BWP-WS19-02/Dokumentation/AntriebMechanikKommunikation: Unterschied zwischen den Versionen

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=Teamstruktur=
 
zu Beginn des Projekts:
 
* Ellen (Manager)
 
* Felix (Tester)
 
* Laura (Dokumentation)
 
 
=Teaminterne Milestones=
 
* fahrendes Auto
 
* fahrendes Auto mit Sensor Austausch
 
* Drehungen
 
* Auto montiert
 
* Kommunizierendes Auto
 
 
=Arbeitspakete=
 
{| class="wikitable"
 
|-
 
|style="background-color:#B3B7FF" colspan="7"| '''Mechanik & Konstruktion'''
 
|-
 
! Aufgabe !! Teilaufgabe !! Zuordnung !! geplanter Aufwand !! Zieldatum !! realer Aufwand !! Status
 
|-
 
|rowspan="3"| [[#Chassis | Chassis]] ||Entwurf ||Ellen, Felix, Laura || 17h||04.11.19 ||20h|| 100%
 
|-
 
|Brettsägen, Kugelrad basteln ||Ellen, Felix, Laura || 8h||07.11.19 || 4h||90%
 
|-
 
|Aufbau||Ellen, Felix, Laura||5h ||06.12.2019 ||2h|| 20%
 
|-
 
|rowspan="4"| [[#Motorensteuerung | Motorensteuerung]] ||GPIO + Programme anschauen|| Ellen, Laura || 4h||06.11.19 || 3h||100%
 
|-
 
| Motoren über PWM ansteuern||Ellen, Felix, Laura || 2h||08.11.19 ||12h|| 75%
 
|-
 
| Implementierung der Motorfunktionen||Ellen, Laura||8h ||XX ||4h|| 80%
 
|-
 
| Berechnung der Drehungen (Implementierung inkl.)||'''Ellen''', Felix, Laura|| 4h||06.12.19 || X||50%
 
|-
 
|rowspan="3"| [[#Drehzahlmessung | Drehzahlmessung]] || Gabellichtschranke: Signale ||Felix || 4h||06.11.19 || X||1%
 
|-
 
| Implementierung der Drehzahlmessung||Laura||4h ||XX ||03.11.19|| 10%
 
|-
 
| XX||XX||XX ||XX ||XX|| 0%
 
|-
 
 
|rowspan="3"| [[#Platinenaufbau | Platinenaufbau]] || Eagle-Schaltplan anfertigen||Felix||4 ||19.11.19 ||16h|| 50%
 
|-
 
|[[#Teila | Teila]] ||XX||XX ||XX ||XX|| 0%
 
|-
 
| Teila||XX||XX ||XX ||XX|| 0%
 
 
|-
 
|style="background-color:#B3B7FF" colspan="7"| '''Kommunikation'''
 
|-
 
! Aufgabe !! Zuordnung !! geplanter Aufwand !! Zieldatum !! realer Aufwand !! Status
 
|-
 
| Sichten der Altdateien, Einarbeitung in BLE ||XX||XX ||XX ||XX|| 0%
 
|-
 
| Entwurf Kommunikationsdiagramm ||XX||XX ||XX ||XX|| 0%
 
|-
 
| Implementierung einer Kommunikationsschnittstelle||XX||XX ||XX ||XX|| 0%
 
|-
 
|style="background-color:#B3B7FF" colspan="7"| '''Gruppenübergreifende Milestones'''
 
|-
 
! Aufgabe !! Zuordnung !! geplanter Aufwand !! Zieldatum !! realer Aufwand !! Status
 
|-
 
| ITS-E: simulieren und thread-spezifische Nachrichten austauschen||Ellen, Laura||8h||26.11.19 ||15h|| 100%
 
|-
 
| ITS-E: Zusammenbauen und Hinderniserkennung||XX||XX ||XX ||XX|| 0%
 
|-
 
|}
 
 
 
=Antrieb & Mechanik=
 
=Antrieb & Mechanik=
 
==Chassis==
 
 
===Entwurf===
 
Für das Chassis des autonomen Fahrroboters haben wir verschiedene Formen und Aufbau-Ideen evaluiert und uns schließlich für eine Kombination eines Rechtecks mit einem Trapez ausgesucht, da das Sensoren-Team uns als Anforderung vorgegeben hatte, dass die Time of Light Sensoren alle gleichweit von dem Fahrzeugdrehpunkt angebracht werden sollen.
 
 
[[Datei:Ebene0.png|Text der Bildlegende|300px]]
 
[[Datei:Ebene1.png|Text der Bildlegende|300px]]
 
[[Datei:Ebene2.png|Text der Bildlegende|300px]]
 
[[Datei:Gesamt.png|Text der Bildlegende|300px]]
 
 
===Brett sägen und Kugelrad basteln ===
 
 
Für das Aussägen unserer ausgewählten Form, haben wir für die Dekupiersäge ein Sägeblatt gesucht. Nachdem wir keine vorort gefunden haben, haben wir eins im Baumarkt beschafft. Darauffolgend haben wir für unsere Form Löcher in die Pressspanplatte gebohrt, um die Löcher für die Räder und Zahnräder gebohrt. Schließlich haben wir mit der Dekupiersäge die Vorlage ausgesägt und die Kanten anschließend abgefeilt.
 
 
 
[[Datei:gesägte_Bodenplatte.jpg|Text der Bildlegende|300px|center]]
 
 
==Motorensteuerung==
 
 
===GPIO + Programme anschauen===
 
Für die Ansteuerung der GPIOs haben wir die vorhandenen Demo-Programme gesichtet und durch die Zephyr Dokumentation sowie der Datei ITS-E/zephyr/boards/arm/nrf52_adafruit_feather/board.h konnten wir die GPIO Pins verwenden, um eine LED blinken zu lassen.
 
 
===Versuch den Motor über PWM anzusteuern===
 
Um später mittels PWM die Pins ansteuern zu können, braucht man einen aktivierten PWM-Driver.
 
Diesen haben wir aus den ⁨bwp_ws19⁩/zephyr⁩/boards⁩/⁨arm⁩/⁨nrf52_pca10040⁩/Kconfig.defconfig
 
<source lang="cpp">
 
if PWM
 
config PWM_0
 
default y
 
 
endif # PWM
 
</source>
 
in die Kconfig.defconfig des adafruit featherboard kopiert und danach
 
ebenfalls aus den ⁨nrf52_pca10040-bordkonfigurationen in der Datei nrf52_pca10040.dts die Passage
 
<source lang="cpp">
 
&pwm0 {
 
status = "okay";
 
ch0-pin = <17>;
 
ch0-inverted;
 
};
 
</source>
 
in die .dts-Datei im Ordner des genutzen Adafruit Featherboards nrf52 (zephyr/boards/arm/nrf52_adafruit_feather) kopiert, um bei dem angegeben Pin das Pwm-Signal zu aktivieren.
 
→ Wenn man einen anderen Pin als Pin 17 mit Pwm versorgen möchte, muss man ihn an dieser Stelle „ch0-pin = <pinnummer>; angeben!
 
 
Danach haben wir das PWMSignal mit dem Beispielprogramm blink_LED ausprobieren, jedoch haben wir das Pwm nicht zum laufen bringen können, weil die defines DT_ALIAS_PWM_LED0_PWMS_CONTROLLER
 
und
 
DT_ALIAS_PWM_LED0_PWMS_CHANNEL nicht gefunden wurden.
 
 
Jedoch haben wir bei dem Programm servo-Motor ein Signal erhalten.
 
Wichtig ist, dass man beim Aufruf von
 
static int pwm_pin_set_usec(struct device *dev, u32_t pwm, u32_t period, u32_t pulse)
 
Set the period and pulse width for a single PWM output.
 
Parameters
 
• dev: Pointer to the device structure for the driver instance.
 
• pwm: PWM pin.
 
• period: Period (in microseconds) set to the PWM.
 
• pulse: Pulse width (in microseconds) set to the PWM.
 
Return Value
 
• 0: If successful.
 
• Negative: errno code if failure.
 
nochmals den PWM-pin angibt(typ u32_t) siehe Parameters.
 
 
 
Wir haben dieses Beispielprogramm in unseren ITS-E-Ordner kopiert. Hierfür muss man noch in der ITS-E/project.conf- Datei „CONFIG_PWM=y“ setzen.
 
 
Bei dem Servo-Beispiel setzt man MinPulsWidth und MaxPulsWidth in Mikrosekunden und gibt die Periodendauer
 
 
 
[[Datei:Wahlprojekt-4.jpg|Text der Bildlegende|600px]]
 
 
 
 
Des Weiteren haben wir versucht den Strom durch einen 3 Ohm Widerstand der 1206 Baureihe auf dem Breakout-Board auf 66,6 mA zu begrenzen. Die Formel zur Berechnung des Maximalstroms Imax=0,2V/R (0,066 A=0,2 V / 3 Ohm). Die Spannung ist laut Datenblatt auf 0,2 V festgelegt. Da der Motor als induktive Last bei fallenden Flaken des PWM Signals eine negative Spannung induziert, sind auf dem Breadkout-Board bereits Kick-Back-Dioden assembliert, um den Motortreiber vor negativen Spannungsimpulsen zu schützen. Trotzdessen muss die Spannung am Motor über einen Wechselspannungskondensator (ca. 10µF) geglättet werden und das Tastverhältnis (duty cycle) des PWM-Signals berücksichtigt werden, um die Spannung im gewünschten Spannungsbereich von 0,3 - 1V regeln zu können. Dem Datenblatt entsprechend haben wir die Pins VM(VCC) und SLP(SLEEP) mit einem 68 KOhm Pullup-Widerstand verbunden.
 
 
Vorerst haben wir uns dazu entschieden den Versuch die Motoren mittels PWM ansteuern zu können erstmal auf Eis zu legen, und die Motoren über die GPIOs anzusteuern.
 
 
 
 
 
===Implementierung der Motorfunktionen ===
 
 
 
 
Mit Hilfe der vorgegebenen GPIO-Funktionen, die die [https://docs.zephyrproject.org/latest/reference/peripherals/gpio.html/ Zephyr Dokumentation] zur Verfügung bereitstellt, haben wir die Motoren ansteuern können. Für eine bessere Wartbarkeit des Programms haben wir die Funktionalität für vorwärts, rückwärts, halten, rechts und links in einzelne Funktionen ausgelagert. Das Programm ist aktuell unter [https://zenon.cs.hs-rm.de/wahlprojekt_explorativer_roboter/bwp_ws19/tree/antrieb/ITS-E/src/Module/Antrieb/drive/src Link-zum-Programmcode] zu finden.
 
 
===Berechnung der Drehungen (Implementierung inkl.)===
 
 
#Ellen trägt das ein
 
 
==Drehzahlmessung==
 
 
===Gabellichtschranke: Signale===
 
 
 
Erste Versuche die Drehzahl über eine IR-Diode QCX48 (950 nm Wellenlänge) und einen Phototransistor SFH309 (380 nm bis 1180 nm) liefern keine stabielen Signale. Ein weiterer Versuch über eine Gabellichtschranke folgt.
 
 
Weiterer Versuch mit verschiedenen Gabellichtschranken:
 
1.) LTH-301-07 und LTH-309-08
 
2.) HOA0872
 
 
Zu 1.)
 
Die LTH Gabellichtschranken der Firma LITEON erweisen sich für unsere Drehzahlmessung als untauglich, da der Abstand zwischen IR-Diode und Phototransistor mit 5mm für unsere 1mm Lochscheibe zu groß ist.
 
Außerdem ist das Licht der IR-Diode nicht gut gebündelt, wodurch der Phototransistor bei nicht vollständiger Abdeckung der IR-Diode teilweise leitfähig wird.
 
 
Auf diesem Photo sieht man auf der linken Seite wie die Spannung sich langsam erhöht, wenn ein schwarzes Plättchen zwischen IR-Diode und Phototransistor geschoben wird.
 
Zwischen dem ersten erkennbaren Spannungsanstieg und dem voll durchgesteuerten Phototransistor wird mit dem Plättchen ein Weg von fast 3mm zurückgelegt, wodurch die Streuung der IR-Diode sehr deutlich wird.
 
Auf der Rechten Seite sieht man wie die Spannung schwankt wenn man das 1mm dicke Plättchen zwischen Phototransistor und IR-Diode hin und her bewegt.
 
[[Datei:Gabellichtschranke_LTH.png|Gabellichtschranke LTH|500px|center]]
 
 
Zu 2.)
 
Wesentlich bessere Ergebnisse erzielen wir mit der Gabellichtschranke von Honeywell HOA0872.
 
Der Abstand zwischen IR-Diode und Phototransistor beträgt hier 3,3mm. Außerdem kann man eine eindeutige Schaltschwelle auf 0,5 mm beobachten, wodurch unsaubere Zwischenwerte für unsere Anwendung ausgeschlossen sind.
 
 
Im linken Photo sieht ist ein schwarzes Plättchen zwischen IR-Diode und Phototransistor. Im Rechten wurde das Plättchen entfernt.
 
 
[[Datei:Gabellichtschranke_mit.jpg|Gabellichtschranke Honeywell|500px]]
 
[[Datei:Gabellichtschranke_ohne.jpg|Gabellichtschranke Honeywell|500px]]
 
 
 
Skizze:
 
In der Skizze sieht man wie das Ausgangssignal des Phototransistors über einen LM258N OP im Aufbau als 'Nicht-invertierender Operationsverstärker' unendlich verstärkt wird.
 
Die Verstärkung berechnet sich aus dem 1M Widerstand und dem Vorwiderstand am Negativen Eingang des OP. Da es keinen Vorwiderstand gibt, dieser also gleich Null ist, ist die Verstärkung V=1000000/0 = Unendlich = 3,3V (Versorgungsspannung des OP.
 
[[Datei:Gabellichtschranke_Skizze.jpg|Gabellichtschranke Skizze|500px|center]]
 
 
===Implementierung der Drehzahlmessung===
 
 
Auch hier wurde mit Hilfe der vorgegebenen GPIO-Funktionen, der Zephyr Dokumentation gearbeitet. Der aktuelle Code ist unter [https://zenon.cs.hs-rm.de/wahlprojekt_explorativer_roboter/bwp_ws19/tree/antrieb/ITS-E/src/Module/Antrieb/light_barrier/src Link-zum-Programmcode] zu finden. Die Funktionalität wurde mit einer Kabelbrücke vom 3.3V Port und dem GPIO-Pin getestet.
 
 
==Platinenaufbau==
 
===Eagle-Schaltplan anfertigen===
 
 
Zur Planung des Platinenlayouts und insbesondere der Pinbelegung des feather boards haben wir begonnen einen Schaltplan mit eagle zu erstellen. Hierbei haben wir auch kontrolliert, das die einzelnen Module technisch zusammen arbeiten können, da die jeweils verbauten ICs unterschiedliche Spannungen benötigen. Glücklicherweise sind die Breakout-boards bereits mit Spannungsreglern und Logikpegelwandlern bestückt, womit der Betrieb des Bussystems als auch des Gesamtsystems mit einer Betriebsspannung von 3,3V möglich ist. Da die I/O's des feather boards eventuell nicht ausreichen, werden wir diese voraussichtlich über I2C-Schieberegister erweitern. Ob die I/O's ausreichen hängt vorerst noch davon ab, wie viele Helligkeitssensoren tatsächlich installiert werden und ob wir diese einzeln über die Analog-Eingänge des feather-boards einlesen, oder auf Helligkeitssensoren mit direkter Busanbindung zurückgreifen.
 
 
 
Hier ein vorläufiger Plan und ein Entwurf wie die Boards ungefähr aussehen werden:
 
...es wird noch ein paar Änderungen und Erweiterungen geben.
 
 
[[Datei:ITS-E_Circuit_Diagrams.pdf|ITS-E_Circuit_Diagrams.pdf|300px|center]]
 
 
[[Datei:ITS-E_Motherboard.png|ITS-E_Motherboard.png|500px]]
 
[[Datei:ITS-E_Energy_Board.png|ITS-E_Energy_Board.png|500px]]
 
 
(Links: ITS-E Energy Board, Rechts: ITS-E Motherboard)
 
 
=Kommunikation=
 
 
=Quellen=
 
 
* https://docs.zephyrproject.org/latest/reference/peripherals/gpio.html, 26.11.2019 14:48 Uhr
 
* http://www.mfcsevenstar.cn/uploads/soft/qixingfujian/SC31%20CS200.pdf, 26.11.2019 14:49 Uhr
 

Aktuelle Version vom 7. März 2020, 14:26 Uhr

Antrieb & Mechanik