Arexx AAR User guide [de]

AREXX ARDUINO ROBOT

AAR

BAUANLEITUNG: AAR-04

© AREXX - DIE NIEDERLANDE V022014

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Inhaltsverzeichnis

1. PRODUKTBESCHREIBUNG AAR 5

1.1 Die ARDUINO Roboterfamilie 5

1.2 Spezifikationen 5

1.3 Warnungen 5

2. ARDUINO ALLGEMEINE INFO 7

3. Der AREXX ARDUINO ROBOTER 12

3.1 LED Information des ARDUINO ROBOTERS 12

3.2 AAR Platinelayout 13

4. Erste Schritte auf dem Weg zur Installation 16

4.1 Download und Installation der Arduino Software 16

4.2 Die Programmiersprache Arduino 16

4.3 Installation eines USB-Treibers 16

4.4 Das Anschließen von Akkus 17

4.5 Programmierung des Roboters mit der Arduino Software. 18

4.6 Selektieren eines Arduino Programms 18

4.7 Festlegung der Com-Schnittstelle 19

4.8 Übertragung eines Programms zum Arduino Roboter 20

4.9

4.10 AAR Selbsttest 22

5. AAR Erweiterungsmodules

6. Hintergrundinformation zur H-Brücke 27

7. Odometrie-Systeme 30

8. Programmierung des Bootloaders 33

APPENDIX
A. Teileliste 35
B. Hauptplatine Oberseite 37
C. Hauptplatine Unterseite 38
D. Schaltbild AAR 39
E. 3D Platine 40

Fehlersuche und -Beseitigung 21

AREXX und AAR sind registrierte Warenzeichen von AREXX Engineering - HOLLAND.

© Deutsche Übersetzung/German translation (2014): AREXX Engineering (NL).
Diese Beschreibung ist urheberrechtlich geschützt. Der Inhalt darf auch nicht teilweise kopiert
oder über-nommen werden ohne schriftlicher Zustimmung des europäischen Importeurs:

AREXX Engineering - Zwolle (NL).

Hersteller und Vertreiber sind nicht haftbar oder verantwortlich für die Folgen unsachgemäßer
Behandlung, Einbaufehler und oder Bedienung dieses Produkts bei Mißachtung der Bauanleitung.
Der Inhalt dieser Gebrauchsanleitung kann ohne vorheriger Ankündigung unsererseits geändert
werden.

Technische Unterstützung beim Bauen

des Roboters:

WWW.AREXX.COM

Fabrikant:
AREXX Engineering
JAMA Oriental

© AREXX Holland und JAMA Taiwan
© Deutsche Übersetzung: AREXX - Die Niederlande

Europäischer Importeur:
AREXX Engineering
ZWOLLE Die Niederlande

WWW.ROBOTERNETZ.DE

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Impressum

©2014 AREXX Engineering

Nervistraat 16
8013 RS Zwolle
The Netherlands

Tel.: [phone]
Fax.: [phone]

E-Mail: [e-mail]

“AAR und AREXX” sind eingetragenes Warenzeichen von AREXX Engineering.
Alle anderen Warenzeichen stehen im Besitz ihrer jeweiligen Eigentümer. Wir sind nicht
verantwortlich für den Inhalt von externen Webseiten, auf die in dieser Anleitung
verlinkt wird!

Hinweise zur beschränkten Garantie und Haftung

Die Gewährleistung von AREXX Engineering beschränkt sich auf Austausch oder Reparatur
des Roboters und seines Zubehörs innerhalb der gesetzlichen Gewährleistungsfrist bei
nachweislichen Produktionsfehlern, wie mechanischer Beschädigung und fehlender oder
falscher Bestückung elektronischer Bauteile, ausgenommen aller über Steckverbinder/Soc­kel angeschlossenen Komponenten. Es besteht keine Haftbarkeit für Schäden, die unmittel­bar durch, oder in Folge der Anwendung des Roboters entstehen. Unberührt davon bleiben
Ansprüche, die auf unabdingbaren gesetzlichen Vorschriften zur Produkthaftung beruhen.
Sobald Sie irreversible Veränderungen (z.B. Anlöten von weiteren Bauteilen, Bohren von
Löchern etc.) am Roboter oder seinem Zubehör vornehmen oder der Roboter Schaden in­folge von Nichtbeachtung dieser Anleitung nimmt, erlischt jeglicher Garantieanspruch!

Es kann nicht garantiert werden, dass die mitgelieferte Software individuellen Ansprüchen
genügt oder komplett unterbrechungs und fehlerfrei arbeiten kann. Weiterhin ist die Soft­ware beliebig veränderbar und wird vom Anwender in das Gerät geladen. Daher trägt der
Anwender das gesamte Risiko bezüglich der Qualität und der Leistungsfähigkeit des Gerätes
inklusive aller Software. Bitte beachten Sie auch die entsprechenden Lizenzvereinbarungen
auf der CD-ROM!

Diese Bedienungsanleitung ist urheberrechtlich geschützt.
Der Inhalt darf ohne vorherige schriftliche Zustimmung des
Herausgebers auch nicht teilweise kopiert oder übernommen

werden! Änderungen an Produktspezikationen und

Lieferumfang vorbehalten. Der Inhalt dieser Bedienungs­anleitung kann jederzeit ohne vorherige Ankündigung
geändert werden.

Neue Versionen dieser Anleitung erhaltenSie kostenlos auf

http://www.arexx.com/

AREXX Engineering garantiert die Funktionalität der mitgelieferten Applikationsbeispiele

unter Einhaltung der in den technischen Daten spezizierten Bedingungen. Sollte sich der

Roboter oder die PC-Software darüber hinaus als fehlerhaft oder unzureichend erweisen, so
übernimmt der Kunde alle entstehenden Kosten für Service, Reparatur oder Korrektur.

WICHTIG

Vor dem ersten Gebrauch dieses Robot Arms lesen Sie bitte zuerst die Gebrauchsanleitung
aufmerksam durch! Sie erklärt die richtige Handhabung und informiert Sie über mögliche
Gefahren. Zudem enthält sie wichtige Informationen, die nicht allen Benutzern bekannt sein
dürften

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Symbole

Im Handbuch werden folgende Symbole verwendet:

Das “Achtung!” Symbol weist auf besonders wichtige Ab­schnitte hin, die sorgfältig beachtet werden müssen. Wenn
Sie hier Fehler machen, könnte dies ggf. zur Zerstörung des
Roboters oder seines Zubehörs führen und sogar Ihre eigene
oder die Gesundheit anderer gefährden!

Das “Information” Symbol weist auf Abschnitte hin, die nüt­zliche Tipps und Tricks oder Hintergrundinformationen en­thalten. Hier ist es nicht immer essentiell alles zu verstehen,
aber meist sehr nützlich.

Sicherheitshinweise

- Prüfen Sie die Polung der Batterien.

- Halten Sie die Elektronik stets trocken. Wenn das Gerät einmal nass geworden ist,
entfernen Sie sofort die Batterien oder die Stromversorgung

- Bei längerem Nichtgebrauch die Batterien entfernen bzw. die Stromversorgung trennen.

- Bevor Sie die Robot in Betrieb nehmen, prüfen Sie stets seinen Zustand sowie auch den
der Kabel.

- Wenn Sie meinen, dass das Gerät nicht länger sicher betrieben werden kann, trennen Sie
es sofort von der Stromversorgung und stellen Sie sicher, dass es nicht unabsichtlich
benutzt werden kann.

- Befragen Sie einen Fachmann, wenn sie sich der Bedienung, Sicherheit oder Anschluss des
Robot nicht sicher sind.

- Niemals de Robot in Räumlichkeiten oder unter ungünstigen Bedingungen betreiben.

- Die Robot besitzt hochempndliche Bauteile. Elektronische Bauteile sind sehr gegen
statische Elektrizität empndlich. Fassen Sie die Platine nur an den Rändern an und

vermeiden Sie direkten Kontakt mit den Bauteilen auf der Platine.

Normaler Gebrauch

Dieses Produkt wurde als Experimentierplattform für alle an Robotik interessierten
Personen entwickelt. Das Hauptziel besteht darin zu lernen, wie man das Gerät in C-Sprache
programmieren kann. Das Gerät ist kein Spielzeug! Es eignet sich nicht für Kinder unter 14
Jahren.

Das Gerät ist nur für Innengebrauch bestimmt. Es darf weder feucht noch nass werden.
Bitte achten Sie auch auf Kondenswasser, das sich bei einem Wechsel von einem kalten
in einen warmen Raum entwickeln kann. Warten Sie eine Weile, bis sich das Gerät an die
neuen Umgebungsbedingungen angepasst hat, bevor Sie es in Betrieb nehmen.

Jede andere Einsatzart als oben beschrieben kann zu Schäden und Risiken wie Kurzschluss,
Brand, Stromschlag usw. führen

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1. PRODUKTBESCHREIBUNG AAR

1.1 Die ARDUINO Roboterfamilie

Arduino ist eine „open source “-Plattform1 zur Entwicklung von Elek­tronikprototypen, die uns einen Mikrocontroller einschließlich aller
peripheren Schnittstellen und benötigter Software zur Verfügung
stellt.

Das Arduino-Konzept wurde entwickelt um auf möglichst einfacher
Weise die Handhabung mit der modernen Elektronik zu erlernen, die
man in der Roboterwelt, Softwaresteuerung und Sensoren verwen­det.

Als Nachfolger des ASURO-Roboters, der in der Programmiersprache
C programmiert wird, ist jetzt der AREXX Arduino Roboter entstan­den, der seinem Vorgänger ASURO ziemlich stark ähnelt, sich aber
aufgrund der „open source“-Programmiersprache Arduino wesentlich

einfacher programmieren lässt.

1 Open Source und quelloffen ist eine Palette von Lizenzen für Software, deren
Quell text öffentlich zugänglich ist und durch die Lizenz Weiterentwicklungen fördert.

1.2. Spezikationen:

Motoren 2 Gleichstrommotoren (3 Volt)
Prozessortyp ATmega328P-AU
Programmiersprache ARDUINO
Spannung 4 St. AAA Akku oder Batterie
4,8 - 5,5 Volt Max.
Stromverbrauch Min. 10 mA
Max. 600 mA
Kommunikation USB-Stecker
Erweiterungen die ASURO-Erweiterungen
sind einsetzbar
Höhe 40 mm
Breite 120 mm

Tiefe 180 mm

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1.3 Warnungen

1. Sie müssen dieses Handbuch gelesen haben ehe Sie auf einem
der Anschlüssen eine Stromquelle anschließen! Fehlerhafte
Anschlüsse können die Hardware schädigen.

2. Überprüfen Sie bitte sorgfältig die Anschlussbelegung! Arbeiten
Sie bei der Verdrahtung des Systems sehr sorgfältig. Falsche
Anschlüsse können Komponenten beschädigen. Beachten
Sie die korrekte Polarität der Stromversorgungsanschlüsse.
Eine Umpolung der Stromversorgungsanschlüsse kann die
Hardware beschädigen.

3. Verwenden Sie keine Stromversorgungssysteme mit
Spannungen, die über den spezifizierten Werten liegen!
Benutzen Sie stabilisierte und gefilterte
Stromversorgungssysteme um Spannungsspitzen zu
vermeiden.

4. Die Leiterplatte bietet keinerlei Schutz gegen Wasser- oder
Feuchtigkeitseinwirkung. Zur Aufbewahrung und Benutzung
des Systems sind nur trockene Räume geeignet.

5. Vermeiden Sie Kurzschlüsse mit jeglichen Metallgegenständen
und vermeiden Sie jegliche Überbelastung der Leiterplatte
oder Anschlüssen durch Ziehen, Drücken oder Gewichten.

6. Vermeiden Sie elektrostatische Entladungen
die Vorsichtsmaßnahmen, Warnungen und Dokumentation
in Wikipedias Eintrag „Elektrostatische Entladung“).

2

(siehe dazu

1.4 Algemein

* Mit dem Öffnen der Plastikbeutel mit Komponenten und
Teilen erlischt das Rückgaberecht.
* Lese vor dem Bauen zuerst die Gebrauchsanleitung
aufmerksam durch.
* Sei vorsichtig beim Hantieren der Werkzeuge.
* Baue nicht im Beisein kleiner Kinder. Die Kinder können sich
verletzen an den Werkzeugen oder kleine Komponenten und
Teile in den Mund stecken.
* Achte auf die Polung der Batterien.
* Sorge dafür, daß die Batterien und die Batteriehalter trocken
bleiben. Falls der Roboter naß wird, entferne dann die
Batterien und trockne alle Teile, so gut es geht.
* Entferne die Batterien, wenn der Roboter mehr als eine
Woche ruht.

2

Engl. electrostatic discharge, kurz ESD

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2. ARDUINO ALLGEMEINE INFO

2.1. Wer oder was ist ARDUINO?

Arduino ist ein open source-Einplatinen Mikrocontroller, der ins­besondere Künstlern, Designern, Bastlern und anderen Interessier­ten den Zugang zur Programmierung und zu Mikrocontrollern und
die Projektarbeit an interaktiven Objekten erleichtern soll.

Die Arduino-Plattform basiert auf einer Atmega 168 oder Atmega
328 Mikrocontroller von Atmel. Das System stellt dem Anwender
sowohl digitale Ein- und Ausgänge als analoge Eingänge zur Verfü­gung. Damit kann das Arduino-System aus der Umgebung Signale
empfangen und anschließend darauf reagieren.

Es werden verschiedene Arduino-Platinen auf dem markt angebo­ten, wie zum Beispiel Arduino Uno, Arduino LilyPad und Arduino

Mega 2560. Da jede Arduino-Platine individuell seine spezischen

Eigenschaften aufweist kann man für wohl jedes Projekt die ideale
Arduino-Baugruppe auswählen.

Eingangssignale können zum Beispiel durch Schaltern, Lichtsenso­ren, Bewegungssensoren, Abstandssensoren und Temperatursenso­ren geliefert werden. Auch kann man Kommandos aus dem Inter­netbereich als Eingangssignale zuliefern. Ausgangssignale wiederum
können Motoren, Lämpchen, Pumpen und Bildschirme ansteuern.
Zur Programmierung verfügt das System über einem Compiler für
eine standardisierte Programmiersprache und einem Bootloader. Die
Programmiersprache basiert auf die Wiring-Programmiersprache, die
mit C++ übereinstimmt.

Arduino wurde zunächst in 2005 als Projekt gestartet in Ivrea,
Italien. Erklärtes Ziel war ursprünglich die Idee Studenten in
Projektarbeiten zu unterstützen, wobei die Prototyp-Erstellung
deutlich preiswerter sein sollte als bei vergleichbaren
herkömmlichen Methoden.

Die Entwicklergruppe um Massimo Banzi und David Cuartielles
benannten das Projekt nach einer historischen Gestalt mit dem
namen ‘Arduin von Ivrea’. Das Wort ‘Arduino’ bedeutet ‘Kräftiger
Freund’.

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2.2 Mikrocontroller!

Anwendungen

Ein Mikrocontroller (manchmal in der verkürzten Schreibweise auch

μC, uC oder MCU genannt) ist ein kleiner Computer in einer

integrierten Einzelschaltung, der den Prozessorkern, Speicher und
und einen Satz programmierbarer Ein-/Ausgangsanschlüsse enthält.

Programmspeicher und ein kleiner Datenspeicher, RAM (beziehungs­weise Random Access Memory) gehören oft ebenfalls zur Ausstatt­ung des Chips. Mikrocontroller werden in automatisch gesteuerten
Anlagen und Systemen eingesetzt, wie zum Beispiel in der Motoren­steuerung, Implantaten, Fernsteuerungen, Bürosystemen, Spielzeug
und Hochleistungswerkzeugen.

Die Gewichtseinsparung und Kosteneinsparung durch Integration
des Mikroprozessors, Speicher und Ein-/Ausgangsanschlüsse auf ei­nem Einzelchip führt dazu dass die Digitalsteuerung für immer mehr
Anwendungsbereiche noch wirtschaftlicher wird.

Ein typischer Haushalt in einer fortschrittlichen Wohngegend verfügt
über vier allgemeinen Mikroprozessoren und drei Dutzend Mikrocon­troller Schaltungen. Ein Durchschnittstyp eines Mittelklassen-PKW

verwendet 30 oder mehr Mikrocontroller. Auch ndet man diese

Bauteile in vielen elektrischen Maschinen wie Waschmaschinen,
Mikrowellenherden und Telefonen.

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2.3. Leistungsverbrauch und Geschwindigkeit

Manche Mikrocontrollers arbeiten bei einer niedrigen Taktfrequenz
von 4 kHz und weisen einen geringen Leistungsverbrauch im
Milliwatt- oder Mikrowatt-Bereich auf. Sie können üblicherweise so­fort auf einem Knopfdruck oder Interrupt-Prozess aktiviert werden.
Der Leistungsverbrauch liegt beim Warten (bei abgeschaltetem CPU­Clockgenerator sowie fast der kompletten Zusatzbeschaltung) im
Nanowattbereich, was eine Langlebigkeit der Batterien sicherstellt.
Andere Mikrocontroller werden eher im Hochleistungsbereich ver­wendet, wo man sie zum Beispiel als Digitale Signalprozessoren
(DSP) mit höheren Taktraten und höherem Leistungsverbrauch ein­setzt.

Das Arduino-System arbeitet mit einem leistungsfähigen Atmel
328P-AU Single-Chip, der mit einem 8-bit Mikrocontroller (getaktet
mit 20MHz) und 32K Bytes In-System programmierbarem Flash-

Speicher ausgestattet ist. Die Stromversorgung ist recht exibel im

Bereich von DC7-12V, gewählt worden, wodurch man auf stabilen
und ordentlich abgesicherten Arbeitsbedingungen für den Chip und
abgetrennten Leistungsleitungen bis 2A für die Motorenversorgung
aufbauen kann.

2.4 Mikrocontroller Programme

Die Software für Mikrocontroller muss im auf dem Chip verfügba­ren Speicherplatz passen, denn ein externer Zusatzspeicher wäre
zu kostspielig. Die Compiler und Assembler sind optimiert für die
Umsetzung der Hochsprache und Assemblercodes in kompakte Ma­schinenbefehle, die in den Speicher des Mikrocontrollers abgelegt

werden.

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3

Je nach Chiptyp kann das Programm in einem permanenten ROM

-Speicher,
der nur während der Fertigung des Chips beschrieben werden kann, oder in
einem immer wieder beschreibbaren Flash – oder mehrfach beschreibbarem
ROM-Speicher gespeichert werden.

Ursprünglich hat man Mikrocontroller nur in Assemblersprache programmiert,
aber zur Zeit sind auch verschiedene höheren Programmiersprachen für die
Programmierung der Mikrocontroller verfügbar. Diese Sprachen sind entwe­der Spezialsprachen oder Varianten der allgemeinen Hochsprachen wie zum
Beispiel C. Verkäufer der Mikrocontroller bieten oft gratis Werkzeuge an um
die Implementierung der Hardware zu vereinfachen. Das Arduino-System stellt
uns etwa 16 kBytes Flash-Speicher für die sogenannten Sketch-Programme
zur Verfügung, die in C programmiert werden können.

2.5 Schnittstellenarchitektur

Mikrocontroller verfügen in der Regel über verschiedenen bis Dutzenden von
frei programmierbaren Ein-/Ausgangspins (GPIO). Die GPIO-Anschlüsse sind
mittels Softwarekommandos programmierbar als Eingangs- beziehungsweise
Ausgangspins. Bei Programmierung als Eingangspins werden sie oft zum
Ablesen der Sensoren oder externen Signalen verwendet. Programmiert man
sie als Ausgangspins kann man sie zum Beispiel zur LED- oder Motoransteu­erung verwenden.

Eine Vielzahl an eingebetteten Systemen benötigt die Ablesemöglichkeit der
Analogsignalen von den Sensoren. Zu diesem Zweck werden Analog/Digital­wandler (A/D-Wandler oder in Englisch ADC4) eingesetzt.

Da die Prozessoren speziell zur Verarbeitung von Digitaldaten, das heißt Nul­len und Einsen, entwickelt worden sind, können sie mit den Analogsignalen
der Sensoren an sich nichts anfangen. Deshalb werden die A/D-Wandler ein­gesetzt um die eintreffenden Daten in eine für den Prozessor lesbaren Form
zu verwandeln.

3

ROM = Read Only Memory (nur lesbarer Speicher)

4

Analog-to-digital converter (ADC)

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Ein weniger üblichen Form der Datenverwandlung in Mikrocontroller ist die Di-

5

gital zu Analog-Umwandlung (im D/A-Wandler oder DAC

) womit der Prozes-

sor Analogsignale oder Spannungspegel erzeugen kann.

Zusätzlich zu den Konvertern verfügen einige eingebettete Systeme auch
noch über Zeituhr-Schaltungen (Timers). Eins der gängigen Zeituhrtypen
ist die Programmierbare Intervall-Zeituhr (PIT6) , der von einem beliebigen
Anfangswert herabzählt nach Null. Nachdem es die Null erreicht hat sendet
die Uhr einen Interrupt an den Prozessor als Signal, dass die eingestellte Zeit
abgelaufen ist. Das ist eine nützliche Funktion für zum Beispiel Thermostaten,
die regelmäßig die Umgebungstemperatur registrieren und prüfen sollen,
um - falls notwendig – die Klimaanlage beziehungsweise Heizung ein zu
schalten.

Das universelle asynchrone UART7-Transceivermodul erlaubt uns ohne allzu
viel Prozessoraufwand Kommunikationsdaten über einer seriellen Leitung mit
anderen Systemen aus zu tauschen (das heißt zu versenden und zu empfan­gen).

Spezielle integrierte Hardware im Chip ermöglicht oft auch die Kommunikation
mit anderen Chips in Digitalformaten wie I2C und Serial Peripheral Interface
(SPI).

Das Arduinosystem stellt uns 14 digitale I/O-Anschlüsse und 7 analoge I/O­Anschlüsse zur Verfügung (I/O- das heisst: Eingang/Ausgangs-).

5

Digital-to-analog converter (DAC)

6

Programmable Interval Timer (PIT)

7

Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART)

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3. AREXX ARDUINO ROBOT

Abb.: AAR PCB

3.1 ARDUINO ROBOTER LEDS

LED 1. Rot Liniensensor (Boden)
LED 2. Blau Frei programmierbar
LED 3. Rot USB-Daten
LED 4. Grün USB-Daten
LED 5. Blau Power LED
LED 6. IR Infrarot LED für den linksseitigen Radsensor
LED 7. NA entfällt (NA = Not Applicable)
LED 8. Rot Motoranzeige Links Vorwärts
LED 9. Rot Motoranzeige Links Rückwärts
LED 10. Rot Motoranzeige Rechts Rückwärts
LED 11. Rot Motoranzeige Rechts Vorwärts
LED 12. Grün Sendesignal - TX serial
LED 13. Rot Empfangssignal - RX serial
LED 14. Blau Frei programmierbar
LED 15. NA entfällt (NA = Not Applicable)
LED 16. Rot Impuls für den rechtsseitiger Radsensor
LED 17. Rot Impuls für den linksseitiger Radsensor
LED 18. IR Infrarot LED für den rechtsseitigen Radsensor

LED 14 blinkt nur bei Betrieb eines Bootloaders
LED 14 ist abgeschaltet falls kein Bootloader in Betrieb ist
LED 14 blinkt kurz nach dem Einschalten, während ein Programm
geladen wird.

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3.2. ARDUINO ROBOT Leiterplattenlayout

Siehe Abbildungsnummern in Abb.: AAR PCB

1. Verbindungsstecker für die Batteriehalterung.
(Beachten Sie beim Anschluss die korrekte Polarität!)

2. (Ein/Aus) Hauptschalter des Roboters.

3. Status-LED: Anzeige, das der Roboter von der Strom­ versorgung mit Leistung versorgt wird.

4. Falls Sie Akkus verwenden, können Sie diesen Doppel­ stecker benutzen um den Roboter mit der korrekten
Betriebsspannung zu versorgen.

5. USB-Anschluss: um den Roboter mit Hilfe der Arduino-
Software zu programmieren.

6. Reset-Taste: um den Roboter manuell zurück zu setzen.

7. ISP-Anschluss: erlaubt Ihnen ein anderes Bootloader­ Programm zu installieren.

8. LED 14: Ist für alle Programmierfunktionen frei ansteuer­ bar und wird blinken sobald der Bootloader (erneut)
gestartet wird.

9. Linienfolgemodul: Dieses Modul ist frei programmierbar
und ermöglicht den Roboter Linien zu folgen.

10. Linksseitiger Radsensor: dieses Modul generiert eine
Impulsreihe, welche (als eine proportionale Funktion) die
Raddrehung des linken Rades beschreibt.

11. Rechtsseitiger Radsensor: dieses Modul generiert eine
Impulsreihe, welche (als eine proportionale Funktion) die
Raddrehung des rechten Rades beschreibt.

12. Status LEDs für den linksseitigen Motor: Diese LEDs
markieren die Vorwärts- beziehungsweise Rückwärts­ bewegung des betreffenden Motors.

13. Status LEDs für den rechtsseitigen Motor: Diese LEDs
markieren die Vorwärts- beziehungsweise Rückwärts­ bewegung des betreffenden Motors.

14. Anschlussstecker für die Erweiterungsplatine, auf dem zum
Beispiel ein drahtloses APC220-Modul oder ein „Snake
Vision“ (Schlangenblick) Modul mit Arduino-Anschluss
installiert werden kann.

15. Status LEDs für das RS232 Kommunikationsschnittstelle.

16. Status LED 2: frei programmierbare LED.

17. Status LEDs für die USB Datenschnittstelle.

18. Motor Steuerung

Auf der CD haben wir die AAR Selbsttestsoftware AAR_Selftest
hinzugefügt. Mit diesem Programm können Sie alle Grundfunktionen
des AAR-Roboters testen.

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3.3 Hintergrundinformation zum AAR

Der AAR ist ein Arduino-Roboter, der speziell entworfen wurde zum

Erlernen der Arduino Software. An der Vorderseite bendet sich die

USB-Schnittstelle mit dem FT232 IC, welches das USB-Signal in ein
RS232 UART-Signal verwandelt, das vom ATMEGA328P Prozessor
(rechts vorne) verarbeitet werden kann.

Auf der gegenüberliegenden Seite wurde der EIN/AUS-Schalter mit
dem JP3-Steckerplatz für den Stromversorgungsanschluss und den

Motortreiber IC2 montiert. An der Rückseite der Leiterplatte benden

sich die beiden Motoren und Radsensoren.

Die Radsensoren enthalten eine Lichtschleuse. Die Zahnräder sind mit
vier Löchern ausgestattet, die in einem 90°-Muster angeordnet wur­den. Sobald das Licht des LEDs durch die Löcher den Sensor erreicht,
meldet der Radsensor dem Prozessor für das betreffende Rad einen
Impuls. Dabei wird LED16 beziehungsweise LED17 zur optischen An­zeige aktiviert. Auf dieser Weise kann man ziemlich genau die Dreh­geschwindigkeit der einzelnen Hinterräder messen.

An der Vorderseite benden sich die Steckplätze für die Erweite­rungsplatinen und an der Unterseite der Leiterplatte die Sensoren für
den Linienfolger. Der Linienfolger enthält eine LED, der an zentraler
Stelle den Boden ausleuchtet. Daneben wurden zwei Infrarotsenso-

ren angeordnet, die das reektierte Licht vom Boden registrieren.

Außerdem enthält die Leiterplatte noch die benötigten Bauteile (LEDs,
Widerstände und Kondensatoren) um den Linienfolge zu einem funk­tionsfähigen Modul zu gestalten.

Der Roboter wurde ausgestattet mit einer Arduino-Leiterplatte, die
mit der Arduino Duemilanove Platine verglichen werden kann. Als
Systemherz des Arduino-Roboters gilt der ATMEGA328P. Dieser Mik­rocontroller verfügt über 14 digitale Ein- und Ausgängen, wobei 6 als
PulsBreitenModulierten (PBM-) Ausgänge verwendbar sind. Außerdem
verfügt der Roboter über 6 Analogeingängen, einem 16MHz Kristal­loszillator und einem USB-Anschluss zur Programmierung und Steu­erung. Außerdem gibt es noch einen ISP-Steckverbinder, mit dem die
mehr erfahrenen Hobbyisten selbst einen Bootloader programmieren

können.

Der Roboter arbeitet mit einer Bordspannung von 5V und ist
eventuell auch zufrieden mit der USB-Spannungsquelle, was beim
testen und programmieren einige Handgriffe einspart.

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Ausgesprochen nützlich sind in diesem Roboterkonzept die
Steckplätze, auf denen Sie die eigenen oder die AREXX-Erweite­rungsplatinen aus der ASURO-Reihe platzieren können

3.4 HINTERGRUNDINFO ZUR ARDUINO SOFTWARE

Die Arduino Software gehört zur Open Source-Kategorie und ist
deshalb für jeden verfügbar. Deshalb sind auch die Quellcodes der
Programmierumgebung frei verfügbar.

Die Arduino Programmierumgebung verfügt über einem Texteditor,
einem Meldefenster und einer Textkonsole. Die Programmierumge­bung kann direkt mit dem AAR kommunizieren und auf einfachster
Weise Programme in den Prozessor zu übertragen.
In Arduino geschriebenen Programme werden „Sketches“ (in
Deutsch: „Skizzen“) genannt. Der Quellcode wird mit dem Texteditor
geschrieben. Die Sketch-Datei wird mit der Extension „.ino“ auf der
Festplatte des PCs gespeichert.

Im Meldefenster erscheint die Mitteilung dass die Datei gespeichert
wird und eventuell eine Meldung überetwaigen Fehler im Quellcode.
Rechts unten im Bildschirmfenster wird das aktuelle Arduino-Board
und die seriellen Schnittstelle dargestellt .

Arduino verfügt über Bibliotheken („Libraries“) mit extra Funkti­onen. Eine Bibliothek („Library“) ist ein Paket mit verschiedenen
zusammengesetzten Funktionen, die nun nicht mehr wiederholt neu
geschrieben werden müssen. Diese Funktionen können in Arduino
einfach aufgerufen werden.

Man kann ein Arduino-Programm in drei Teilen gliedern: Struktur,

variable beziehungsweise konstante Denitionen und Funktionen.

Eine Arduino-Struktur besteht aus einem Setup und einer Schleife
(die „Loop“-Funktion). Der Setup ist zuständig für die Initialisierung
der Variablen, Pin-Einstellungen („Pin-Modes“) und Bibliotheken
(„Libraries“).

Die Schleife („Loop“) wird ständig wiederholt, sodass das Programm

immer wieder reagieren kann. „Variable“-Denitionen werden zur

Datenspeicherung benötigt, während Konstanten zum Beispiel
verwendet werden um einen Pin als Ein- beziehungsweise Ausgang

zu denieren und dafür zu sorgen, dass einem Pin eine Spannung

zugeordnet wird.

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4. Erste Schritte auf dem Weg zur Installation

4.1 Download und Installation der Arduino Software

Installieren Sie bitte zuerst die Erstversion der Arduino Software von
der CD, da wir dann sicher sind, dass diese Version richtig funktio­niert. Später können Sie auch die Arduino Webseite besuchen und
von dort die aktuelleren Versionen abrufen.

WICHTIG:

Es ist möglich dass manche ARDUINO-Softwareversionen mit diver­sen Versionen der Applikationssoftware Schwierigkeiten bereiten.
Manchmal muss man auch nach der Aktualisierung der ARDUINO
Software Ihre Applikationsprogramme bei Bedarf (insbesondere bei
Fehlfunktionen) nacharbeiten!

4.2 Die Programmiersprache Arduino

Der Syntax der Programmiersprache Arduino wird in der ofziellen

Arduino-Webseite dokumentiert. Vertiefen Sie bitte Ihre Sprachken­ntnisse dieser Programmiersprache soweit Sie diese benötigen.

4.3 Installation eines USB-Treibers

Wenn Sie die Arduino-Platine erstmalig mit dem PC verbinden sollte
Windows den Installationsprozess für den Treiber starten. Auf Win­dows Vista und aktuelleren Windowsinstallationen wird der Treiber
normalerweise automatisch aus dem Netz geladen und installiert.

Selektieren Sie dann bitte die serielle Schnittstelle für die Arduino­Platine im Menü Tools > Serial Port. In der Regel bietet das System
COM3 oder höher an. COM1 und COM2 sind normalerweise für in

der Hardware denierten serielle Ports reserviert. Um das herauszu­nden können Sie das Arduino System abkoppeln und das besagte

Menü nochmals eröffnen. Der nun neu hinzugefügte Eintrag ist dann
vermutlich der korrekte Port. Schließen Sie die Platine wieder an und
selektieren Sie dann diesen seriellen Port

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4.4 Das Anschließen von Akkus

Der Roboter wurde dimensioniert für eine Stromversorgung aus
einem Batteriebehälter für vier 1,5V Batterien. Falls Sie stattdessen
auadbare Akkus verwenden, sollte die Drahtbrücke JP4 für die Ver­wendung von Akkus durchverbunden werden.
(siehe Abb. 1 Nummer 4).

ACHTUNG!

Sobald die Drahtbrücke JP4 platziert wird, geht der Schutz gegen
fehlerhaften Polarität der Stromversorgung verloren. Fehlerhafte

AnschlüssekanndanndenRoboterunwiderruichbeschädigen.

Schließen Sie den Batteriebehälter an sowie in der Abbildung
dokumentiert (siehe Abb.. 2)

Abb. 2:
Anschluss
des Batterie­behälters

Schalten Sie nun den Roboter ein mit dem Schalter. Der neben dem

Schalter platzierten LED5 wird jetzt aueuchten.

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4.5 Programmierung des Roboters mit der Arduino
Software.

Schließen Sie den Roboter mit einem USB-Kabel auf dem PC an.
Falls der Roboter auf dem USB-Port angeschlossen ist, benötigt Ar­duino nicht unbedingt eine Batteriespannung. Der USB-Anschluss des

PCs übernimmt dann die Funktion der Stromversorgung.

ACHTUNG:

Der Roboter ist immer eingeschaltet sobald
dieser auf dem PC angeschlossen ist,
der Schalter und LED5 sind nur bei Batteriebetrieb aktiv.

Öffnen Sie jetzt die Arduino-Software (siehe Abb. 3a).

Abb. 3a Arduino Software Abb. 3b Öffnen des Blink-Programms

4.6 Selektieren eines Arduino Programms

Als einfaches Beispiel laden wir zuerst das Programm „blink“ in den
Roboter, das dafür sorgt, dass LED1 anfängt zu blinken.

Klicken Sie dazu in der Arduino Software auf File>Examples>1.
Basics>Blink (siehe Abb. 3b), sodass nachfolgende Informationen auf

dem Bildschirm erscheinen (Abb. 4a).

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Abb. 4a) Programm Blink Abb. 4b) Board Festlegen (Selektieren)

Wir müssen jetzt den korrekten Arduino-Platinentyp festlegen.

Klicken Sie dazu auf Tools>Board> Arduino Duemilanove or11
Nano w/Atmega328 (siehe Abb. 4b)

4.7 Festlegung der COM-Schnittstelle

Der nächste Schritt legt die korrekten COM-Schnittstelle in der
Arduino-Software fest. Die richtige COM-Schnittstelle (COM-Port) für
den Anschluss des Roboters ist normale weise höher dan COM 3.
Zur Festlegung der COM-Schnittstelle folgen Sie die Menuwahl:
Tools>Serial Port>COM x.

(Siehe Abb. 5)

Abb. 5
Festlegung des Com-Ports

11

Englischer Ausdruck für: „oder“

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4.8 Übertragung eines Programms zum Arduino Roboter

Klicken Sie anschließend auf die mit einem roten Pfeil markierte Taste
(oder im Menu auf „File>Uploading to I/O board“) um dieses Programm
an den angeschlossenen Arduino Roboter zu übertragen
(siehe Abb. 6a).

Im Statusbalken meldet die Software jetzt dass das System das
Programm compiliert und anschließend einen Upload startet.

Afb. 6a) Übertragung eines Afb. 7) „Done uploading“ ­Programms zum Arduino Roboter Meldung: „Upload­(Upload-Vorgang). Vorgang beendet“

Jetzt können Sie den Roboter vom PC abkoppeln indem Sie das USB­Kabel entfernen, die Batteriespannung anschließen und den Roboter

starten.

Für weitere Informationen und Downloads laden wir

Sie ein die Foren zu besuchen auf den Webseiten:

www.arexx.com --> Forum

www.roboternetz.de --> Forum

- 20 -

4.9 FEHLERSUCHE UND -BESEITIGUNG

ZUALLERERST sollten Sie immer prüfen ob der Roboter genug

Leistung aus dem USB-Anschluss erhält. Das können Sie leicht testen
indem Sie die Batterien entfernen und Brücke JP4 schließen.

Dann sollte die Power LED aufleuchten

PROBLEM; Keine Verbindung zum AAR Roboter.

Prüfen Sie ob die Daten LEDs (LED 3 und 4) auf dem Roboter kurz
blinken wenn Sie das USB-Kabel mit dem Roboter verbinden.

Prüfen Sie im Windows
Gerätemanager ob der Roboter
mit dem PC verbunden ist.

Abb. 6c)

Windows Gerätemanager

(Niederländische Version des WIN7)

Normalerweise wird der Roboter
FTDI port als “USB SERIAL PORT”
unter „Ports“ angezeigt.

Prüfen Sie bitte ob der korrekte
FTDI Treiber installiert worden ist.
Ein falscher Treiber dürfte der
Hauptgrund für Probleme bilden.
Laden Sie den aktuellsten FTDI
Treiber aus dem Internet und installieren Sie diesen auf Ihrem PC.

PROBLEM; Sie können keine .INO-Datei zum Roboter
übertragen.

Prüfen Sie bitte ob Sie den korrekten COM-Port gewählt haben.
Dieser soll anders heißen als COM1 beziehungsweise COM3.

Prüfen Sie ob Sie den korrekten Arduino Boardtyp mit dem korrekten
Prozessortyp (Atmega328) gewählt haben.

Überprüfen Sie ob Sie in ihrer Sketch-Datei alle benötigten
Bibliotheken (Englisch: „Libraries“) installiert haben. Siehe dazu den
Menüeintrag “sketch-->Library --> (sehe seite 22).

- 21 -

4.10 AAR ARDUINO SELBSTEST (SELFTEST)

Öffnen Sie bitte auf der CD das AAR_selftest program1 und über­tragen Sie die .ino-Datei in den AAR-Roboter. Aktivieren Sie den
Schalter, der mit einem roten Pfeil markiert wurde (oder folgen Sie
die Menüstruktur über „File>Uploading to I/O board“) um die sele­ktierte Programmdatei in den angeschlossenen Arduino Roboter zu
transferieren (Siehe Abb. 7).

Laden der Bibliotheken:

Menüeintrag “Sketch”--> “Library” --> SoftPWM und TimerOne
von der CD (Examples).

Fig.6d) libraries

Open libraries (Aus holländisch Version)

Diese Bibliotheken sind
wichtig für Selbsttest!

serieller monitor

Abb. 7 (Upload) Softwaretransfer Abb. 8 Serieller Monitor

Öffnen Sie den seriellen Monitor wie in Abb. 8 dargestellt wird

Lassen Sie die USB-Kabelverbindung zum Roboter unverändert
angeschlossen! Sorgen Sie dafür das die Batterien / Akkus instal­liert worden sind und diese vollgeladen sind.
Schalten Sie den Roboter mit dem „Power“-Schalter ein.
Starten Sie den ersten Test und folgen Sie die Testschritte auf
dem seriellen Monitor. Monitor muss auf neue Regel stehn und

Vergessen Sie die Bibliotheken nicht!

- 22 -

5. ARDUINO ROBOT ERWEITERUNGSMODULE (EXTENSION KITS)

5.1 ASURO Erweiterungsmodule für den AAR Roboter.

Der AREXX Arduino Roboter verfügt über verschiedene Anschlüsse
für Erweiterungsmodule. Die AAR-Anschlüsse sind Pin-kompatibel mit
dem AREXX ASURO Roboter (Ein Roboterbausatz, der in C program­miert wird). Das bedeutet, dass Sie alle AREXX ASURO Bausätze
auch für diesen Arduino Roboter verwenden können.

Auf dem CD stellen wir auch einige Arduino Beispielprogramme zur
Verfügung, sodass Sie sofort mit den Erweiterungsbausätzen loslegen
können. Der ASURO Roboter verfügt auch über einem allgemeinen
Experimentalbausatz (ARX-EXP2) der auch für ihre, eigene Arduino­Module verwendbar ist.

Weiter unten dokumentieren das PIN-Layout für den Anschluss des
AAR Erweiterungsbausatzes.Es betrifft die Anschlussstecker SV8, SV9

und SV10 auf der Leiterplatte.

SV1

SV8, SV9 and SV10 SV2

1. D8

2. D4

3. A3

4. GND

5. VCC

6. A2

7. TXD

8. RXD

1. SCK/PB5

2. SCL/ ADC5/PC5

3. WS_RIGHT/INT0/PD2

4. RGND

5. PWM1_L/AIN0/OC0A/PD6

6. MOSI/OSC2A/PB3

7. MISO/PB4

8. SDA/ ADC4/PC4

ARX-EXP2

AREXX EXPERIMENT BOARD

1. SET

2. AUX

3. TXD

4. RXD

5. EN

6. VCC

7. GND

Abb. 9. AAR Erweiterungs Konnektoren

Rote Punkt ist 1.

- 23 -

5.2ASUROErweiterungsbausatzkongurationen.

ARX-ULT10
AREXX ULTRA SOUND KIT (Ultraschallmodul)

Benutzen Sie bitte das Arduino
Beispielprogramm AAR_ULTRA,

das sich auf dem CD bendet.

Mit diesem Beispielprogramm
wird sich der Roboter rückwärts
bewegen, sobald es einen
Gegenstand detektiert.

ARX-SNK20
AREXX SNAKE VISION (PYRO) KIT
(Schlangenblicksatz)

Benutzen Sie bitte das Arduino
Beispielprogramm AAR_SNAKE,

das sich auf dem CD bendet.

Mit diesem Beispielprogramm wird der
Roboter ein warmes Objekt folgen.

ARX-DSP30
AREXX DISPLAY KIT (Anzeigesatz)

Benutzen Sie bitte das Arduino
Beispielprogramm AAR_DISPLAY,

das sich auf dem CD bendet.

Mit diesem Beispielprogramm
können Sie Texte auf der Anzeige
darstellen. Die Tasten sind frei
programmierbar.

- 24 -

ARX-MNSP55
AREXX MINE SWEEPER KIT

(Minenräumersatz)

Benutzen Sie bitte das Arduino
Beispielprogramm AAR_MINE,

das sich auf dem CD bendet.

Mit diesem Beispielprogramm kann der
Roboter Metalle detektieren.

ARX-APC220
AREXX WIRELESS KIT (Drahtlos-Satz)

Mit dem AREXX ARX-APC-220

RP6v2 USB Programmierer
und den APC-220

Satz können Sie mit PC den AAR
drahtlos steuern.

Sehe Ordner Examples
AAR_APC220 auf CD.

Benutzen Sie bitte das Arduino
Beispielprogramm
AAR_INO.SRC, das sich

auf dem CD bendet.

Sie benötigen dabei ebenfalls
die Visual-Basic Applikationssoftware
auf dem PC (AAR_VB_Software).

Kurze schrittweise Arbeitsfolge:

- Verbinden Sie den RP6v2 USB Programmierer und den APC-220 mit
dem PC.

- Verbinden Sie den zweiten APC mit dem AAR (mittlere Steckverbinder).

- Transferieren (Upload) Sie die Datei AAR_INO_SRC in den AAR-\
Robot Prozessor.

- Installieren Sie die AAR_VB_Software auf Ihrem PC.

- Wählen Sie den richtigen COM Port in der AAR-VB Software.

- 25 -

ANDROID – PROGRAM MIT BLUETOOTH

ARX-BT3

AREXX BLUETOOTH KIT (Satz)

Unser ARX-BT03 Satz ermöglicht Ihnen den Arduino Roboter via
Bluetooth aus einer Android Umgebung zu steuern.

Benutzen Sie bitte das Arduino Steurprogramm
Bluetooth_AAR.APK, das sich in ANDROID_APP Ordner

(AAR_APP) auf dem CD bendet. Sie sollten die Bluetooth_AAR.

APK auf Ihrem Android System installieren und die Asrduino
software AAR_SRC_Bluetooth in die AAR Roboter Hochladen.

Kurze schrittweise Arbeitsfolge:

- Verbinden Sie das Bluetooth Modul mit der Leiterplatte auf dem
Roboter

- Transferieren Sie die Datei AAR_SRC_Bluetooth in den Roboter­ prozessor.

- Installieren Sie die Datei Bluetooth_AAR_APK auf Ihrem
Smartphone
oder Tablett.

* Sie nden diese Dateien auf Ihrer CD

und in der Google Play Store.

- 26 -

6. Hintergrundinformation zur H-Brücke

Die H-Brücke ist eine Elektronikschaltung womit man mittels vier
Schalter zum Beispiel einen Gleichstrommotor umpolen kann. Ein sol­cher Schalter wird in der Robotertechnologie oft angewandt um Moto­ren in zwei Richtungen an zu steuern.

Meistens sind für solche Schaltungen integrierte Module verfügbar,
aber zur Verdeutlichung der Funktionsweise und Dimensionierung der
Stromversorgung kann es gelegentlich interessant sein auch eine ältere
Schaltung zu studieren.

6.1 Eine H-Brücke für 3 Volt Stromquellen

In der Endstufe des Hyper-Peppy roboters wurden die vier Schalter
der H-Brücke als zwei PNP-Transistoren TR7 und TR8, beziehungsweise
NPN-Transistoren TR9 und TR10 gestaltet. In dieser Schaltung dürfen
immer nur zwei dieser Transistoren den Strom durchlassen und zwar
so, dass der Strom:
über TR7 und TR10 oder aber
über TR8 und TR9
durch den Motor M geführt wird.

Mit Hilfe des (kostenlosen) Microcap-Simulators können wir recht
einfach die Gleichstromeinstellung dieser Schaltung kalkulieren lassen

und im Schaltbild ablesen.

Afb. 10: Gleichstrom­ einstellung der
H-Brücke des
Hyper Peppy
Roboters

- 27 -

In der Endstufe ist M der Motor und wird die Steuerungsstufe des
Vorverstärkers mit einem Widerstand R14 simuliert. Dieser
Widerstand R14 erdet die Basisanschlüsse der Transistoren TR6 und
TR5. Es leitet deshalb auch nur die Endstufe auf der rechten Seite
einen nennenswerten Strom.

Die Transistoren TR8, TR5 und TR9 führen Strom und die drei übrigen
sind gesperrt. Falls wir R14 an einer positiven Spannung anschließen,
sperren wir den linken Zweig der Endstufe und wird der Motorstrom
umgepolt.

Der Microcap Simulator erlaubt uns die Stromstärke in jedem Bauteil
zu berechnen und im Schaltbild an Bildschirm abzulesen. Der Gesam­tstromverbrauch der Endstufe beträgt etwa 300mA bei 3Volt Batterie­spannung.

Das erstaunliche dieser Schaltung ist dass die Endstufe bei 3V mit Si­lizium Transistoren arbeitet. Normalerweise beträgt die Kniespannung
eines Silizium Transistors 0,7V. Der Motor wurde jedoch zwischen den
Kollektoren geschaltet, die im Idealfall nur 0,3V Spannungsabfall ver­zeichnen. Für den Motor bleibt in der Praxis immer noch ein großzügi­ger Restwert von 1,5V übrig. Die vom Microcapsimulator berechnete
Spannungswerte sind in Abbildung 10 dokumentiert.

Abb. 11: H-Brücke mit dem L293D-Chip

- 28 -

Die 3V-Stromversorgung ist eine ideale Ausgangsbasis für ein Ro­boter, der von nur 2 Batterien gespeist wird. Die PNP-Transistoren
sind jedoch schlecht geeignet für eine Implementierung in einen
integrierten Schaltkreis wie der L293D. Ein IC ist dagegen in anderer
Hinsicht vorteilhaft, wie zum Beispiel im Bereich der Zuverlässigkeit,
Absicherung gegen Schaltfehler und geringeres Platzbedarfes so­wie Gewichts. Aus diesen Gründen haben wir den AAR-Roboter mit
einem L293D-chip mit doppelter H-Brückenschaltung ausgestattet,
der uns erlaubt gleichzeitig zwei Motoren anzusteuern.

6.2 Eine H-Brücke für 4,5 Volt

Der Schaltkreis L293D (siehe Abb. 11 kann pro Ausgangsstufe
einen Ausgangsstrom von 600 mA (maximal: 1,2A Spitzenwert)
ansteuern. Die Stromversorgung der Endstufe (VCC2) darf zwischen
4,5V und 36V variieren, sodass wir den L293D-Chip als Ideallösung
zur Ansteuerung von Gleichstrommotoren betrachten dürfen.

Die minimale Stromversorgungsspannung (VCC2) beträgt jedoch
4,5V, sodass wir minimal 4 Batteriezellen oder Akkuzellen einsetzen
müssen. Diese Investition erhöht selbstverständlich wiederum das
Gewicht des Roboters. Das ist der Preis den wir für den Einsatz des
modernen ICs bezahlen müssen.

- 29 -

Afb. 12
H-Brücke mit dem L293D-Chip

7. Odometrie-Systeme

In diesem Kapitel werden wie einige interessante Konzepte für die
Anwendung des AAR-Roboters beschreiben. Es sind Ideen für Stu­dien und Kunstprojekte. Die Entwicklung solcher Arduino-Software

mag uns beim Programmieren des Mikrocontrollers beügeln und

beseelen.

7.1 Linienfolger,FarbsucherundFarbüchter

Mit lichtempndlichen Sensoren kann man einen Roboter zum
Linienfolger, Farbsucher und Farbüchter programmieren. Im er-

sten Fall soll der Roboter artig und getreu durchgezogenen Linien in
einem 8-Muster folgen, in dem die Endloslinie ihn wie in einer Tret­mühle herumirren lässt.

Im zweiten und dritten Fall wird der Roboter grundsätzlich rotes
Licht aus dem Weg gehen und dabei vielleicht gleichzeitig vom
grünen Licht angezogen werden. Solche Verhaltensmuster gehören
bereits zu den praktischen Strategien der einfachen Lebensformen.

7.2 Angsthasen und Musikliebhaber

Interessant ist auch das Verhaltensmuster, das auf die umgeben­den Geräuschkulisse reagiert. Ein schreckhafter Roboter mit einge­bautem Mikrofon könnte eine Musik mit vielen schweren Bässen aus
dem Weg gehen, aber gleichzeitig eine Vorliebe für hohen Flötentöne
zeigen. Die Vorliebe für hohen Flötentöne könnte gar die Angst vor
schweren Bässen übertönen. So kann man den Roboter zwingen

trotz schwerer Rockmusik die Quelle der zauberhaften Blocköten
aus zu ltern und zu suchen.

Verhaltensmuster, die auf Bässen und Hochfrequente Musiktönen,
Licht und Farben reagieren, benötigen nur einige wenigen Senso-

ren, wie zum Beispiel ein Mikrofon, zwei Tonltern, und wenige licht­empndlichen Sensoren, die mit Farbltern ausgestattet werden.

- 30 -

7.3 Komplexe Linienfolger

Roboter, die Linien folgen oder Linienmuster aus dem Weg gehen,
verwenden in der Regel eine Lichtquelle und zwei oder mehr Licht-

sensoren, womit das Suchsystem eine Linie identizieren und folgen

kann. Zunächst einmal kann man den Roboter mit einer speziellen
Suchroutine ausstatten, in dem der Detektor im Suchmodus nach ei­ner ganz speziellen Taktik zu suchen beginnt, zum Beispiel in einem
Spiralmuster in immer größeren Kreisen herumfährt bis der Sensor
ein auffälliges Linienmuster entdeckt und die gefundene Linie zu
folgen beginnt.

Das Schreiben einer Software, die eine solche Suchprozedur für
willkürliche Linienmuster statistisch gesehen befriedigend löst, ge­hört bereits zu den ausgesprochen schwierigen Programmieraufga-

ben.

7.3.1 Komplexes Verhaltensmuster
(als Programmieraufgabe)

Das Projekt kann jedoch noch erweitert werden indem man die
Suchprozedur in einem willkürlich buntgefärbtem Linienmuster stat-

tnden lässt, in dem der Roboter durch Lärmmuster verscheucht

wird und daraufhin sofort die nächstbeste rote Linie sucht, die ihn in
die sichere Unterkunft einer dunklen „Garage“ führt.

Sobald die Geräuschkulisse sich für eine gewisse Zeit beruhigt hat,
kann nun der Roboter sich vorsichtig aus seiner „Garage“ heraus
begeben und die Suche nach einer grünen Linie, welche das Fahr­zeug nach eine zweite „Garage“ mit intensiver grünen Beleuchtung
führt, in dem sich der Roboter auch unter lauter Bassmusik sicher
„daheim“ fühlt.

Sobald man jedoch der Musik hohe Blockötentöne beimischt, wird

der Roboter unruhig. Er verlässt seine grüne Behausung um die rote
Linien zu seinem dunklen Verlies zu suchen.

Man kann sich denken, dass dieses Verhaltensmuster mit Linien­folger, Farbabhängigkeiten, unterschiedlichen Geräuschquellen und
einem komplexen Rollenmuster eine systematische Organisation der
Softwarestruktur erfordert. Nur eine sauberes, modular strukturier­tes Konzept führt in solchen Fällen zum Ziel, indem der Roboter sich
unter allen Bedingungen stabil und zuverlässig am zuvor spezizier­te Verhalten orientiert.

- 31 -

Aus der Komplexität der benötigten Software mag der Program­mierer in Staunen versetzt werden und eine Bewunderung für die
lebende Organismen entwickeln, die ein solches Verhaltensmuster
kombinieren mit der regelmäßigen Suche nach Nahrung und einer

erfolgreichen Fortpanzungsstrategie. Es ist wahrlich die großartige

Leistung der Natur solche Verhaltensmuster immer wieder zu per­fektionieren und am Leben zu erhalten.

- 32 -

8. Programmierung des Bootloaders

Achtung!

Die Verfahren in diesem Kapitel setzen
Programmiererfahrung voraus !

Man kann den Arduino Bootloader zum Beispiel mittels STK500
hochladen. Zur Übertragung der in Arduino geschriebenen Programmen
in den Atmega Mikrocontroller muss der Atmega-Prozessor von einer
speziellen Arduino-Bootloader versehen werden. Der Bootloader sorgt
dafür, dass die übertragene Codezeichen an der korrekten Stelle des
Atmega-Speichers geschrieben werden.

Zum Anlegen des Bootloaders benötigen wir folgende
Komponenten:

* ein AVR Programmer Board (zum Beispiel das STK500 Board)
* eine 12 Volt Stromversorgung (für STK500)
* AAR Roboter mit einer auf der Leiterplatte verfügbaren
ISP-Steckverbinder (Abb. 11)
* PC mit einem physikalischen COM-Port (vorzugsweise kein
USB-RS232 Konverter, zur Vermeidung der Risiken durch
Timing-Fehlern)

Installieren (oder aktualisieren) Sie die aktuellen Version der Arduino­Software, die sich auf der Webseite www.arduino.cc befindet. Die
abgerufene Datei wird normalerweise vom Typ .ZIP oder .RAR sein.
Entpacken Sie diese Dateien und platzieren sie diese auf Ihrer
Festplatte.

Verwenden Sie nun zum Beispiel WINAVR um den
Arduino Bootloader in den Roboter zu übertragen.

Achtung!

Die ARDUINO Software gehört komplett zur Kategorie Freeware und
es kommt schon mal vor, dass unterschiedliche Versionen der Arduino
Software und Arduino Bootloader-Programme sich nicht richtig vertra­gen!

Besuchen Sie bei Problemen in diesem Bereich die diversen

Arduino-Websites beziehungsweise Foren!

- 33 -

Abb. 13: ISP-Steckverbinder

APPENDIX

- 34 -

A. Teileliste

Part Value Package

C1 18pF 0805
C2 18pF 0805
C3 0.1uf C0805K
C4 0,1uf 0805
C6 0,1uf 0805
C7 470uf CPOL-USF
C8 0,1uf 0805
C9 4,7uf 1206
C11 0,1uf 0805
C12 0,1uf 0805
C13 0,1uf 0805
C14 0,1uf 0805
C15 0,1uf 0805
C16 470uf CPOL-USF
C17 470u CPOL-USF
C19 470uf CPOL-USF
D1 MBR0520 SOD-123
D2 1N4001 DO41-10
IC1 FT232RL SSOP28
IC2 L293D DIL16
IC3 ATMEGA328-AU ATMEGA328P-AU
IC4 74AHC1G14DCK 74AHC1G14DCK
IC5 74AHC1G14DCK 74AHC1G14DCK
JP1 M1 1X02
JP2 M2 1X02
JP3 BAT 1X02
JP4 4,8V 1X02
JP5 ISP 2X03
SV2 fem header FE07-1
T1 SFH300 LED5MM
T2 SFH300 LED5MM
T3 LPT80A LPT80A
T4 LPT80A LPT80A
U$1 3,3V PIN-T
U$2 FE03-1 FE03-1
U$3 FE03-1 FE03-1
U$4 FE02-1 FE02-1
X1 PN61729-S PN61729-S
LED1 Rd LED5MM
LED2 Bl LEDCHIP-LED0805
LED3 Rd LEDCHIP-LED0805
LED4 Gn LEDCHIP-LED0805
LED5 Bl LEDCHIP-LED0805
LED6 Rd LEDIRL80A

- 35 -

Part Value Package

LED8 Rd LEDCHIP-LED0805
LED9 Rd LEDCHIP-LED0805
LED10 Rd LEDCHIP-LED0805
LED11 Rd LEDCHIP-LED0805
LED12 Gn LEDCHIP-LED0805
LED13 Rd LEDCHIP-LED0805
LED14 Bl LEDCHIP-LED0805
LED16 Rd LEDCHIP-LED0805
LED17 Rd LEDCHIP-LED0805
LED18 Rd LEDIRL80A
Q1 16mhz CRYSTALHC49UP
R1 20k R-US_R0805
R2 20k R-US_R0805
R3 1k5 R-US_R0805
R4 220 R-US_R0805
R5 1k5 R-US_R0805
R6 1k R-US_R0805
R7 680 R-US_R0805
R8 680 R-US_R0805
R9 20k R-US_R0805
R10 20k R-US_R0805
R11 220 R-US_R0805
R12 220 R-US_R0805
R13 10k R-US_R0805
R14 220 R-US_R0805
R15 220 R-US_R0805
R16 220 R-US_R0805
R17 220 R-US_R0805
R18 220 R-US_R0805
R19 220 R-US_R0805
R20 10k R-US_R0805
R21 10k R-US_R0805
R22 10k R-US_R0805
R23 10k R-US_R0805
R24 220 R-US_R0805
R25 220 R-US_R0805
R26 220 R-US_R0805
R27 220 R-US_R0805
R28 220 R-US_R0805
R29 1k R-US_R0805
R31 10k R-US_R0805
R32 12k R-US_R0805
S1 TACT SWITCH TACT_SWITCH
S2 255SB 255SB
SV1 fem header FE08-1

- 36 -

B. Hauptplatine Obenseite

T1

R9

C17

AREXX ARDUINO ROBOT

470u

JP5

R20

R22

SCL

SCK

R26

INT0

ISP

LED14

VCC

GND

C8

L293D

IC2

R21

R6

4,8V

D2

JP4

R23

RXD

TXDA2VCC

R25

R24

LED5

C7

470uf

1 2

S2

+

JP3

BAT

-

T2

LED1

R11

R10

RGND

SDA

PD6

MISO

MOSI

R4

TXD

AUX

RXD

EN

SET

1 7

SV2

R31

10k

R32

C6

D8

D4

A3

GND

1 8

SV1

LED13
LED12

LED2

R12

R13

S1

R29

1k

C9

4,7uf

IC3

ATMEGA328P-AU

C2

C4

470uf

C16

gn

TACT SWITCH

rd

LED3

LED4

R7

R8

680

18pF

0,1uf

Q1

16mhz

AREXX ARDUINO ROBOT

C1

0,1uf

18pF

3,3V3,3V

C11

680

FT232RL

470uf

IC1

0.1uf

C3

D1

MBR0520

C19

PN61729-S

E L E C T R O N I C S

X1

LED6

R15

R28

RD

RD

LED8

LED9

R16

R17

220

220

T3

IC4

LED17

R3

LEFT

0,1uf

0,1uf

C12

C15

MOTOR2
M2

0,1uf

JP2

C13

MOTOR1

0,1uf

M1

JP1

C14

T4

LED18

R14

R5

IC5

R27

LED16

RD

RD

LED10

LED11

RIGHT

R19

220

R18

220

- 37 -

C. Hauptplatine Unterseite

T1

R9

C17

AREXX ARDUINO ROBOT

470u

JP5

R20

R22

SCL

SCK

R26

ISP

LED14

VCC

GND

C8

L293D

IC2

R21

R6

4,8V

D2

JP4

R23

RXD

TXDA2VCC

R25

R24

LED5

C7

470uf

1 2

S2

+

JP3

BAT

-

T2

LED1

R11

R10

RGND

INT0

SDA

PD6

MISO

MOSI

R4

TXD

AUX

RXD

EN

SET

1 7

SV2

R31

10k

R32

C6

D8

D4

A3

GND

1 8

SV1

LED13
LED12

LED2

R12

R13

S1

R29

1k

C9

4,7uf

IC3

ATMEGA328P-AU

C2

C4

470uf

C16

gn

TACT SWITCH

rd

LED3

LED4

R7

R8

680

18pF

0,1uf

Q1

16mhz

AREXX ARDUINO ROBOT

C1

0,1uf

18pF

3,3V3,3V

C11

680

FT232RL

470uf

IC1

0.1uf

C3

D1

MBR0520

C19

PN61729-S

E L E C T R O N I C S

X1

LED6

R15

R28

RD

RD

LED8

LED9

R16

R17

220

220

T3

IC4

LED17

R3

LEFT

0,1uf

0,1uf

C12

C15

MOTOR2
M2

JP2

MOTOR1

0,1uf

0,1uf

M1

JP1

C13

C14

T4

LED18

R14

R5

R27

LED16

RD

RD

LED10

IC5

LED11

RIGHT

R19

220

R18

220

- 38 -

GND

R5

1k5

220

R14

R3

1k5

220

R15

SFH300

T2

LED_LS

T1

INT0

SCL

SCK

123

0,1uf
C6

R32

12k

RX

TXD4D4

VCC

8

VCC

VCC

1

S2

2

BAT

bat

LED16

220

WS_RIGHT

R27

RD

RD
LED18

LED17

220

WS_LEFT

R28

RD

T3 T4

2 4 2 4

Rd
LED1

SFH300

GND GND

RD
LED6

20k

R10

LIJN_SEN2

220

R11

GND

20k

R9

USBArduino

TX

RX

LIJN_SEN1

GND

220

R4

PD6

SDA

RGND

MOSI

MISO

123

1

2

SV10

FE03-1

SV9

10k

R31

D8

GND

1234567

MOSI

1 2

3 4

5 6

JP5

MISO

RESET

SCK

1N4001

D2

3

1

2

JP3

FE03-1

FE02-1

0,1uf
C8

GND

RX

TX

EN

AUX

SET

GND

VCC

12345

6

7

SV2

GND

ISP

470uf

C7

GND

JP4

1
2

4,8V

Bl
LED5

1k

R6

Motor Driver

VCC

VCC

LED4

rd

gn

LED3

680

R7

R8

680

TX

RX

RESET

0.1uf

C3

3

11

2

9

10RI6

23

18

26

21

22

13

14

CBUS0

CBUS1

17

C11

GND

3,3V

PN61729-S

1

2

JP2

14

13

4Y

GND3

GND14GND252Y62A7VCC2

M1

1

2

TX

INT0

PWM1_L

2

1

32

31

DIGITAL_2

DIGITAL_1(TX)

DIGITAL_3(PWM)

VCC2

VCC1

6

4

VCC

C4

7

12

GND

GND

GND

TEST

CBUS2

CBUS3

CBUS4

GND

3V3OUT

USBDP

USBDM

25

15

16

0,1uf

123

4

USB

GND

FT232RL

X1

D1

MBR0520

VCC

M2

0,1uf
C13

LED9

220

R17

RD

0,1uf
C12

LED8

220

R16

GND GND

RD

GND

12

10

9

3Y113A

GND4

3-4EN

10k

L293D

8

GND

VCC

0,1uf
C15

LED11

220

R18

0,1uf
C14

LED10

220

R19

JP1

10k

R23

GND

Bl

LED2

220

R12

D8

LED_LS

PD6

PWM2_L

PWM1_R

PWM2_R

MOSI

11

10

9

15

14

13

12

L_7

DIGITAL_4

DIGITAL_8

DIGITA

DIGITAL_6(PWM)

DIGITAL_5(PWM)

DIGITAL_9(PWM)

DIGITAL_11(PWM)

DIGITAL_10(PWM)

GND/ANALOG

ANALOG_REFERENCE

VCC/ANALOG

21

20

18

0,1uf

1k

R29

C16

470uf

4,7uf

C9

3V3

R21
10k

R20
10k

R22

GNDGND

RD

RD

GND

LED14

220

MISO

SCK

R26

GND

Bl

17

16

DIGITAL_13

DIGITAL_12

GND2

GND1

ATMEGA328P-AU

5

3

GND

1

5

TXD

RTS

CTS

DTR

RXD

DSR

DCD

VCC

OSCO

OSCI

VCCIO

RESET

IC1

4

19

20

28

27

470uf

C19

VCC

LED12

220

R24

GN

LED13

220

R25

RD

3V3

VCC

16

15

4A

VCC1

1-2EN

IC2

11A21Y3

VCC

C17

470u

GND

LIJN_SEN2

A2A2A3A3LIJN_SEN1

RX

WS_RIGHT

WS_LEFT

SDA

SCL

22

19

30

28

27

26

25

24

23

ANALOG_7

ANALOG_6

ANALOG_5

ANALOG_4

ANALOG_3

ANALOG_2

ANALOG_1

ANALOG_0

DIGITAL_0(RX)

CRYSTAL2

CRYSTAL1

RESET

IC3

8

7

29

16mhz

10k

RESET

Q1

R13

18pF

18pF

C1

C2

1 2

D. Schaltbild AAR

VCC

Wheel-sensors

VCC

VCC

VCC

Line tracing sensor

SV8

VCC

SV1

ICSP Extension board con.

POWER SUPPLY

- 39 -

E. 3D PLATINE AAR

- 40 -