Studienarbeit

Meine Studienarbeit, in der ich ein Ultraschall-basierendes Ortungssystem für Lego Mindstorms Roboter entwickelt habe, ist endlich abgeschlossen. Die Ergebnisse sind hervorragend, ein Roboter kann in einem 7x7m großen Feld auf wenige Zentimeter genau geortet werden, und das bis zu 6 mal pro Sekunde. Das System wurde auch mit Erfolg in den Übungen am Lehrstuhl Echtzeitsysteme und Eingebettete Systeme benutzt. Fotos davon gibt es in der Galerie.

Auf dieser Seite gibt es den Ergebnisbericht und weitere Materialien zum Herunterladen. Wer Interesse an Programmcodes, Schaltplänen, Platinenlayouts und weiterer Dokumentation hat, schreibe mir einfach eine Mail.

Ergebnisbericht

Verschiedene Vorträge

Tag der offenen Tür an der Technischen Fakultät

Auf dem Tag der offenen Tür am 17. Mai 2003 habe ich selbstgebaute Mindstorms-Sensoren, mein Entwicklungssystem für PIC Microcontroller und den aktuellen Prototyp der Studienerbeit vorgestellt. Dieser ist in der Lage, die Entfernung zwischen einem Sender und einem Empfänger zu messen und auf dem RCX-Display darzustellen.

 

 

Titelseite

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

  1. Aufgabenstellung
  2. Vergleichbare Systeme
  3. Gliederung dieser Arbeit

Grundlagen

2. Lego Mindstorms Elektronik

  1. Robotic Command Explorer
  2. Kabel und Anschlüsse
  3. Motoren und andere Aktoren
  4. Passive Sensoren
  5. Aktive Sensoren
  6. Infrarot-Kommunikation
  7. Abmessungen der Legosteine
  8. Einfluß der Batteriespannung

3. Einsatz von Mikrocontrollern

  1. Auswahl eines Mikrocontrollers
  2. Die PIC-Familie von Microchip
  3. Entwicklung der Steuersoftware
  4. Integration in eine Schaltung
  5. Aufbau von Programmiergeräten
  6. Serielles Debug-Interface

4. Ortung mit Ultraschall

  1. Basistechnik Entfernungsmessung
  2. Erzeugen und Detektieren von Ultraschall
  3. Optimale Geometrie eines Reflektors
  4. Fehlerquellen beim Messen
  5. Berechnung der Koordinaten
  6. Beschreibung verschiedener Szenarien

Realisierung

5. Ein Ortungssystem für Mindstorms

  1. Anforderungen an das Ortungssystem
  2. Beschreibung des realisierten Systems

6. Verwendete Baugruppen

  1. Einsatz von Mikrocontrollern
  2. Ultraschallsender
  3. Ultraschalldetektor
  4. Synchronisation per Funk
  5. Steuerung der Leuchtfeuer
  6. Stromversorgung
  7. Kommunikation mit Aktoren
  8. Datenübertragung vom Sensor
  9. Ansteuerung des LC-Displays

7. Zusammensetzung

  1. Steuereinheit
  2. Leuchtfeuer
  3. Mobiler Sender
  4. Empfänger der Module

8. Einsatz aus Anwendersicht

  1. Installation des Systems
  2. Ansteuerung mit brickOS
  3. Auswertung der Meßdaten
  4. Ortung ohne Funksignal
  5. Anforderungen an das Sendetiming
  6. Berücksichtigung der Bewegung
  7. Beispielprogramme

9. Ergebnisse

  1. Technische Eckdaten
  2. Einsatz in den Übungen
  3. Mögliche Verbesserungen
  4. Fazit

Anhänge

A. Verwendete Schaltungen

  1. Grundschaltung für Sensoren
  2. Mindstorms Schallsensor
  3. Infrarot-Transceiver für den PC
  4. Prototyp-Platine für PICs mit 8 Pins
  5. Prototyp-Platine für PICs mit 18 Pins
  6. Programmiergerät für PICs
  7. ICSP-Adapter für das Programmiergerät
  8. Serielles Debug-Interface für PICs
  9. Ultraschallreflektoren
  10. Steuereinheit des Ortungssystems
  11. Stationäres Leuchtfeuer
  12. Verkabelung und Terminatoren
  13. Sender für den RCX
  14. Empfänger für den RCX
  15. Vibrationsdämpfer
  16. Timer für UV-Belichter
  17. Joystick mit Infrarotsender

B. Erstellte Programme

  1. Programmierung des Mindstorms-Towers
  2. Multiprotokoll-Paketmonitor für Mindstorms
  3. Disassembler für PIC-Programme
  4. Konvertierung von Dateien im Hex-Format
  5. Programmiersoftware für PIC Mikrocontroller
  6. Serielles Debug-Interface für PICs
  7. Numerische Fehlersimulation der Ortung
  8. Serielle Datenübertragung vom Sensor zum RCX
  9. BrickOS-API des Ortungssystems
  10. Algorithmus zum Ziehen von Quadratwurzeln

C. Meßwerte zu den Abbildungen

  1. Drehmoment des Lego-Motors 71427
  2. Klemmenspannung am Aktorausgang
  3. Sensorwerte im passiven Modus
  4. Klemmenspannung bei aktiven Sensoren
  5. Ultraschall abhängig von der Treiberspannung
  6. Ultraschall abhängig von der Entfernung
  7. Fehlersimulation für Koordinatenberechnung
  8. Fehler der Entfernungsmessung
  9. Fehler der Koordinatenberechnung

D. Platinenherstellung

  1. Erstellen der Layoutvorlage
  2. Platinenmaterial und seine Bearbeitung
  3. Fotochemisches Erzeugen der Leiterbahnen
  4. Bohren, Beschriften und Versiegeln
  5. Bestücken der Platine
  6. Herstellung doppelseitiger Platinen

Literaturverzeichnis

Inhalt der CD

Quellennachweise

Erklärung

Letze Änderung am 21.03.2005,