Rover mit Arduino

Gögele Markus Platter Christian Pritzi Elias

FÜLA – Projekt 2014/15 Rover mit Arduino

Rover mit Arduino FÜLA – PROJEKT

Gögele Markus, Platter Christian, Pritzi Elias | FÜLA 2014/15 – TFO Meran | 18 Dezember 2014

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Gögele Markus Platter Christian Pritzi Elias

FÜLA – Projekt 2014/15 Rover mit Arduino

Inhaltsverzeichnis 1)

Einleitung ..........................................................................................................................................1

2)

Aufgabenstellung ............................................................................................................................. 2

3)

Planung ............................................................................................................................................. 3 2.1) Eagle ................................................................................................................................................ 8 2.2)

Fertigung .................................................................................................................................. 9

2.3)

Probleme ................................................................................................................................ 10

4)

Zeitplan ........................................................................................................................................... 10

5)

Anhänge .......................................................................................................................................... 10

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Gögele Markus Platter Christian Pritzi Elias

FÜLA – Projekt 2014/15 Rover mit Arduino

1) Einleitung Bei diesem Projekt handelt es sich um eine Realisierung eines kleinen Fahrzeuges, das am Ende über ein Smartphone gesteuert werden soll. Es handelt sich um ein fächerübergreifendes Projekt, das unter den Bereich FÜLA der TFO Meran fällt und das Vernetzen der erlernten Fähigkeiten aus den einzelnen elektrotechnischen Fächern fördern soll.

Hardwaretechnisch wird eine Rover-5-Plattform verwendet, die zwei Raupen und 4 Gleichstrommotoren besitzt. Zur Ansteuerung und Verarbeitung der Befehle, wird ein Mikrocontrollerboard von Arduino verwendet. Dies ist ein Open – Source - Projekt, es gibt eine eigene Software zur Programmierung, und diverse erweiterbare Module für verschiedenste Anwendungsbereiche. In diesem Projekt wird ein Arduino Due verwendet. Des Weiteren wird ein Powerboard, ein Ultraschallsensor zur Entfernungsmessung, ein Displayshield für Textausgabe, ein Motorshield zur Ansteuerung der Motoren und ein Bluetoothshield für eine drahtlose Steuerung mittels Smartphone verwendet.

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2) Aufgabenstellung Für eine saubere Arbeit sollen zuerst die Beschreibungen der einzelnen Shields und Boards durchgelesen werden. Bei ausreichendem Verständnis kann mit dem Arbeitsauftrag begonnen werden: Erweitere deine Eagle-Bauteilbibliothek: Füge das Arduino Due Board und die drei Shields als Bauteile in deine eigene Bauteilbibliothek hinzu. Als Pins dienen die Buchsenleisten/Stiftleisten. Zeichne maßgetreue Packages und kennzeichne wichtige Bauteile (z.B Infrarot-Sensor + Richtung usw.)

Erstelle ein neues Eagle-Projekt von der maximalen Größe einer Europlatine (100cm x 160cm, bei Bedarf doppelseitig) und erstelle eine Trägerplatine zum Verbinden aller elektronischen Komponenten. Lege zuerst in einer Tabelle genau fest wie du die Signale untereinander verbinden willst! Erstelle dann einen Schaltplan mit genau diesen Verbindungen. Nachdem die Platzierung der verschiedenen Boards festgelegt wurde kann die Platine geroutet werden.

Es müssen dabei alle Vorgaben eingehalten werden um die Platine in der Schule fertigen zu können (z.B. Drill Size möglichst klein, minimale Leiterbahnbreite von 20mil usw.) Überlege dir wie du die Platine am Rover befestigen möchtest. Dazu kann sie auch geteilt werden oder aufgestellt. Achte darauf, dass alle Boards genug Platz haben.

Verwende einen Schalter zum Ein-/Ausschalten des Geräts Siehe eine Auswertung von zwei Encodern vor Mache dir Gedanken zu einem Chassis des Rovers. Mache dir eine Skizze, denke über die Machbarkeit am schuleigenen 3D-Drucker Gedanken und siehe eventuell Scheinwerfer vor.

Nach Fertigstellung der Zeichnung und Kontrolle durch die Lehrperson darf die Platine im Haus gefertigt werden und wird später bei der Programmierung des Geräts verwendet.

Der gesamte Projektablauf soll dokumentiert werden und als Abschlussbericht abgegeben werden! Er muss unter anderem folgendes enthalten: Schaltplan, Board, Pinbelegung, Beschreibung, Durchführung…

Jedes Projekt muss am Ende durch die jeweiligen Projektteilnehmer der Klasse so klar und detailliert als möglich dargestellt werden (Präsentation).

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3) Planung Zuerst wird geplant, welche Shields verwendet werden. Es wurde sich auf folgendes geeinigt: − − − − −

Powershield Ultraschallmodul: Entfernungsmessung Bluetoothshield: Datenübermittlung/ Steuerung von anderen Geräten (z.B. Smartphone) Displayshield: Text- und Statusanzeigen Motorshield: Steuerung der Motoren

Die Platzierung der Bauteile auf der Platine wird wegen Platzmangels von vornerein festgelegt.

Da eine doppelseitige Platine gefertigt wird, ist dies jedoch kein Problem.

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Es wurden die Maße der einzelnen Shields entnommen sowie die benötigten Pins und für jedes Element ein Objekt in dem PCB Programm EAGLE gezeichnet. − Arduino Due

−

Motorshield: − A0, A1 (mit Spannungsteiler) − I/O 2, I/O 3, I/O 5, I/O 6, I/O 9, I/O 10

−

Powershield (wird direkt auf das Arduino angebracht): − Benötigte Pins zur Ansteuerung: − A0 − I/O 10 − I/O 11 & I/O 9 − I/O 12 − I/O 13 − I/O 8

−

Bluetoothshield: − Benötigte Pins zur Ansteuerung: − I/O 6 & I/O7 auf Tx0 und Rx0 − A1

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−

Ultraschall: − BenĂśtigte Pins zur Ansteuerung: − TriggerIn, EchoOutput (Pin in der Mitte) − Verwendung des Moduls in 2. Modus mit selbem In- und Output

−

Displayshield: − BenĂśtigte Pins zur Ansteuerung: − A0, A1 (mit Spannungsteiler) − I/O 4, I/O 5, I/O 6, I/O 7, I/O 8, I/O 9, I/O 10

Spannungsteiler (5V auf 3,3V): Fßr den Spannungsteiler werden die beiden Widerstände berechnet: 5� �1 �1 2 = = = → 330Ί ��� 660Ί 3,3� �� �1 + �2 3 Es wurden auch 2 Stiftleisten fßr die Encoder festgelegt sowie zwei LEDs als Scheinwerfer (PWM) Die vollständige Pinbelegung:

Arduino IORef Reset 3V3 5V GND Vin A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8

Motorshield IORef Reset 3V3 5V GND Vin

Bluetooth k. IORef vorh.

Reset 3V3 keine 5V GND Vin

Power IORef Reset 3V3, 5V keine 5V GND Vin A0 A1 A2 A3 A4 A5

Display Encoder1 Encoder2 k. IORef vorh.

Reset 3V3 5V GND Vin

A0 (U-teiler) A0 (U-teiler) A1 (U-teiler)

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Arduino A9 A10 A11

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Motorshield

Bluetooth A1

Power

SCL SDA AREF

SCL SDA AREF

D0 D1 D2 D3 D4 (LED) D5 (LED) D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 D16 D17 D18 D19 D20 D21 D22 D23 D24 D25 D26 D27 D28 D29 D30 D31 D32 D33

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13

D5 PWM B D3 PWM A

D9 D10 D2 D6

Display

Encoder1 Encoder2

in 1A in 2A in 1B in 2B

1 2 1 2 6

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Arduino D34 D35 D36 D37 D38 D39 D40 D41 D42 D43 D44 D45 D46 D47 D48 D49 D50 D51 D52 D53

Motorshield

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Bluetooth

Power

Display

D6 D7

D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10

7

DB4 DB5 DB6 DB7 RS Enable Backlit

Encoder1 Encoder2

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2.1) Eagle Die Platine wurde in EAGLE gezeichnet, und geroutet.

Schematic:

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Board:

2.2)

Fertigung

Diese Platine wird im Haus mit Belichtungsgerät und Ätzstation gefertigt. Anschließend wird gebohrt und gelötet. Die Platine nach dem Ätzen:

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2.3)

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Probleme

Beim Projekt gab es mehrere kleine Probleme oder Schwierigkeiten: −

Bluetoothshield: Da das Bluetoothshield von Seedstudio schlecht dokumentiert ist, musste vor dem Zeichnen mit EAGLE getestet werden, welche Pins das Shield benötigt und wie man es programmiert. Da es einen analogen Ausgang besitzt und beim Arduino eine Eingangsspannung von 3,3V nicht überschritten werden soll, musste getestet werden, ob das Bluetoothshield mit lediglich 3,3V funktioniert. Des Weiteren gab es Probleme eine korrekte serielle Verbindung herzustellen. − Fazit: Die Pins 6 und 7 des Bluetoothshields müssen auf die Eingänge TX0 und RX0 gelegt werden, damit eine Korrekte serielle Verbindung zustande kommt. Das Board funktioniert mit 3,3V

−

Fertigung der Platine: Bei der Fertigung im Haus gab es mehrere Probleme, einmal mit der Ätzflüssigkeit und einmal mit der Belichtungsdauer. Schlussendlich musste die Platine dreimal gefertigt werden.

4) Zeitplan Für den ersten Teil des Projektes, der Planung und Fertigung der Platine und somit dem hardwaretechnischen Teil standen 18h zur Verfügung. Der Zeitplan sah somit wie folgt aus: − − − − − −

Erste Planungsphase (Position, Verwendung, Zielsetzung…)

Entwurf der EAGLE Library Schematic Routen Fertigen der Platine Bericht und Dokumentation

5) Anhänge − − −

Pinbelegung.xlsx Board.brd Schematic.sch

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2h 3h 2h 5h 6h 3h