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

Da die Module für 3,3V Versorgungsspannung ausgelegt sind benötigt man für den Anschluß an ein 5V System neben einem 3,3V Spannungsregler noch 2 Pegelwandler (Level Shifter) für die UART Signale. Zudem will man sicher nicht auf eine Statusanzeige mittels LEDs verzichten. Der Preis für ein Modul liegt trotzdem alles in allem bei ca. 20€.

Die Schaltung

Die Schaltung des Bluetooth Moduls ist für den Betrieb an einem 5V System ausgelegt. Als Spannungsregler kommt ein regelbarer LM317L zum Einsatz. Ebenso könnte ein 3,3V Festspannungsregler wie z.B. der LF33CV verwendet werden.

Pegelwandler

Ein Pegelwandler (englisch Level Shifter) dient dazu, Signalpegel unterschiedlicher Spannungspegel anzupassen. Ein typischer Vertreter für einen Pegelwandler ist z.B. ein RS232 Wandler. Dieser wandelt die 12V Pegel einer RS232 Schnittstelle in 5V TTL Pegel um.
Die Pegelwandler für unser Bluetooth Modul werden aus je 2 NPN Transistoren und ein paar Widerständen gebildet. Theoretisch könnte man den 3,3V nach 5V Level shifter auch weglassen, da die 3,3V Pegel normalerweise als HIGH Pegel erkannt werden. Ebenso ließe sich der 5V nach 3,3V Level shifter durch einen Spannungsteiler, der nur aus 2 Widerständen besteht ersetzen. Aber lieber gehe ich hier auf Nummer Sicher.

Externe Antenne

Beide Module besitzen keine Antenne. Was aber nicht weiter schlimm ist, ein Stück Draht tut es ebenso gut. Man erzielt damit eventuell sogar eine höhere Reichweite, als mit einer Keramik Antenne. Im speziellen wird eine sogenannte Lambda/4 Antenne benötigt. Die Länge einer Lambda/4 Antenne entspricht einem Viertel der Sendefrequenz, bei Bluetooth (2,4GHz) ergibt das eine Länge von 31mm.

Adapter Board

Zunächst wird das BTM-222 Modul auf das Standard Raster von 2,54mm gebracht. Dazu wird das Modul mit Heißkleber mittig auf ein Stück Lochrasterplatine der Größe 40 x 25mm geklebt. Doppelseitiges Punktraster ist hierzu ideal. Die für den Betrieb notwendigen Kontakte werden auf 2 9-polige Stiftleisten geführt. Davon werden insgesamt aber nur 7 Kontakte benötigt. Als Hauptproblem stellte sich hier heraus, geeignete Drähte zu finden um das Modul zu verdrahten. Der dünnste, mir zur Verfügung stehende Silberdraht mit 0,4mm Durchmesser, war hier immer noch zu dick. Nach einigem Ausprobieren war der geeignete “Draht” gefunden. Die Einzel Kupferlitzen aus einen Stück flexiblen Elektrokabel ließen sich problemlos an die Winz-Kontakte des Moduls anlöten. Lediglich für die Masseverbindung wurde Standard Litze mit 0,6mm verwendet. Die Abblockkondensatoren wurden ebenfalls mit auf diese Adapterplatine gelötet. So ließe sich das Modul schon komplett in einem 3,3 System integrieren. Für 5V System fehlen aber noch ein paar Kleinigkeiten.

Inbetriebnahme

Bluetooth Profile

Der Datenaustauch über Bluetooth erfolgt über sogenannte Profile. Beim Verbinden tauschen die Geräte ihre Profil Informationen aus und einigen sich dabei über das verwendete Profil
Beide BTM Module (BTM-112 und BTM-222) unterstützen das SPP Profil (Serial Port Protocol). Damit ist die Ansteuerung sowohl von PC Seite als auch von Mikrocontroller Seite besonders einfach. Von der PC Seite (Bluetooth) verhält sich das Gerät wie eine COM Schnittstelle. Von Mikrocontroller Seite (Seriell) werden nur die UART Signale RXD und TXD benötigt. Das ganze bezeichnet man auch “Kabelersatzlösung”. Das heißt die Anwender Software und auch die angeschlossene Mikrocontroller Hardware merkt nichts davon, alles verhält sich wie eine normale drahtgebundene serielle Verbindung.

Probeaufbau auf Steckbrett

Durch die Stiftleisten kann man Bluetooth Modul einfach auf ein Steckbrett stecken um dort die restliche Schaltung für die 5V Logik aufzubauen und zu testen. Dazu gehören die 3,3V Spannungsversorgung ein paar Status LEDs und die beiden Levelshifter.

Erste Versuche

Die ersten Versuche mit dem Probeaufbau bestanden nur aus dem Modul und ein paar Status LEDs an den Ports PIO5..7 mit einem 3,3V Labornetzteil. Damit läßt sich schon mal die Stromaufnahme testen. Nach Anlegen der Spannung flossen 50mA duch die Schaltung. Die LED an PIO5 blinkte 2x kurz zusammen mit der LED an PIO7. Danach blinkte nur noch die LED an PIO7 2mal pro Sekunde. Das schaute schon mal nicht schlecht aus. Auch unter der Bluetooth Umgebung auf dem PC war ein unbekanntes Gerät zu finden. Eine Verbindung liess sich allerdings nicht aufbauen. Das ist am Anfang nämlich nur direkt über die serielle Schnittstelle möglich.

1. serielle Verbindung

Für die Konfiguration des Bluetooth Moduls wird einmalig ein serielle Verbindung zum PC über einen RS232 Adapter oder einen USB-UART Wandler benötigt. Der RS232 Wnadler setzt die UART TTL Pegel (0V..5V) in RS232 Pegel (+12V..-12V) um. Ein USB-UART Wandler ist bei modernen PCs notwendig, die über keine RS232 Schnittstelle verfügen. Achtung es muß ein USB-UART Wandler mit UART TTL Pegel sein. Die üblichen USB-RS232 Wandler arbeiten auf der seriellen Schnittstelle wieder mit RS232 Pegel, wozu dann zusätzlich auf der Bluetooth Modul wiederum ein RS232-TTL Wandler notwendig wäre.
Der unten abgebildete selbstgebaute RS232-UART Wandler besteht aus einem MAX202 Chip und 4 Kondensatoren.

Im Terminalprogramm sind folgende Einstellungen der seriellen Schnittstelle vorzunehmen:
"19200 Baud, 8 Datenbits, no Parity, 1 Stop Bit, Handshake kein oder Hardware"
Nach dem Anlegen der Versorgungsspannung reagiert das Modul auf AT-Befehle, die man vom Terminalprogramm aus eingibt. Auf ‘AT’ antwortet das Modul mit ‘OK’. Den kompletten Befehlssatz findet man im Datenblatt. Einige Befehle funktioneren nur im Master Mode. Da unser Modul als Slave arbeitet, gibt es bei der Eingabe entsprechender Befehle eine Fehlermeldung ‘ERROR’. Auf den Befehl ‘ATB?’ antwortet das Modul mit seiner Bluetooth Adresse. ‘ATI?’ liefert die Firmware Version (‘v4.19′ bei meinem Modul).
Korrektur vom 31.12.2010:
Letztendlich genügt der Befehl ‘ATH1′ und nicht ‘ATH0′ wie vorher beschrieben, damit das Modul eine Verbindungsaufnahme über Bluetooth ermöglicht. Ein spezielles Pairing mit Eingabe von Pin Code o.ä. ist nicht notwendig.
Korrektur vom 02.07.2008: Die Eingabe des Befehls ‘ATH1′ ist nicht notwendig, dass ist bereits die Default Einstellung. Falls es Probleme geben sollte, genügt es einen Werks Reset auszuführen mit ‘ATZ0′.

1. Bluetooth Verbindung

Jetzt wird es Zeit eine erste Verbindung über Bluetooth herzustellen. Beim Anlegen der Spannung an das Modul fällt mir auf, das die Stromaufnahme jetzt sehr schwankt (zwischen 20..70mA im Sekundenrythmus). Aber kein Grund zur Sorge, das ist alles normal. Wen man nun unter der Bluetooth Umgebung auf dem PC auf den ‘Serial Adaptor Dev B’ doppelklickt, bekommt eine Verbindung, und man erhält die COM Nummer, unter der man das Modul unter Bluettoth erreicht (COM3 in meinem Fall). Diese COM Nummer gibt man im Terminalprogramm an, die anderen Parameter wie Baudrate sind dieselben wie oben beschrieben. Bei erfolgreicher Verbindung geht die Stromaufnahme auf 20mA zurück und die grüne Status LED zeigt jetzt Dauerleuchten. Drückt man nun eine Taste im Terminalprogramm leuchtet dazu die rote Traffic LED. Perfekt, so macht das Spaß.
Für zukünftige Verbindungen reicht es aus, das Terminalprogramm zu starten. Die Verbindung steht dann binnen 2-3 Sekunden.

Trägerboard

Nun geht es daran, die Schaltung vom Probeaufbau auf eie Lochraster Platine zu bringen. Damit das komplette Modul nicht zu groß wird, entscheide ich mich für eine Sandwich Konstruktion. Die meißten Bauteile sitzen dann unter dem Adapterboard. Viel Platz ist nicht, aber mit Hochkant Stellen der meisten Widerstände klappt es ohne Probleme, alles unterzubringen. Man muß allerdings darauf achten, dass die Bauteile nicht zu hoch ragen, sonst könnte es Kurzschlüsse mit dem Adapterboard geben. Die Steckerbelegung des 6poligen Steckverbinders entspricht der Belegung meines BlueSmiRF bzw. RS232 Moduls. So kann ich die Module beliebig untereinander tauschen.

Das Trägerboard Bauteilseite:

Das Trägerboard Lötseite:

Trägerboard Layoutplan Bauteilseite:

Trägerboard Layoutplan Lötseite:

Das fertige Modul

Geschafft, so sieht das fertige Modul aus. Vor dem Aufstecken sollte man unbedingt das Trägerboard durchmessen und erst mal alleine testen. Das heißt Stromaufahme messen, Spannungen überprüfen. Die 3,3V Spannungsversorgung muß erst über den Poti abgeglichen werden. Erst dann sollte man das Modul stecken. Wie schon beim Probeaufbau sollte beim Spannung anlegen erst beide LEDs kurz blinken, danach nur noch zyklisch die grüne LED.

Stückliste


1 LM317LZ regelbarer Spannungsregler, IC1
1 Bluetooth Modul BTM-222, IC2
4 Transistoren NPN BC547 o. ä., T1..T4
1 LED rot, low current 2mA, D1
1 LED grün low current 2mA, D2
1 Diode 1N4002, D3
4 Folien Kondensatoren 100nF, C1..C4
8 Widerstände 1k, R1..R8
1 Widerstand 220, R9
1 Trimmer 5k, R10
2 Steckerleisten gerade, 2,54mm 9polig
1 Steckerleiste gewinkelt, 2,54mm 6polig
2 Buchsenleisten gerade, 2,54mm 9polig
1 Stück Lochraster doppelseitig Punktraster, 25x40mm
1 Stück Lochraster einseitig Punktraster, 30x53mm
Silberdraht, 0,4mm
isolierter Schaltdraht, starr, rot, gelb, schwarz 0,4mm
Kupferlitze aus flexiblem Elektrokabel

Thats all folks!

Bezugsquellen

• www.it-wns.de
• www.lynx-dev.com
• www.tme.pl
• CSD-Electronics

Weblinks

• AVR Blue Remote – Eine Bluetooth Funkkfernsteuerung für PDAs und Smartphones
• www.microcontroller.net – Bluetooth Artikel
• www.microcontroller.net Forum – Bluetoothmodul BTM-222
• www.roboternetz.de Forum – BTM-222 Bluetooth Modul
• BTM-222 Datenblatt
• www.flickr.com – mein Flickr Bluetooth Album

Geschafft! Nach langer Zeit hatte ich mal wieder etwas Zeit, mich um meinen kleinen Freund den ASURO zu kümmern. Rechtzeitig zu Weihnachten erhält dieser mal wieder eine Erweiterung. Diese besteht zurzeit aus einem RS232 bzw. Bluetooth Modul und einer ISP Schnittstelle. Der Clou bei der Sache ist, die Erweiterung wird nicht, wie das LCD-Modul oder die SnakeVision Erweiterung, von oben, sondern von unten aufgesteckt. D.h. man kann oben zusätzlich z.B. das LCD-Modul stecken. Zudem ist auf der Platine noch jede Menge Platz für weitere Features.

Durchführung

Durch die Erfahrungen, die ich mit dem ASURO Eval Board gemacht habe, war die Umsetzung nicht sehr schwierig. Dort war ja auch schon das RS232 Modul und das Bluetooth Modul sowie die ISP Schnittstelle vorhanden. Nur ist das ganze jetzt wesentlich kompakter, robuster und nicht so verbaut wie beim Eval Board.

Der ASURO muß allerdings etwas modifiziert werden, damit das ganze auch funktioniert. Wer es nachbauen möchte, sollte schon wissen, was er tut. Die Umbauten sind allerdings nicht so gravierend, dass man das Ganze nicht wieder zurückbauen könnte. Auch ist der einwandfreie Betrieb ohne die Erweiterungsplatine möglich. Es müssen lediglich 3 Jumper am Asuro gesetzt werden.

UART Schnittstelle

Die UART Schnittstelle am ASURO ist normalerweise über eine Infrarot Schnittstelle realisiert. Leider ist die Reichweite dieser Lösung nicht besonders (max. 50cm). Zudem wird auf PC Seite ebenfalls ein Infrarot Transceiver benötigt. Um die UART Schnittstelle zur Erweiterungs Platine zu führen, müssen die beiden Signale RX und TX vom Prozessor zur IR Schnittstelle durchtrennt werden. Zusätzlich werden die durchtrennten Signale von der IR Schnittstelle ebenfalls zur Erweiterungsplatine geführt. Zweckmäßigerweise werden alle Signal auf einen doppelreihigen Steckerleiste geführt. Die untere Reihe wird an die Prozessor Pins gelötet. an die obere Reihe kommen die Signale von der IR Schnittstelle. Da gleich neben den UART ins der RESET Pin hängt, wird dieser ebenfalls auf die insgesamt 2×3 poligen Steckerleiste geführt (gehört aber eigentlich zur ISP Schnittstelle). Da der RESET Pin direkt an der Versorgungsspannung hängt, wird diese Verbindung ebenfalls durchtrennt und die Versorgungsspannung an die obere Reihe geführt. So ist gewährleistet, das durch Stecken von 3 Jumpern auf die Steckerleiste, die original Funktion des ASUROs wiederhergestellt ist.

ISP Schnittstelle

Die ISP Schnittstelle ist beim Original ASURO Prozessor abgeschaltet und kann nur durch einen Chip Erase wieder eingeschaltet werden. Leider ist durch den Chip Erase aber auch der Bootloader weg. Deshalb sollte man Experimente mit der ISP Schnittstelle nur mit einem anderen Prozessor durchgeführt werden und der Original Prozessor gut aufgehoben werden. Zur ISP Schnittstelle gehört neben RESET, VErsorgungsspannung und Masse die 3 Prozessor Signale MISO, MOSI und SCK. Diese 3 Signale liegen beim Mega8 glücklicherweise direkt nebeneinander auf Pin 17,18 u. 19. So reicht eine 3polige abgewinkelte Steckerleiste aus, die an die entsprechenden Prozessor Pins gelötet werden. Leiterbahnen müssen keine aufgetrennt werden.

Verdrahtung

Auf dem ASURO müssen ingesamt 4 Leitungen nachverdrahtet werden. Dies sind:

Dazu kommt eine 6-polige Leitung zur UART Schnittstelle und die 3polige Leitung zur ISP Schnittstelle. Versorgungsspannung und Masse kommen von den Erweiterungs Steckverbindern, die ebenfalls zur Erweiterungsplatine führen.

Schaltplan

Für eine vergrößerte Darstellung auf das Bild klicken.

UART-Modul

Das RS232 Modul besteht aus einem normalen RS232 Pegelwandler Chip, hier ist das der MAX202. Die Steckerbelegung des 6poligen Steckbverbinders ist diesselbe wie beim Bluetooth Modul.

Der ASURO mit dem RS232 Modul. Mit den beiden grünen Jumper rechts neben dem RS232 Modul kann man zwischen RS232 und IR Schnittstellen Betrieb umschalten.

Schaltplan

Für eine vergrößerte Darstellung auf das Bild klicken.

Bluetooth Modul

Als Bluetooth Modul kommt das BlueSmiRF von Sparkfun zum Einsatz. Dies ist noch die Version 1.0. Neuere Module verwenden einen Bluegiga Transceiver.

Der Asuro mit dem Bluetooth Modul.

ISP Schnittstelle

Die ISP Schnittstelle benötigt keine weiteren Bauteile, lediglich der RESET Pin bekommt den üblichen 10kOhm Pullup Widerstand. Als ISP Steckverbinder wurde ein 10poliger Pfostensteckverbinder mit KANDA/STK200 Steckerbelegung verwendet. Rechts daneben befindet sich noch ein Kurzhubtaster als RESET Knopf.

Aussichten

Es fehlen derzeit noch die Liniensensoren. Diese werden dann, wie die Infrarot Schnittstelle, über Jumper steckbar sein. Geplant ist weiterhin eine I2C Porterweiterung mit ein paar IS471 als IR Kollisionsdetektoren. Auch ein I2C A/D Wandler wäre eine sinnvolle Erweiterung. Eventuell wäre auch ein Co-Prozessor (als I2C Slave) besser als die I2C Chips mal sehen.

Ansonsten wünsche ich meinen Lesern ein frohes Weihnachtsfest.

Einen aktualisierten Artikel zu diesem Thema findet man im AsuroWiki.