufzunehmen. Diese Kamera kann HD-Video aufnehmen. Es ist allerdings keine Drahtlose Kamera, das Video wird auf der internen SD-Karte aufgezeichnet.

Bluetooth Fernbedienung:

Ein Sparkfun Bluetooth Mate wird hier verwendet, um den Roboter von einem Android Handy aus fernzusteuern, wie im 3. Video gezeigt wird. Die Cellbot app konnte dazu ohne Änderung verwendet werden. Ein fertiges Arduino Sketch mußte nur wenig geändert werden.

Videos:

Weblinks

• MASHR auf letsmakerobots
• MASHR Flickr Webalbum
• MASHR sourcecode at Google Code

• All-in-one Remote
• Photoduino

Beide Projekte sind sich sehr ähnlich. Für mich schien Photoduino die beste Wahl für meine Bedürfnisse zu sein. Das Wichtigste für mich:

• Zeitraffer Funktion
• externe Trigger Funktionen für mikrofon oder Lichtschranken

Aber Photoduino bietet aber noch eine Menge mehr an Features:

• Druck Sensor
• 2fach Blitzgeräte Auslöser
• alle Kombinationen von Auslösern für Kamera und Blitzgeräte Funktionen

Photoduino Shield

Die Photoduino Platine bestellte ich von der Photoduino Seite. Die meisten der benötigten Teile sind sehr gebräuchlich, mit Ausnahme des Thyristors SCR BT149D. Kein Händler hat den und ich habe zunächst keinen Ersatz Typ gefunden (inzwischen habe ich den BRY55 bei Reichelt entdeckt, der könnte funktionieren). Auf anderen Schaltpläne, die man im Netz so findet, werden Optokoppler anstelle von Thyristoren verwendet. Also beschloss ich, die 4 Thyristoren durch einem 4-fach Optokoppler zu ersetzen.

Das Ergebnis ist hier abgebildet. Ich habe einen Adapter mit dem Optokoppler auf Lochraster aufgebaut. Davor testete ich den Aufbau auf dem Steckbrett und es funktionierte soweit gut. Nur den Blitz konnte ich nicht testen, mangels Verfügbarkeit.

Optokoppler Schaltung

Da einige Leute die Ersatz Schaltung mit dem Optokoppler haben wollten, hier noch das Schaltbild und ein Layout Entwurf:

Auf dem Photoduino Shield entfallen dadurch die Widerstände R5..8 und dir Thyristoren T1..4. Aus Platzgründen habe ich SMD Widerstände unten direkt am IC Sockel gelötet. Die Ausgänge des Optokopplers müssen jeweils überkreuz mit den Thyristor Anschlüssen auf dem Shield verbunden werden. Zusätzlich muß noch eine Masseverbindung gelötet werden.

Stückliste:

• 4 x SMD Widerstand 470Ohm
• 1 x 4fach Optokoppler PC847
• 1 x IC Sockel 16polig
• 1 Stück Lochraster doppelseitig Kupferkaschiert

Zusammenbau

Alle Teile sollten in ein schönes Gehäuse passen. Ich fand die Euro-Box von Reichelt perfekt für diesen Job. Bohr-Masken wurden mit SketchUp erstellt und ausgedruckt. Das Papier wird auf das Gehäuse gelegt, festgeklebt und die Löcher direkt durch das Papier gebohrt. Der schnellste und einfachste Weg, dies zu tun.
Lediglich der rechteckige Ausschnitt des LCD Moduls ist etwas mühsamer zu erstellen. Ein Dremel mit Mini Flex Scheibe zum Groben ausschneiden und eine Feile für die Feinarbeit, fertig!

Anschlüsse

Für die externe Anschlüsse wurden 7 Cinch-Buchsen und 1 Stereo 3,5 mm Klinke verwendet.

Die 3.5mm Stereo-Buchse wird für die Steuerung von Fokus und Auslöser der Kamera verwendet. Ich musste nur eine günstige Canon N3 kompatible Fernbedienung für mein Kamera Modell erwerben und mit einem Stereo-Klinkenstecker versehen.

Test Aufnahmen

Hier ist eine Testaufnahme mit einem Mikrofon als externen Auslöser. Der Sound des ersten Aufpralls löst die Kamera as.

Weitere Arbeiten

Im Moment funktioniert die LCD-Hintergrundbeleuchtung nicht. Mein LCD-Modul hat eine andere Pinbelegung für die Hintergrundbeleuchtung. Das muss behoben werden. Die Hintergrundbeleuchtung wird direkt über einen Digital IO betrieben. Besser wäre es, hier einen Transistor zu verwenden, Stromaufnahme kann sonst zu hoch sein. Gleiches gilt für die IR-Lichtschranke. Vielleicht wäre ein Redesign des Photoduino Board eine weitere Aufgabe für die Zukunft.

Mit einem externen Blitzgerät könnte man zusammen mit dem Photoduino einige kreative Fotoprojekte wie Highspeed Fotografie realisieren (Platzende Ballons, brechendes Glas etc.). Der Auslöser der Kamera ist dafür einfach zu träge, ein geladener Blitz zündet praktisch ohne Verzögerung. So etwas muß ich mir unbedingt zulegen. Weitere Photos, die mit Hilfe des Photoduino gemacht wurden, findet man in der Flickr Photoduino Group.

Weblinks

• Photoduino
• Photoduino Artikel auf Make:Online
• Photoduino Album auf Flickr
• Flickr Photoduino Group
• Reichelt Warenkorb

Aufbau:

Der Ardubot ist modular aufgebaut. Alle Module werden nur einfach aufeinander gesteckt oder verschraubt. Die Verbindungen zwischen den Modulen sind mit Drähten bzw. Kabel steckbar ausgeführt. Auf dem Trägerplatine bzw. dem Seeeduino  sind alle Steckverbinder angebracht die zum Verbinden der Module benötigt werden. Durch diese flexible Verkabelung lassen sich leicht unterschiedliche Varianten zum Anschluß der Hardware mit dem Arduino ausprobieren.

Die bisher vorhandenen  Module sind im einzelnen:

• Trägerboard mit Motor Treiber, Motoren, Radencoder
• Prozessor Modul
• I²C LCD Modul
• Liniensensor

Als Erweiterungen sind geplant bzw. befinden sich im Bau:

• Asuro Erweiterungs Modul.  Ermöglicht das Anschließen von Asuro Erweiterungen wie SnakeVision,  US Sensor.
• Sensor Modul für verschiedene Ultraschall bzw Infrarot Entfernungssensoren, Lichtsensoren
• Gyro/Acceleration Board um den Ardubot auf  den Hinterrädern balancieren zu lassen
• Funk Kamera Modul mit Schwenk/ Neige Servo
• Bluetooth oder ein anderes drahtloses Kommunikations Modul

Trägerboard:

Das Ardubot PCB ist das Trägerboard für den Ardubot. Wie beim Asuro bildet die Platine zugleich das Chassis für den Roboters. Die Ardubot Platine besteht aus:

• Lochrasterflächen und Strom Versorgungs Reihen,
• einem Arduino konformen Steckplatz und Bohrungen,
• Bohrungen für die Motor Halterungen und das Bugrad
• Anschluß für Batterie und Schalter
• der Anschluß für den L293D  Motor Halter und die Motoren

Leider ist einiges nicht so verdrahtet, wie ich mir das gewünscht hätte. Im Nachhinein hätte ich auch gleich eine fertige doppelseitig kontaktierte Lochraster Platine verwenden können. Folgende Änderungen wurden deshalb an der Ardubot Platine vorgenommen:

• Motor Controller Eingänge von den Arduino Steckplatz durchtrennt und auf eine eigene Buchsenleiste geführt
• Enable Pins des Motor Controller waren mit VCC verbunden. Durchtrennt und ebenfalls auf die Buchsenleiste geführt
• Die beiden Reihen für  Batteriespannung und GND getauscht. Damit sich Sensoren oder Servos mit 3pol Standard Anschlüssen anschließen lassen
• alle Arduino Pins sind nochmals vorne an den Seiten auf Stiftleisten geführt

Trotz aller Umbauten ist die Ardubot Platine immer noch nicht perfekt.

• Durch die verwendeten größeren Räder kann man den USB Stecker am Arduino nicht mehr anstecken, ohne das er am Rad schleift.
• Ich hätte gerne auch das Seeeduino Mega Board ausprobiert. Von den Abmessungen kaum größer als das Seeeduino V328 aber die Steckverbinder sind leider etwas versetzt. Darum paßt es nicht. Auf einem etwas größeren Board (Standard EuoPlatine 100x160mm) müßte es gehen oder mit längeren Steckverbindern.
• Dadurch, dass das Arduino Baord mit den Steckverbindern nach unten auf die Ardubot Platine gesteckt wird, kann man kein Standard Arduino Shield verwenden. Außer es ist ein Shield mit ‘stackable Headers’.

Ardubot Unterseite:

Die Unterseite der Ardubot Platine enthält eine Menge an zusätzlichen Drähten und Bauteilen. Neben dem L293D Motor Controller, einem weiteremPCF8574 Port Expander für den Liniensensor auch ein 74AC14 Hex Inverter C. Derzeit werden 2 Inverter für die Motor Steuerung verwendet, was 2 Arduino IOs einspart.

Dieses Bild mit Notizen auf Flickr anschauen.

Ardubot Oberseite:

Auf der Oberseite sieht man neben den neu verdrahteten Verbindungen eine Menge an SMD Widerständen. Da alles so flexibel wie möglich sein soll, sind alle Eingänge der Chips mit Pulldown Widerständen versehen. Zudem sind alle Ein-und Ausgänge auf die unten zu sehenden Front Steckverbinder geführt. So kann relativ schnell die Hardware neu verdrahtet werden ohne zum Lötkolben greifen zu müssen.

Dieses Bild mit Notizen auf Flickr anschauen.

Quadratur Encoder:

Das folgende Bild zeigt ein Pololu Rad mit dem Quadratur Encoder. Über 2 Trimmer kann man die beiden Ausgangssignale anpassen, damit diese ein perfektes Rechteck Signal und ein 90° phasenverschobenes Signal ausgeben.

Prozessor Modul:

Als Gehirn für den Ardubot kommt ein Seeeduino V328 Board zum Einsatz. Ein Arduino Duemilanove clone. Das Seeeduino wurde von mir nicht nur wegen der zum Trägerboard passenden Farbe ausgewählt. Es hat zudem einige wichtige Vorzüge gegenüber dem Duemilanove:

• 2 extra A/D pins
• seperate Anschlüsse  für I²C und UART
• separate Arduino IOs auf der Rückseite mit Lochraster konformen Abmessungen
• Arbeitet mit 5V oder 3,3V (über Schalter umschaltbar)
• Auto oder Manueller Reset (über Schalter umschaltbar)

Dieses Bild mit Notizen auf Flickr anschauen.

I²C LCD Modul:

Das LCD Module ist ein DOGM 163 3×16 Zeichen Display von lcd-module.de. Es kann im 8-bit, 4-bit und SPI Mode betrieben werden. Aufgrund der Limitierung der Arduino IOs wird das LCD im 4-Bit Mode über einen I²C Port Expander betrieben. Die Standard LiquidCrystal Arduino Bibliothek wurde entsprechend angepasst. Über Jumper und einen separaten Steckverbinder kann man das Modul auch im SPI Mode betrieben. Über die hinteren Steckverbinder ist auch ein 4-Bit Betrieb möglich. I2C ist natürlich aufgrund des Bussystems natürlich die Methode die die wenigsten Pins benötigt, allerdings auch sehr langsam (100µs pro Zeichen bei 100kHz I2C Bustakt).

Dieses Bild mit Notizen auf Flickr anschauen.

Erster Test, schreibe ‘LMR’:

Der erste Test für den Ardubot gilt den Rad Encodern. Diese sind zwar mit einer Auflösung von 48 Impulsen pro Rad Umdrehung nicht sehr exakt. Um einfache Figuren zu zeichnen, sollte es aber allemal reichen. Bei letsmakerobots gibt es schon seit einiger Zeit einen Wettbewerb, in dem es darum geht, die Buchstaben ‘LMR’, die Abkürzung für letsmakerobots, mit einem Roboter darzustellen. Das ist doch schon mal eine echte Herausforderung.

Als fauler Programmieren baut man natürlich auf etwas, was man schon kennt. In diesem Fall den Asuro und die Asuro Library. Der Asuro hat ja auch Radencoder mit einer ähnlichen Auflösung und in der Asuro Lib gibt es die passenden Funktionen für Go und Turn zum Fahren unter Zuhilfenahme der Radencoder. Die beiden Funtkionen bzw. die aktuelle GoTurn Funktion ist schnell für den Ardubot in ein Arduino Sketch umgewandelt. Aber irgendwie funktioniert das ganze noch nicht so richtig. Es ist scheinbar egal ob ich die Korrektur der Geschwindigkeit durch Vergleich von linkem und rechtem Encoder drinhabe oder nicht. Es kommt fast immer zu einer leichten Abweichung. Wenn ich die Korrektur weglasse, sieht das Ergebnis genauso aus. Da steckt noch irgendwie der Wurm drin. Trotzdem bin ich mit dem ersten Ergebnis soweit zufrieden.

Hier gibt es das Video zu diesem ersten Test.

Wie man beim letzten Buchstaben dem ‘R’ sehen kann ist der Halbkreis doch sehr klein geworden. Das liegt diesmal aber nicht an der Software, sondern an der Hardware. Die Räder bewegen sich erst ab einem PWM Wert von ca. 80. Unter 80 geben die Motoren nur pfeifende Geräusche vonn sich. wenn sich die Räder dann drehen, schafft man es einfach nicht mehr engere Kurven zu fahren. Der Kreis wird gleich zu groß (ca 30cm) wenn sich das innere Rad zu drehen beginnt oder zu klein, wenn es stehen bleibt (ca 9cm). Für den perfekten Halbkreis wären aber 15cm richtig.

Des weitern erkennt man in dem Video, das der Stift bei jeder Drehung einen kleinen Bogen beschreibt. Ist natürlich logisch, da der Stift ja versetzt von der Drehachse des Roboters angebracht ist. Abhilfe könnte hier ein Servo schaffen, der den Stift auf Kommando absetzt oder anhebt. Zudem müßte man dann mit dem Roboter vor jeder Drehung:

• den Stift anheben
• ein kleines Stück zurückfahren
• drehen
• wieder ein kleines Stück vorfahren
• Stift absenken

Daran bastele ich gerade als nächstes.

Weitere Tests:

Für die Zukunft sind weitere Test geplant:

• Zeichnen mit Stift und Servo
• Liniensensor Test
• Enrfernungs Sensoren testen
• IR Fernbedienung
• Balancieren auf den Hinterrädern

Weblinks

• Ardubot Flickr Album

Zu gewinnen gibt es:

1. Preis

• GPS Micro
• Arduino Mega
• Mega Protoshield

2. Preis

• Ardupilot mit ATmega328
• GPS EM-406A SIRF III
• Arduino Duemilenova

3. Preis

• Solarzelle 7×11 cm
• LiPo Batterie 1100mAh
• Lipo Lader MAX1555

LMR DAGU Mr. Basic Wettbewerb:

Das Chassis von Mr. Red Adair ist das Mr. Basic Chassis der chinesischen Firma DAGU / AREXX. DAGU / AREXX ist auch Hersteller der Asuro Bausätze und hat für letsmakerobots (LMR) eine Sonder Edition von 50 Mr. Basic Chassis für den Wettbewerb zur Verfügung gestellt. Für einen Unkostenbeitrag von 22US$ konnte jedes LMR Mitglied einen der Bausätze erwerben und am Wettbewerb teilnehmen. Regeln gab es keine besonderen. Man musste lediglich den kompletten Bausatz (mit Ausnahme der Aufbauten wie z.B. der Leerplatine und dem Batteriefach) verwenden. Prämiert wurden die ersten 3 Roboter Modelle mit den meisten User Stimmen. Der Wettbewerb endete am 5. Juli 2009. Mit etwas Glück landete Mr. Red Adair unter den ersten Drei und erhielt ein Preisgeld von 100US$.

Aufbau

Mr. Red Adair besteht aus dem Mr. Basic Chassis mit seinem 4-Rad Antrieb. 2 DC Motoren mit angeschlossenem Getriebe und den Antriebsachsen bilden einem gewöhnlichen differentiellem Roboter Antrieb. Nach anfänglichen Schwierigkeiten mit falsch gelieferten Achsen läuft das ganze nun doch noch rund. Die Schrauben müssen allerdings regelmäßig nachgezogen werden oder besser gleich mit Sekundenkleber fixiert werden.

Steuerung

Als Gehirn kommt ein Atmel ATmega328 mit Arduino Bootloader zum Einsatz. Der Controller wurde einfach auf Lochraster aufgebaut, mit den üblichen Steckverbindern für Sensoren/Aktoren (3polig, Signal, VCC, GND) für alle IOs, FTDI USB-UART Kabel (6polig), Reset Taster und einem 16MHz Quartz bestückt. Damit ist er unter der Arduino Oberfläche als normales Arduino Duemilanove Board ohne Änderungen ansprechbar. Aufgrund des USB-UART Anschlusses und dem bereits eingebrannten Bootloader kann der obligatorische ISP Steckverbinder entfallen.

Sensoren

Als Sensoren kommt zum neben einem Maxbotix EZ1 Ultraschall Entfernungsmesser nur noch eine Wii IR Camera als Flammendetektor zum Einsatz. Die Wii IR Camera wurde aus einer Original Wii Remote ausgelötet und zusammen mit einigen anderen Bauteilen auf Lochraster aufgebaut. Dank an U. Jürss vom CC2 für die Schaltung. Die Wii IR Camera verfügt über ein I2C Interface und kann so recht einfach vom Arduino Controller ausgelesen werden. Nach Senden der Initialisierungs Sequenz kann man die Koordinaten (X, Y) und die Intensität von bis zu 4 Infrarot Quellen auslesen. Die Koordinaten umfassen 1024×1024 Punkte, der Erfassungsbereich beträgt etwa 1-2m für eine Kerze in einem horizontalen Winkel von ca 40°. Die Intensität der IR Quelle kann in 15 Stufen erfasst werden, daraus lässt sich in Grenzen auf die Entfernung zum Objekt schließen. Ansonsten dient der EZ1 zum Erkennen der Entfernung zum Objekt.

Der Wii IR Sensor mit externer Beschaltung auf Lochraster. Wichtig ist, den Sensor mit dem IR Filter zu betreiben, jene schwarze Kunststoffsscheibe, die sich vor dem Sensor im Wii Remote Gehäuse befindet.

Aktoren

Da die Mabuchi RE-260 Motoren nur mit max. 4.5 V betrieben werden, aber gerne bis zu 2A ziehen, sind Motor Treiber mit besonderen Anforderungen gefragt. Zwar wäre es nach Reglement möglich mehr Batterien (z.B. 6xAA) zu verwenden und die Motoren über PWM zu regeln (ohne 100% Ansteuerung). Ich entschied mich für den Pololu LVDSMC Low Voltage Serial Dual Motor Controller (LVSDMC) und komme dafür mit dem Original 3xAA Batteriepack aus. Allerdings war noch eine 9V Block Batterie für die Elektronik (5V geregelt) und den Blower Motor (9V ungeregelt) notwendig. Der Blower Motor ist vorne am Chassis mit einem Alu Winkel befestigt und wird einfach über einen N-FET ein- und ausgeschaltet. Eine Motorbrücke ist hier nicht notwendig, da er immer nur in dieselbe Richtung läuft. Zum Einsatz kommt hier ein Motor, den ich aus einem defekten Haar Trockner ausgebaut hatte. Ohne zu wissen, das dieser Motor auch mit Gleichstrom läuft hatte ich ihn mal testweise an eine Batterie geklemmt und er lief. So konnte dann auch gleich der Propeller ohne Änderung mit übernommen werden. Mit t 9V lief der Motor flott genug um eine Kerze oder ein Teelicht auszublasen. Dabei zieht er zwar ca. 500mA, aber er läuft ja nur kurze Zeit.

Der Pololu Low Voltage Dual Serial Motor Controller (LVDSMC) benötigt nur zwei Prozessor Pin und einige wenige externe Bauteile. Ein paar Abblock Kondensatoren (100µF und 100nF) und ganz wichtig ein Pullup Widerstand von 1..1.5kOhm an der Reset Leitung. Über den Reset Pin kann der Motor Controller zurückgesetzt werden, der andere Pin ist für die Kommunikation zuständig. Ein simples serielles Protokoll, mit einer Soft-UART auf dem Arduino Prozessor simuliert, reicht aus. So bleibt die normale UART für Debug Ausgaben frei.

Videos

Das erste Video zeigt den Test der Einzelkomponenten.

Das zweite Video zeigt den finalen Test.

Weblinks:

• Mr. Red Adair Artikel auf LMR
• Wii IR Camera als Standalone Sensor

• Arduino Duemilanove Board.
• Extended Workshop Kit
• Buch – Getting started with Arduino

Gestiftet wurden die Preise von der Firma Watterot electronic.

Genaueres über die Teilnahme am Gewinnspiel findet man auf freeduino.de

Um am Gewinnspiel teilzunehmen geht es um die Frage:
Was würdest Du an Gegenständen in Deinem Alltag verbessern, die Dir schon lange auf den Nerv gehen?

Meine Ideen wären:

1. Eine Low Cost Hausautomation mit dem Arduino. Klar, wenn Geld keine Rolle spielt oder man zufällig sowieso gerade ein Haus neubaut oder von Grund auf renoviert könnte man sich auch ein EIB, LCN oder LON Hausbus System installieren lassen. Das ganze sollte ohne Neuverkabelung und rückbaufähig auch für Mietwohnungen funktionieren und beliebig skalierbar sein. Komfort Lichtsteuerung wie z.B. coming/leaving home. Alle verzichtbaren Stromverbraucher werden beim Verlassen der Wohnung oder dem Zubettgehen ausgeschaltet. Programmierbare Licht Ambiente Schaltungen auf Knopfdruck. Mitdenkende Flurbeleuchtung. Panikschaltung usw.

2. Heimkino Steuerung. Als Heimkinobesitzer ärgern mich die vielen Einzelaufgaben die man erledigen muß bevor man mit dem Beamer gemütlich einen Film schauen kann. Leinwand runterkurbeln, Beamer einschalten, Zimmer verdunkeln, Licht ausschalten etc. Das könnte man sicher auch sehr gut automatisieren.

3. Mobiler Partykeller. Der Partykeller zuhause ist längst zur Rumpelkammer verkommen. Jetzt kommt der Überall Partykeller zum Mitnehmen. Mit Lichtorgel, Moving Heads, Laser Show und weiteren Lichteffekten, natürlich mit stromsparender LED Technik. Dazu eine Ipod Steuerung mit drahtloser Musikübertragung zur Stereoanlage. Die komplette Anlage sollte in einen Aktenkoffer passen. Zur Not sollte auch Batteriebetrieb mit kleinen Aktivboxen oder über Drahtlos Kopfhörer (1 pro Partygast) möglich sein, für Freiluft Partys.

Und was ist deine Idee? Welcher Alltagsgegenstand nervt dich so sehr, dass man ihn mit Hilfe eines Arduino Boards verbessern könnte?

Erste Versuche

Die ersten Versuche mit einem geclonten Arduino Diecimila Bootloader verliefen schon mal vielversprechend. Mit
Ein paar Änderungen in der Board Beschreibungsdatei hat man ein neues Board dazugefügt und dieses taucht nach dem Start der Arduino Oberfläche unter Tools | Boards aus.

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atmega168.name=Arduino Asuro w/ ATmega168
atmega168.upload.protocol=stk500
atmega168.upload.maximum_size=14336
atmega168.upload.speed=9600
atmega168.bootloader.low_fuses=0xff
atmega168.bootloader.high_fuses=0xdd
atmega168.bootloader.extended_fuses=0x00
atmega168.bootloader.path=atmega168asuro
atmega168.bootloader.file=ATmegaBOOT_168_asuro.hex
atmega168.bootloader.unlock_bits=0x3F
atmega168.bootloader.lock_bits=0x0F
atmega168.build.mcu=atmega168
atmega168.build.f_cpu=8000000L
atmega168.build.core=arduino

Nach einstellen der Schnittstelle wird der Asuro auch gleich erkannt und das Beispiel Sketch kann übersetzt und geladen werden.
Allerdings zeigte sich dabei der Effekt das beim Flashen bzw. beim Einschalten oder Reset des Asuros der rechte Motor für ca. 10sek los läuft. Das ist natürlich unschön und liegt am Original Arduino Bootloader. Dort wird PB5 als Port für die Status LED verwendet. Beim Asuro ist dieser Port mit dem rechten Motor verbunden. Autsch!!

Bootloader anpassen

Da der Quellcode für den Bootloader als Open Source zur Verfügung steht, ist das Ändern der Status LED kein Problem. Allerdings blieb auch nach Änderung die recht lange Wartezeit von 10sek bis das Anwenderprogramm gestartet wird. Nach ein paar Internet Recherchen war auch für dieses Problem eine Lösung in Form des ADABOOT Bootloader gefunden. Dieser Bootloader bietet einige Vorteile gegenüber dem Arduino Bootloader. Damit bin ich erst mal glücklich.

Allerdings klappt die Übertragung bisher nur über RS232. Bei Bluetooth Anbindung gibt es keine Verbindung zwischen der Arduino IDE und dem Asuro.  Man kann zwar in der Bluetooth Umgebung die Verbindung manuell herstellen, dann klappt immerhin die Verbindung im Terminalmode. Versucht man aber ein Sketch zu laden, bricht die Verbindung wieder ab. Mit Hyper Terminal gibt es keine Probleme unter Bluetooth. Schade, aber man kann wohl nicht alles haben. Allerdings besteht noch Hoffnung. Auf der Chip45 Homepage, gibt es den Ur-Bootloader für die Arduino Boards. Dort gibt es auch ein kleines Tool zum Flashen von Programmen über den Bootloader. Dies ließe sich vielleicht anpassen, damit das Flashen auch unter Bluetooth funktioniert. Ein nettes Feature der Arduino Bootloader ist der automatische Reset des Boards, wenn ein neues Programm geflasht werden soll. Dazu muss lediglich ein 100nF Kondensator zwischen Reset Leitung und DTR Steuerleitung gelötet werden. Allerdings Führt das auch dazu, dass der Asuro einen Reset ausführt, wenn man die Arduino IDE, bzw. das Terminalprogramm startet.

Theoretisch ließe sich der Bootloader auch soweit anpassen, das er auch über die Standard Infrarot Schnittstelle des ASUROs funktioniert. Dazu müsste lediglich noch der 36kHz Timer für die Ansteuerung der IR-LED implementiert werden. Praktisch funktioniert das leider nicht. Die IR Übertragung ist leider zu fehlerträchtig.

Den Asuro Bootloader kann man sich bei Sourceforge herunterladen

Asurino – Eine Arduino Bibliothek für den Asuro

Aus dem bestehenden Sketch von Jakob Remin habe ich angefangen eine Arduino Bibliothek zu schreiben.
Der Name Asurino ist ein Kunstwort zusammengefügt aus den beiden Worten Asuro und Arduino. Bibliotheken für Arduino werden in C++ geschrieben. Das hört sich erst mal nach viel Arbeit an, ist aber nicht sonderlich schwer. Es gibt eine sehr gute Anleitung zum Schreiben von Bibliotheken. Man braucht auch nicht bei Null anfangen, da man natürlich die vorhandenen Arduino Funktionen alle verwenden kann. Außerdem kann man sich an bereits existierenden Bibliotheken orientieren.

Bisher ist die Bibliothek noch recht rudimentär und sicher auch nicht fehlerfrei. Wer möchte kann sich die derzeitige Arbeitsversion bei Sourceforge herunterladen.

Asuro Beispiel Sketche

Ein Beispiel Sketch für den Asuro sieht z.B. so aus. Durch das
#include "Asuro.h"
wird die Bibliothek eingebunden. Die Zeile
Asuro asuro = Asuro();
ist der Aufruf für den Konstruktor der Asuro Klasse. Die Setup Routine wird einmalig beim Start des Sketches ausgeführt und initialisiert lediglich die serielle Schnittstelle. Die Asuro spezifische Initialisierung passiert bereits im Konstruktor. Die loop Funktion wird dann zyklisch vom Hauptprogramm aufgerufen und durchlaufen. Das eigentliche Programm fragt die Tastsensoren ab. Falls eine Taste gedrückt wurde, wird der Tastenwert binär zum Terminalprogramm gesendet und die Status LED für eine Sekunde auf Rot gesetzt, dann wieder zurück auf Grün.

#include "Asuro.h"
Asuro asuro = Asuro();
void setup()
{
  Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
  int Switches;
  /* front switch check */
  Switches = asuro.readSwitches();
  if (Switches)      /* Key pressed?
  {
    Serial.println("switches pressed");
    Serial.println(Switches, BIN);    /* send key value in binary */
    asuro.setStatusLED(RED);        /* status led red */
    delay(1000);                         /* wait 1sec */
  }
  asuro.setStatusLED(GREEN);      /* status led green */
}

Einen aktualisierten Artikel zu diesem Thema findet man im AsuroWiki.

Weblinks

• Arduino
• Arduino Playground
• Arduino and the Asuro Robot
• Asurino, an Arduino Library for the Asuro robot
• Sourceforge – Asurino, AsuroBoot Download
• Asurino Artikel im AsuroWiki