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Die Steuerung besteht aus einem fertig aufgebauten Mikrocontroller (Arduino Mega 2560 mit 54 I/O Pins).

Benötigte Teile

   

• Hauptfunktionen
  • Arduino Kabel (female-female and male-female jumper cable)
  • 1 x Arduino Mega 2560
  • 1 x DC Step-Down-Wandler-Modul (LM2596)
  • 2 x L298N Motortreiber-Modul
  • 3 x Stromsensor-Modul ACS712-5
  • 1 x Stromsensor-Modul ACS712-30
  • 1 x Bluetooth-Modul (für Handy-Navigation)
  • Motortreiberschaltung für Mähmotor: MOSFET IRLIZ44N, Diode MBR1045, Schottky-Diode 10A, Widerstände (10K, 180 Ohm)
  • Widerstände (2 x 47K, 2 x 5K), Sicherung F20A250V
  • Piezo-Buzzer (0,1W - z.B. PAC-1205), Taster, Ein-/Aus-Schalter 10A
• Schleifensender (optional)
  • 1 x Arduino Nano
  • 1 x DC Step-Down-Wandler-Modul (LM2596)
  • 1 x L298N Motortreiber-Modul
  • Spule 220µH, Elko 2,2µF/160V, Widerstände (1 Ohm, 1K, 4,7K), Diode 1N4448
• Schleifenempfänger (optional)
  • 1 x Arduino Nano
  • 2 x Arduino Sound Sensor-Modul (mit LM386)
  • Kondensatoren (2 x 4,7nF, 2 x 100nF), Widerstände (2 x 200k), 2 x Empfängerspulen 85mH
• Weitere Modul
  • 1 x HC-SR04 Ultraschallsensor-Modul (optional)
  • 1 x GY80-Modul (Gyro, Beschl., Kompaß) (optional)
  • 1 x DS1307 Echtzeituhr-Modul (optional)
  •  1x Bluetooth Modul
    
    

          Hier findet Ihr alle benötigten Teile für Euren Ardumower.  

Schaltbild

Spannungsversorgung
Die 5V Spannungsversorgung sollte über einen Step-Down-Spannungsregler (z.B. Modul mit LM2596) erfolgen, welcher die stabilisierte 5V Spannung für den Arduino und die weiteren Module generiert. Dazu zuvor den Spannungsregler auf 5V einstellen. Achtung: auf keinen Fall mehr als 5V in den Arduino 5V-Pin schicken, dadurch würde der Arduino zerstört. Daher immer die Spannung der 5V-Spannungsversorgung messen bevor man diese an den Arduino 5V-Pin anschließt!
Alle in dem Schaltbild gezeigten Bauteile zusammen verbrauchen etwa 5W.

I2C-Bus / Fehler-Piepen
Über die Leitungen SDA/SCL kommunizieren die einzelnen Komponenten (Arduino Nano, RTC, IMU, etc.). Diese Leitungen sollten sehr kurz gehalten werden (ggf. verdrillen) und sich nicht in die Nähe von Spannungsregler oder Motortreiber befinden. Falls ein Kommunikationsfehler vorliegt, steigt der Fehlerzähler an welcher über pfodApp eingesehen werden kann. Zusätzlich fängt der Roboter beim Starten an zu piepen.

Erste Betriebnahme
Zunächst sollte überprüft werden, ob die Antriebsmotoren richtig angesteuert werden. Dazu den Roboter aufbocken, so dass sich Räder und Messer frei drehen können (ggf. Messer vorher demontieren).
 Warnhinweis: Aus Sicherheitsgründen für's erste Testen Mähmotor immer ohne Messer betreiben!

Die Software bietet einen Diagnose-Modus, womit die korrekte Drehrichtung der Motoren getestet werden kann. Hierfür Die serielle Konsole in der Arduino-IDE aufrufen (CTRL+SHIFT+M) und die Baudrate auf 19200 stellen. Dann sollten fortlaufend die aktuellen Motor-bzw. Sensorwerte erscheinen:

    20 OFF  spd    0    0    0 sen    0    0    0 bum    0    0 son...
    21 OFF  spd    0    0    0 sen    0    0    0 bum    0    0 son...
    22 OFF  spd    0    0    0 sen    0    0    0 bum    0    0 son...
    23 OFF  spd    0    0    0 sen    0    0    0 bum    0    0 son...
    24 OFF  spd    0    0    0 sen    0    0    0 bum    0    0 son...
    ...

Nun die Taste ‘t’ drücken, und mit ENTER bestätigen. Es erscheint der Diagnosemodus, in dem die Laufrichtung der Antriebsmotoren getestet werden kann.

Diagnose

Jedesmal wenn ein Sensor auslöst (triggert), wird dessen Trigger-Zähler um eins hochgezählt. In der seriellen Konsole kann zwischen Trigger-Zähler und aktuellen Sensor-Werten umgeschaltet werden (Taste 'v') - Als Trigger-Zähler werden angezeigt:

1) Zeit des aktuellen Automat-Zustands (ms)
2) loop()-Durchgänge pro Sekunde
3) gewählter Sensor-Verbose-Modus (0=Zählerstände/1=Sensorwerte/2=Sensorwerte)
4) aktuelle Automat-Status (FORW, REV, ROLL etc.)
5) nach-Hause-fahren? (1/0)
6) "spd" - Ansteuerung/Geschwindigkeit Motor: links (PWM), rechts (PWM), Mähwerk (Drehzahl)
7) "sen" - Stromüberschreitungszähler Motor: links, rechts, Mähwerk
8) "bum" - Bumperzähler: links, rechts
9) "son" - Ultraschall-Abstand-unterschritten: Zähler
10) "pit/roll" - Neigung (errechnet mit Beschl.-Sensor)
11) "com" - Kompaß-Kurs
12) "per" - Induktionsschleifendetektor: Zähler
13) "bat" - Batterie-Spannung
14) "chg" - Ladestrom

Zusätzlich kann man sich das Auslösen der Sensoren (Trigger-Zähler und aktuelle Werte) via pfodApp (Android) über die Zeit plotten lassen:

   

Die Trigger-Empfindlichkeit jedes Sensors kann geändert werden (s.u.)

Starten des Mähroboters

Zum Starten benötigt man einen Taster und den Piezo-Buzzer:

pinButton —o Button o— GND (Taster für ON/OFF)

pinBuzzer —o Buzzer o— GND (Piezo-Buzzer)

Dann den Taster so lange drücken, bis die entsprechende Beep-Folge ertönt.

Betriebsmodi (Button für x Beeps drücken):
1 Beeps : Normal Mähen (mit Messermodulation falls vorhanden)
2 Beeps : Normal Mähen (ohne Messermodulation)
3 Beeps : Fahren via Fernbedienung (RC)
4 Beeps : Fahren ohne Mähmotor
5 Beeps : In Schleife hineinfahren und diese abfahren

Fehlerspeicher / Fehler-Piepen
Falls ein Kommunikationsfehler vorliegt (siehe Abschnitt I2C oben), steigt der Fehlerzähler an welcher über pfodApp eingesehen werden kann. Zusätzlich fängt der Roboter beim Starten an zu piepen.

Demo-Videos
  Ambrogio-Ardumower: Erster Einsatz (Highlights)

  Rotenbach-Ardumower: Erster Einsatz

Arduino-Code

siehe Rubrik Downloads
WICHTIG!  Es muss Arduino IDE v1.5.6 oder höher verwendet werden!


Noch keine Erfahrung mit Arduino?
Auf folgenden (externen) Seiten findest Du eine Einführung für den "Arduino"
1. http://popovic.info/html/arduino/arduinoUno_1.html
2. http://www.youtube.com/channel/UCZiVMEY5a82Ov2Tq5TvLOhA
3. http://robocupjuniorunibremen.files.wordpress.com/2011/05/arduino_programmierhandbuch.pdf
4. http://www.freeduino.de/books/arduino-programmier-handbuch
5. http://www.freeduino.de/books/arduino-tutorial-lady-ada
6. https://docs.google.com/file/d/0Bw_ruMOtRDDgNXI3OTFGZXhIZ2c/edit?usp=sharing
7.
8.

Funktionsweise der Software
Im folgenden werden einige Grundlagen der Software beschrieben:

Config-Files
Config-Files setzen die Befehle des Hauptprogramms in die entsprechende Hardware (d.h. Aktorik und Sensorik) um - so kann das Hauptprogramm an verschiedene Rasenmähroboter angepaßt werden:



Beispiel:

Das Hauptprogramm möchte den linken Antriebsmotor mit dem Wert 100 ansteuern. Die aktuell gewählte Roboter-Config Datei wird dazu vom Hauptprogramm mit dem Befehl aufgerufen: 
setActuator(ACT_MOTOR_LEFT, 100)

Die gewählte Config-Datei setzt dann diesen Befehl um, indem diese den passenden Motortreiber anspricht:
setL298N(pinMotorLeft, pinMotorLeftPWM, 100)

Anpassen der Konfiguration für den Roboter
Die Konfiguration des Roboters wird in der Konfigurations-Datei (für Ardumower Chassis "config.h") vorgenommen welche in der Ardumower-Hauptdatei (ardumower.ino) aktiviert wird. Soll ein Sensor aktiviert werden, so muss die entsprechende Zeile aktiviert werden, d.h. der Kommentar (//) entfernt werden. Ist der Sensor hingegen nicht vorhanden, so sollte entsprechende Zeile kommentiert werden (//), da ansonsten Zufallswerte für diesen Sensor ermittelt werden!
Hier ein Beispiel wie der Stromsensor des rechten Getriebemotors auskommentiert wird (mit dem Kommentarzeichen "//" am Anfang der Zeile):

// case SEN_MOTOR_RIGHT: return( (int)(((double)analogRead(pinMotorRightSense)-motorSenseRightZero) * motorSenseRightScale) ); break;


Im Folgenden wird auf einzelne Aspekte der Anpassung eingegangen:

Getriebemotor tauschen (linken und rechten Motor tauschen):

case ACT_MOTOR_RIGHT: setL298N(pinMotorLeftDir, pinMotorLeftPWM, value); break;
case ACT_MOTOR_LEFT: setL298N(pinMotorRightDir, pinMotorRightPWM, value); break;  

Getriebemotor Richtungsswechsel (vor und zurück tauschen):

case ACT_MOTOR_LEFT: setL298N(pinMotorLeftDir,  pinMotorLeftPWM, -value); break;
case ACT_MOTOR_RIGHT: setL298N(pinMotorRightDir,  pinMotorRightPWM, -value); break; 

Die Kalibrierung des Stromsensors für die Getriebmotoren kann über Konfigurationsparameter vorgenommen werden (s.u.).

Mähmotor
Die Kalibrierung des Stromsensors für den Mähmotor kann über Konfigurationsparameter vorgenommen werden (s.u.).

Bumper
Sollen Bumper verwendet werden, muss entsprechende Option aktiviert (1) werden, andernfalls sollte diese deaktiviert (0) werden:
char bumperUse         = 1;      // has bumpers?

Ultraschallsensor
Sollen Ultraschall-Sensoren verwendet werden, muss entsprechende Option aktiviert (1) werden, andernfalls sollte diese deaktiviert (0) werden:
char sonarUse          = 1;      // use ultra sonic sensor?

Sollen mehr als der mittlere Ultraschall-Sensor verwendet werden, müssen die entsprechenden Zeilen aktiviert werden, andernfalls bitte entsprechende Zeilen kommentieren (folgendes Beispiel deaktiviert linken und rechten Ultraschall-Sensor):
   case SEN_SONAR_CENTER: return(readHCSR04(pinSonarCenterTrigger, pinSonarCenterEcho)); break; 
//   case SEN_SONAR_LEFT: return(readHCSR04(pinSonarLeftTrigger, pinSonarLeftEcho)); break;
//   case SEN_SONAR_RIGHT: return(readHCSR04(pinSonarRightTrigger, pinSonarRightEcho)); break;  

Induktionsschleife
Soll eine Induktionsschleife verwendet werden, muss entsprechende Option aktiviert (1) werden, andernfalls sollte diese deaktiviert (0) werden:
char perimeterUse       = 1;      // use perimeter?

Rasensensor
Sollen Rasensensoren verwendet werden, muss entsprechende Option aktiviert (1) werden, andernfalls sollte diese deaktiviert (0) werden:
char lawnSensorUse     = 1;       // use capacitive Sensor

Batteriespannung/Ladespannung etc.
Die Kalibrierung für die Batteriespannung, Ladespannung etc. kann über entsprechende Konfigurationsparameter vorgenommen werden (s.u.).

Timer
  Der Timer sollte deaktiviert werden (char timerUse = 0), da dieser noch im Beta-Test ist.

Odometrie
  Odometrie sollte deaktiviert werden (char odometryUse = 0), da diese noch in Entwicklung ist.

IMU / Komaß
  IMU / Kompaß sollte deaktiviert werden (char imuUse = 0), da diese noch im Beta-Test ist.

GPS
   GPS ist noch Entwicklung.



Konfigurationsparameter / Menüstruktur (pfodApp)

Wichtig: Falls ein Software-Update aufgespielt wird, direkt nach dem Update via pfodApp einmalig alle alten Einstellungen löschen (Settings->Factory reset). Dadurch werden ggf. vorhandene Einstellungen gelöscht. Alte Einstellungen können zu Fehlverhalten führen wenn sich das interne Konfigurations-Format geändert hat.

Erweiterungen:

• Umstellung von I auf P, da I ja mit sinkender Spannung unter gleicher Last immer größer wird.

Zustandsautomat
Hauptbestandteil der Software ist ein sog. "Zustandsautomat", d.h. es gibt eine Menge von Zuständen ("OFF", "FORWARD", "ROLL", usw.) in denen sich der Roboter gerade befindet. Je nachdem was für ein Ereignis stattfindet (Sensor spricht an usw.) geht der Roboter in einen neuen Zustand.

Zustandsdiagramm

Erweiterungen:

• wenn Hinderniß während Reverse => Roll
• wenn Hinderniß während Roll => Forward