Arexx YT-3000 User guide [de]

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YETI

BAUANLEITUNG: Modell YT-3000

Laufroboter

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

© Deutsche Übersetzung/German translation (March 2006): AREXX Engineering (NL). Diese Beschreibung ist urheberrechtlich geschützt. Der Inhalt darf auch nicht teilweise kopiert oder übernommen 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

WWW.ROBOTERNETZ.DE

Fabrikant: AREXX Engineering JAMA Oriental

Europäischer Importeur: AREXX Engineering ZWOLLE Die Niederlande

1. Produktbeschreibung YETI 3

2. YETI Allgemeine Info 4

Wie laufen wir eigentlich? 11

4. Hardware 13

5. Aufbau Elektronik 17

6. Teileliste Mechanik 26

7. Bauanleitung für die Mechanikteile 29

 8. YETIAkkusauaden    41

9. Software 42

10. Installation der Software 48

11.

Inbetriebnahme und Test 63

12. Kalibrierung des YETIs 66

13. YETI Programmieren 70

14. Erweiterungen 86

xx. APPENDIX 105 A. Übersicht der YETI-Funktionen 106 B. Schaltbild YETI 110 C. Schaltbild Display Module 111 D. Schaltbild US Module 112 E. Schaltbild RS232 IR 113 F. Schaltbild USB IR 114 G. Flachband Anschlußbelegung 115 H. Fehlersuche 116 I. Montage Erweiterungskits 118 J.Tastatur-Kontrollmodus und Testprogramm 119

K. ADC Messwert Akkuspannung 122

Inhaltsverzeichnis

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1. PRODUKTBESCHREIBUNG YETI

1.1. Zu welcher Roboterfamilie gehört YETI?

YETI ist ein gehender Roboter. Sein Name stammt vom “Schnee-Menschen”, einem vermeintlich im Himalaja lebenden, behaarten Riesen. Genauso wie dieses legendäre Ungeheuer bewegt sich unser YETI auf zwei riesigen Füßen, aber darin erschöpft sich auch schon die Ähnlichkeit dieser Namensvetter.

Der Antrieb für die Beine und Füße unseres YETIs erfolgt durch Servomotoren, und wird gesteuert von einem Mikroprozessor. Dieser führt ein Computerprogramm aus, das wir zuvor im Gehirn des YETI-Roboters gespeichert haben.

1.2. Spezikationen:

Motoren 2 Servomotoren (5 Volt) Prozessortyp ATmega8L Programmiersprache C Spannung 4 St. AA Akku 4,8 - 6 Volt Strom Min. 10 mA Max. 600 mA Kommunikation Infrarot und I2C Bus Erweiterung 2 Erweiterungen möglich mittels Flachbandkabel Höhe 278 mm Breite 155 mm Tief 100 mm

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2. YETI ALLGEMEINE INFO

2.1. Wer oder was ist ein YETI?

Wie bereits am Anfang beschrieben stammt sein Name vom “Schneemensch”, einem vermeintlich im Himalaja lebenden behaarten Riesen. Mit seinem Riesenkörper und seinen großen Füßen kann er sich nur ziemlich schwerfällig bewegen.

Unser YETI ist ein hochgewachsener Roboter, der ebenfalls auf großen Füßen läuft. Er kann vorwärts und rückwärts gehen und sich sogar links oder rechts herum drehen.

Bei jedem Schritt vorwärts oder rückwärts muß YETI sich zuerst auf einem Fuß abstützen und dann den anderen Fuß versetzen. Dazu benutzt er zwei Servomotoren. Ein Servomotor verwendet ein Getriebe und ist deshalb sehr kräftig. Außerdem enthält der Servomotor eine impulsgesteuerte, elektronische Regelung. Die Elektronik erlaubt dem Servo nur eine genau bestimmte Schwenkung durchzuführen.

Der YETI verwendet einen Servo an der Vorderseite und einen Servo an der Unterseite. Der Servo an der Vorderseite zieht die Füße zum Verschieben hoch und wird Fußservo genannt. Der Servo an der Unterseite versetzt die Beine (und damit auch die Füße) eins nach dem

anderen und wird Beinservo genannt.

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2.2. Was können wir mit dem YETI anfangen?

- Neue (Beispiel-) Programme in den YETI übertragen.

- Selbsterstellte Programme in den YETI übertragen.

- YETI mit gebrauchsfertigen Erweiterungsmodulen erweitern, so dass der YETI zum Beispiel Gegenständen ausweichen oder Entfernungen messen kann.

- YETI mit selbstgebauten Erweiterungsmodulen erweitern.

- YETI mittels Infrarotsignalen mit dem PC kommunizieren lassen.

- YETI mittels Infrarotsignalen aus dem PC oder aus der Fernbedienung eines Fernsehers steuern.

- YETI zur Abgabe einer Tonfolge oder Geräuschfolge stimulieren.

- Seine “Augen”-LEDs ein- und ausschalten.

- Den Körper des YETIs erweitern, zum Beispiel um ein Display oder einen LED-Mund.

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2.3. YETI wird mit drei Handgriffen zum Leben erweckt:

1. Setzen Sie zuerst die Mechanik- und Elektronikmodule des YETIs mit Hilfe der Bauanleitung zusammen.

2. Laden Sie ggf. die Akkus auf.

3. Schalten Sie den YETI mit dem Hauptschalter auf der Unterseite des Geräts ein.

Nach einigen Sekunden wird YETI seine Beine und Füße strecken und anschließend (mittels eines Standard-Beispielprogramms im Prozessorhirn) ein Beispiel seines Könnens geben.

Nun, das war zunächst gar nicht schwierig, und es sieht aus, als ob man jetzt bereits fertig wäre.

Jetzt aber fängt die Arbeit erst an ...... !

Wir werden uns jetzt mit dem Entwurf und Schreiben eigener Programme beschäftigen und können so in kreativer Weise das Verhalten unseres YETIs anpassen.

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2.4. Laden eines (Beispiel-) Programms in den YETI

Zum Laden eines beliebigen YETI-Programms vom Computer in den YETI verwenden wir unsichtbare Lichtsignale. Der im Lieferumfang enthaltene lose COM-Port-Adapterstecker ist ein RS232-InfrarotSender/Empfänger (Transceiver). Dieser wird an einem COM-Port des Computers angeschlossen. YETI verfügt in den beiden kleinen Öffnungen seines Rückens über einen eingebauten RS232-InfrarotSender/Empfänger. Der COM-Port-Adapterstecker ist auch als USBAdapter verfügbar. Es handelt sich dabei um den gleichen IRTransceiver, der auch für den ASURO benutzt wird. ASURO ist ein anderer, programmierbarer Roboter aus unserer Produktpalette.

Der Ladevorgang eines Programms in den YETI überschreibt automatisch das bereits zuvor vorhandene Programm. Das ursprünglich vorhandene Standard-Beispielprogramm wird deshalb auch beim ersten Ladevorgang verschwinden. Das ist jedoch nicht schlimm, denn wir können dieses Beispielprogramm später immer wieder in YETI übertragen.

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2.5. Laden eines Programms in den YETI

- Schließen Sie den COM-Port-Adapter, bzw. USB-Adapter auf den Computer an.

- Starten Sie bitte das Computerprogramm Flash.

- Selektieren Sie den COM-Port, an dem der Transceiver angeschlossen ist, in Flash.

- Selektieren Sie ein zu übertragendes YETI-Programm in Flash.

- Sehen Sie zu, dass die Öffnungen im YETI-Rücken auf der Oberseite des COM-Port-Adapters gerichtet sind.

- Schalten Sie bitte den YETI aus.

- Drücken Sie den Button „Programmieren“ im Flash-Programm.

- Schalten Sie bitte den YETI (innerhalb von 10 Sekunden) ein.

- Normalerweise wird das YETI-Programm nun in den YETI- Prozessor übertragen.

- Warten Sie bitte, bis der Ladevorgang des YETI-Programms abgeschlossen ist.

- Schalten Sie den YETI aus und wieder ein.

- Warten Sie bitte 3 Sekunden.

YETI wird nun sein neues Programm starten und ausführen.

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2.6. Erweiterungsmodule (Kits)

Sie können YETI mit zusätzlichen (nicht im Lieferumfang enthaltenen) Baugruppen erweitern, welche die Leistungsfähigkeit des Roboters erheblich steigern. So können Sie YETI mit einem Ultraschall-Sender/ Empfänger ausstatten, der ihm ermöglicht mit Schallwellenechos die Distanz zu entfernten Gegenstände zu messen und diesen auszuweichen.

Auch können Sie YETI mit einem Display ausstatten, um darauf Daten oder Nachrichten anzeigen. Ein Erweiterungsmodul besteht aus einer kleinen Leiterplatte, die wahlweise mit oder ohne Bauelementen geliefert wird. Die Erweiterungsmodule passen genau in YETIs Kopf und werden sozusagen in seiner Schädeldecke genau oberhalb der Augen festgeschraubt.

Sie können aber auch Ihre eigenen Module mit Experimentierleiterplatten entwerfen. Diese werden auf YETIs Kopf anstelle des kleinen Vordachs platziert.

Mit einem Flachbandkabel verbinden Sie die Erweiterungsmodule über eine I2C-Bus-Schnittstelle mit der Hauptplatine (und somit automatisch

auch mit dem I2C Bus des Mikroprozessors im YETIs Kopf.

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2.7. Der Kommunikationsprozess zwischen YETI und PC

Ein Druck auf die „Programmieren“-Taste im Flashprogramm aktiviert das Flashprogramm zehn Sekunden lang zur Kontaktaufnahme mit dem YETI. Falls die Kommunikation zustande kommt, wird das Programm in YETI übertragen. YETI wird sich nur innerhalb den ersten drei Sekunden nach dem Einschalten des YETIs beim Computer melden. Falls YETI innerhalb dieser drei Sekunden keinen Kontakt zum Computer herstellen kann, wird er einfach sein bereits geladenes Programm starten. Das Flash-Programm wird bei fehlender Kontaktaufnahme nach 10 Sekunden eine Fehlermeldung absetzen.

Die Erfahrungen mit dem ASURO ergeben, dass der Datentransfer manchmal etwas schwerfällig abläuft. Insbesonder bei Verwendung der RS-232 Adapterschnittstelle werden manchmal Fehlermeldungen erzeugt.

Man kann diese Fehlermeldungen mit folgenden Maßnahmen verhindern:

- Sorgen Sie für eine gute Sichtverbindung zwischen IR Sender und Empfänger.

- Verwenden Sie bitte die aktuellste Flash Softwareversion.

- Verwenden Sie frische Batterien.

- Schalten Sie störende Lichtquellen (insbesondere Leucht- stoffröhren) ab. Verwenden Sie den USB-Adapter (insbesondere dann, wenn die RS-232 Spannung gering ist).

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3. WIE LAUFEN WIR EIGENTLICH?

3.1. Zusammenfassung

YETI balanciert auf einem Fuß und versetzt anschließend den anderen Fuß. Dazu zieht YETI die Außenseite seines abstützenden Fußes hoch und drückt zur gleichen Zeit die Außenseite seines zu versetzenden Fußes herunter. Dabei neigt sich YETI zum abstützenden Fuß herüber und verlagert den Großteil seines Gewichts auf diesen abstützenden Fuß. Anschließend schiebt YETI seinen zu versetzenden Fuß nach vorne und schließt somit den Schritt ab. Der abstützende Fuß wird nun der zu versetzende Fuß und umgekehrt.

Dieser Bewegungsablauf muß sich beim Gehen natürlich ständig wiederholen.

3.2. Ausführliche Erläuterung

Sobald der YETI aus der Stillstandposition laufen soll, dreht er seinen Fußservo von vorne betrachtet im Uhrzeigersinn. Dabei passieren zwei Dinge gleichzeitig.

Zum einen hebt sich die rechte Seite des Fußservos und zieht die Außenseite des rechten Fußes ein wenig hoch. Er könnte seinen Körper nun nach rechts bewegen, tut das aber nicht, weil ein Großteil des Gewichts sich immer noch auf der Innenseite des rechten Beines

bendet.

Zweitens senkt sich die linke Seite des Fußservos und drückt gleichzeitig die Außenseite des linken Fußes ein wenig herunter. Dabei wird das linke Bein hochgedrückt. Beide Bewegungen zusammen bewegen den Körper nach rechts und verlagern das Gewicht von den linken auf den rechten Fuß.

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Falls YETI seinen rechten Fuß etwas zu hoch anheben würde, drückt der linke Fuß den Körper des YETIs über die Gleichgewichtsposition des rechten Fußes hinweg. Der Roboter verliert dann sein Gleichgewicht und würde nach Rechts umkippen. YETI soll deshalb seinen rechten Fuß gerade soweit hochheben, dass er, wenn sein linkes Bein ihn nach Rechts drückt, gerade nicht seinen rechten Gleichgewichtspunkt erreicht. Je dichter sich der Körper dem Gleichgewichtspunkt annähert, desto größer ist der Anteil des Gesamtgewichts auf dem rechten Fuß und desto leichter lässt sich der linke Fuß versetzen.

Jetzt müssen sich noch die Beinservos bewegen. Mit dem Beinservo versetzt YETI seinen linken Fuß möglichst weit nach vorne. Beim Versetzen des linken Fußes von hinten nach vorne bewegt sich auch der Körper bis zur halben Strecke des linken Fußes, aber immer noch in der Spur des rechten Fußes. Er stützt sich also immer noch überwiegend auf den rechten Fuß. Wenn sich nun der linke Fuß weit nach vorne gestreckt hat, zieht er die Außenseite seines linken Fußes hoch und die Außenseite seines rechten Fußes herunter. Dadurch verschiebt er seinen Körper, sein Körpergewicht und damit auch den Schwerpunkt des Körpers vom rechten Fuß zum linken Fuß. Ab diesem Zeitpunkt ruht das Gewicht hauptsächlich auf den linken Fuß. Auch hier gilt die Regel, daß YETI nicht zu weit nach links balancieren darf, damit er nicht nach links umkippt.

Beim nächsten Schritt wiederholt sich die Prozedur mit dem gegenüberliegenden Fuß.

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4. HARDWARE

4.1. YETI Basisleiterplatte

Die Hauptleiterplatte des YETIs enthält einen Atmega8L Mikrocontroller Chip. Dieser Mikrocontroller ist verbunden mit dem großen, runden Piepser und mit den beiden roten LEDs an der Vorderseite des Roboters. Zahlreiche andere Mikrocontrolleranschlüsse, z. B. der I2C Bus, werden direkt zum 20-Pins Steckeranschluß auf der Rückseite weitergeleitet. Dieser Steckverbinder erlaubt eine Systemerweiterung mit weiterer Hardware über Flachbandkabel. Die beiden schwarzen Steckverbinder neben der roten LED versorgen den Anschluss der beiden Servos. Die drei weißen Steckverbinder versorgen den Ein/AusSchalter und die beiden Akkupacks.

4.2. Flachbandanschluss

Vier der zwanzig Flachbandadern sind für die Stromversorgung reserviert. Pin 19 für VCC und Pin 7, 8 und 20 für GND.

Alle übrigen Flachbandanschlüsse sind direkt mit festgelegten Anschlüssen des Mikrocontrollers verbunden. Direkt neben den An-

schlußnummern sind die Mikrocontrollerpinfunktionen speziziert. Ein

Mikrocontrollerpin kann je nach Anwenderprogramm auf verschiedenste Art verwendet werden. Überprüfen Sie bitte im Datenblatt bzw.

Handbuch zum Mikrocontroller die genaue Denition der Pinfunktion.

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4.3. Erweiterungsanschlussbelegung

Alle Erweiterungsmodule werden grundsätzlich mit dem gleichen 20-adrigen Flachbandkabel auf der YETI-Hauptplatine angeschlossen. Das Flachbandkabel enthält auch die Stromversorgungsanschlüsse der Erweiterungsmodule und den I2C Bus von und zu den

Erweiterungsmodulen.

Info Flachbandanschluss: (Mehr Infos siehe Seite 15)

Pin 1 PC5 (ADC5/SCL) Pin 2 PC4 (ADC4/SDA) Pin 3 PC3(ADC3) Pin 4 PC2(ADC2) Pin 5 PC1(ADC1) Pin 6 PC0(ADC0) Pin 7 GND Pin 8 GND Pin 9 AVCC Pin 10 PC6(RESET) Pin 11 PB5(SCK) Pin 12 PB4(MISO) Pin 13 PB3(MOSI/OC2) Pin 14 PD3(INT1) Pin 15 PD6(AIN0) Pin 16 D7(AIN1) Pin 17 PD0(RXD) Pin 18 PD1(TXD) Pin 19 VCC Pin 20 GND

4.4. YETI Experimentiermodul

Im Experimentiermodul können Sie einen eigenen Entwurf einer Elektronikbaugruppe aufbauen und dieses Modul auf unterschiedlichste Art aus dem Mikrocontroller ansteuern.

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4.5. Flachbandanschlussbelegung

Vier der zwanzig Flachbandadern sind für die Stromversorgung reserviert. Pin 19 für VCC und Pin 7, 8 und 20 für GND. Alle übrigen Flachbandanschlüsse sind direkt mit festgelegten Anschlüssen des Mikrocontrollers verbunden.

Direkt neben den Anschlußnummern sind die Mikrocontrollerpinfunktionen speziziert. Ein Mikrocontrollerpin kann je nach Anwenderprogramm auf verschiedenste Art verwendet werden. Überprüfen Sie bitte im Datenblatt bzw. Handbuch zum Mikrocontroller die genaue

Denition der Pinfunktion.

Pin 1 PC5 (ADC5/SCL) Serial Clock (für die I2C Datenkommunikation) Pin 2 PC4 (ADC4/SDA) Serial Data (für die I2C Datenkommunikation) Pin 3 PC3(ADC3) Digitaler Eingang/Ausgang oder analoger Messeingang Pin 4 PC2(ADC2) Digitaler Eingang/Ausgang oder analoger Messeingang Pin 5 PC1(ADC1) Digitaler Eingang/Ausgang oder analoger Messeingang Pin 6 PC0(ADC0) Digitaler Eingang/Ausgang oder analoger Messeingang Pin 7 GND GND (Mehrere Anschlüsse zur Entstörung vorgesehen) Pin 8 GND GND (Mehrere Anschlüsse zur Entstörung vorgesehen) Pin 9 AVCC Betriebsspannung AD-Konverter Pin 10 PC6(RESET) Mikrocontroller Reset Anschluss Pin 11 PB5(SCK) Digitaler Eingang/Ausgang Pin 12 PB4(MISO) Digitaler Eingang/Ausgang oder I2C Funktion Pin Pin 13 PB3(MOSI/OC2) Digitaler Eingang/Ausgang oder I2C function pin oder Timer2 Pin Pin 14 PD3(INT1) Digitaler Eingang/Ausgang oder externer Interrupt Pin 15 PD6(AIN0) Digitaler Eingang/Ausgang oder analoger Testeingang Pin 16 D7(AIN1) Digitaler Eingang/Ausgang oder analoger Testeingang Pin 17 PD0(RXD) Digitaler Eingang/Ausgang oder RS232 Eingang Pin 18 PD1(TXD) Digitaler Eingang/Ausgang oder RS232 Ausgang Pin 19 VCC VCC Pin 20 GND GND (Mehrere Anschlüsse zur Entstörung vorgesehen)

Belegung des Flachbandkabels in einer Grak siehe seite 16

ACHTUNG:

Der AVCC-Anschluss ist wegen der Filterung über die Spule nicht so stark belastbar ist wie der VCC-Anschluss!

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5. AUFBAU ELEKTRONIK

Überprüfen Sie zunächst anhand der Teileliste der ElektronikKomponenten, ob alle Bauteile vorhanden sind.

5.1. Die Lötarbeit

Die Beschriftung der Leiterplatte zeigt genau, wo Sie die Bauteile bestücken müssen. Sollten Sie sich die Position genauer ansehen wollen, stehen Ihnen ein Bild der fertigen Platine und der Bestückungsplan zur Verfügung, siehe Seite 20 und 21.

Beim Bestücken einer Leiterplatte beginnen wir vorzugsweise mit den niedrigen Bauteilen. Das sind normalerweise die Widerstände. Schneiden Sie die Drahtenden kurz nach dem Einlöten ab, so daß Sie immer genug Platz zum Arbeiten haben.

Ehe Sie mit dem Löten beginnen, sollten Sie die integrierten Schaltungen probeweise kurz auf der Leiterplatte einsetzen und notfalls die Beinchen mit einer Flachzange genau ausrichten. Meistens sind die Beinchen etwas zu weit angewinkelt. Zum Schluß montieren Sie das IC in den IC-Sockel. ICs dürfen auf keine Fall direkt eingelötet werden, sondern müssen immer in den Sockel montiert werden!

WICHTIG

Der Elko und der IC-Sockel müssen mit korrekter Orientierung eingelötet werden!

TIP

Die IC-Beinchen können Sie einfach auf einer harten Tischfläche ausrichten! Legen Sie dazu die Beinchen auf die Tischfläche und drücken Sie diese vorsichtig in die richtige Position.

Bei technischen Fragen oder Problemen können Sie in folgenden Foren um Hilfe fragen:

www.arexx.com --> Forum www.roboternetz.de --> Forum

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1. Erhitze zuerst (einige Sekunden) die Anschluß-Fläche auf der Leiterplatte und den Drahtanschluß des Bauteils.

2. Führe nun etwas, aber nicht zuviel Lötzinn auf die Anschlußfläche und auf den

Anschluﬂdraht, während der

Lötkolben beide erwärmt.

3. Ziehe den Lötdraht zurück und lasse das Lötzinn richtig fließen.

4. Ziehe den Lötkolben nun zurück und lasse alles ruhig abkühlen, ohne das Bauteil oder die Leiterplatte zu berühren, bis das Lötzinn erstarrt ist.

5. Schneide das überflüssigen Drahtende kurz oberhalb der Zinnfläche weg. Das Zinn sollte den Draht-Anschluß und den Kupfer-Anschluß vollständig bedecken.

Das Ergebnis ist ein fließend gewölbter Lötkegel, der sowohl an der Anschlußfläche als am

Anschluﬂdraht gut anheftet. Die

Zinnfläche sieht glatt poliert aus.

Flachzange

Lötdraht 0,8- bis 1mm

Lötkolben (15 bis 30W)

Seitenscheider

Lötkolben Ablagestander

5.2.

Notwendige Werkzeuge für den Zusammenbau

Warnungen

* 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 mit den Werkzeugen. * Baue nicht im Beisein kleiner Kinder. Die Kinder können sich an den Werkzeugen verletzen 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 YETI naß wird, entferne dann die Batterien und trockne alle Teile, so gut es geht.

* Entferne die Batterien, wenn der YETI mehr als eine Woche ruht..

Schraubendreher-Satz

Benötigte Batterien: AA Akku, 4 Stück (nicht im Bausatz enthalten)

5.3. Löten der Komponenten:

Lötkolben in der einen Hand

Lötdraht in der anderen Hand.

Die korrekte Haltung zum professionellen Löten:

Lötfehler orten und reparieren:

Gute Lötverbindung

Die Zinnfläche sieht glatt poliert aus.

Zu wenig Zinn

Zinn ist nicht gut geflossen.

Lötschluß

Zwei Anschluß-Flächen durch Zinnbrücke mit einander verbunden.

Kalte Lötstelle

Zinn am Bauteilanschluß, aber nicht auf der Anschlußflache.

Benutze nur das von uns empfohlene Lötzinn, das ein spezielles Flußmittel für Elektronik-Bauteile enthält.

PASTE

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5.4. Bestückung Hauptplatine

WICHTIG! Für die Montage der Teile siehe 5.5 (Schaltplan) und

5.6 (Bilder)

YETI Teileliste

Nr. Name St.

PCB1 Platine 1 IC1 ATmega8-l (auf richtige Polung achten) 1 IC2 SFH5110 IR-Empfänger-IC (auf richtige Polung achten) 1 R1 10K / 0.25W / 5% (braun, schwarz, orange, gold) 1 R2 120K / 0.25W / 1% (braun, rot, schwarz, orange, braun) 1 R3 100K / 0.25W / 1% (braun, schwarz, schwarz, orange, braun) 1 R4 220R / 0.25W / 5% (rot, rot, braun, gold) 1 R5 220R / 0.25W / 5% (rot, rot, braun, gold) 1 R6 470R / 0.25W / 5% (gelb, violett, braun, gold) 1 R7 470R / 0.25W / 5% (gelb, violett, braun, gold) 1 R8 4K7 / 0.25W / 5% (gelb, violett, rot, gold) 1 L1 10uH (braun, schwarz, schwarz, silber) ist 0 Ohm 1 C1 220uF/16V (auf richtige Polung achten) 1 C2 10nF Aufdruck: 103 1 C3 100nF Aufdruck: 104 1 C4 100nF Aufdruck: 104 1 C5 220uF/16V (auf richtige Polung achten) 1 C6 100nF Aufdruck: 104 1 D1 SFH415-U IR-LED (auf richtige Polung achten) 1 D2 LED Rot, 5 mm (auf richtige Polung achten, sehe 5.6) 1 D3 LED Rot, 5 mm (auf richtige Polung achten, sehe 5.6) 1 Q1 Quarz, 8Mhz / 3 PIN 1 SP1 Piepser, 5V, (KC1206) (auf richtige Polung achten) 1 IC socket 28 PIN, IC Fuß (auf richtige Polung achten) 1 JP1 3 PIN, Platinensteckverbinder, schwarz 1 JP2 3 PIN, Platinensteckverbinder, schwarz 1 JP3 3 PIN, Platinensteckverbinder, weiß 1 JP4 3 PIN, Platinensteckverbinder, weiß 1 JP5 3 PIN, Platinensteckverbinder, weiß 1 CON1_PCB Konnektor, male, 20 pins, für Flachband/ 90º gewinkelt 1 Klett-Band (male) (bereits vormontiert) 2 Klett-Band (female) (bereits vormontiert) 2

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5.5. Schaltbild YETI

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5.6. Hauptplatine

IC Markierung

Die Werte werden mit einem Farbcode markiert.

Die Seite mit einer ﬂachen

Markierung ist die Kathode.

Der längere Anschluss ist die A-Seite.

Kein Polung

Kondensator

LED & IR-LED

Widerstand & Drossel

ELKO (Elektrolyt Kondensator)

Der längere Anschluss ist die Seite.

Die Seite mit einer weißen Markierungslinie ist die



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5.7. Bestückung des RS232-Infrarot-Transceivers

• IC1: Hier wird zunächst nur der 8-polige Sockel eingelötet. Dieser besitzt eine

Richtungsmarkierung, welche mit der Markierung auf der Platine übereinstimmen muss.

• D1, D2, D3: 1N4148, auf richtige Polung achten! Nicht verwechseln mit ZPD5.1 oder BZX55-C5V1 (Aufdruck)!

• D4: ZPD5.1 oder BZX55-C5V1, auf richtige Polung achten! Nicht verwechseln mit 1N4148 (Aufdruck)!

• C2, C4:

100nF keramisch, Aufdruck: 104

• C3: 680pF keramisch, Aufdruck: 681

• Q1: BC547 (A,B oder C) oder BC548 (A,B oder C)

• R1, R5: 20k Ohm, 5% (rot, schwarz, orange, gold)

• R2: 4.7k Ohm, 5% (gelb, violett, rot, gold)

• R3: 470 Ohm, 5% (gelb, violett, braun, gold)

• R4: Nicht anwesend

• R6: 10k Ohm, 5% (braun, schwarz, orange, gold)

• R7: 220 Ohm (rot, rot, braun, gold)

• C1: 100µF/ mindestens 16V, auf richtige Polung achten!

• TR1: 10k Ohm Trimmer

• D5: SFH 415-U IR-LED (schwarzes Gehäuse), auf richtige Polung achten!

Gehäuse sollte auf der Platine auﬂiegen!

• IC2: SFH5110-36 Infrarot-Empfänger-IC, Beinchen mit Zange abwinkeln! Auf richtige Polung achten (Seite mit Wölbung muss nach oben weisen), Achtung:

elektrostatisch gefährdet und - Hinweis für die Hobbyschweißer - hitzeempndlich!

• X1: 9 pol. SUB-D Buchse, Gehäuse muss auf der Platine auﬂiegen, auch die

Befestigungslaschen müssen angelötet werden!

• IC1: NE555P einstecken, Richtungsmarkierung (Nase oder Kreis) beachten!

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5.8. Schaltbild RS-232 IR-Transceiver

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Abbildung 5.1.: Bestückung des RS232- Infrarot-Transceivers

Nun nochmal mit kritischem Blick die Lötstellen auf gute Verbindung oder Kurzschlüsse überprüfen und ggf. nachbessern.

5.9. Bestückung des RS232-Infrarot-Transceivers

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5.10. Info Fertiggerät USB-Infrarot-Transceiver

Optional ist ein USB-IR-Transceiver als Fertiggerät lieferbar.

Abbildung 5.2.: USB Infrarot-Transceiver

Abbildung 5.4.: Unterseite des USB-Infrarot-Transceivers

Abbildung 5.3.: Oberseite des USB-Infrarot-

Transceivers

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6. TEILELISTE MECHANIK

Mutter M3

O 8 St.

NieteDistanzrollen

Stellring Groß

Linsenkopfschraube M3x8mm

MadenSchraube

O 8 St. O 4 St. O 10 St.

Mutter M2

O 10 St.

O 4 St. O 4 St.

Gestängeanschluss

O 2 St.

Servo Schraube

O 2 St.

Kugelkopfschraube

Gelenkkopf mit Innengewinde

Kugelkopfmutter

O 4 St.O 4 St.O 4 St.

Drahtachse lang

Sechskant-Winkelschraubendreher

O 4 St.

O 2 St.

O 1 St.

Drahtachse kurz

Stellring Klein

O 4 St.

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Fuß

O 2 St. O 2 St.O 2 St.

Fuß KuppelstangeAchse

5x80mm

Stelldraht

Hinterbein

Vorderbein

O 2 St. O 2 St.

O 2 St.

Obere Abdeckung (unteres Teil)

Obere Abdeckung (meist oben)

O 1 St. O 1 St.

Kopfteil

Hintere Abdeckung

O 1 St. O 1 St.

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O 1 St.

Bodenteil

IR/Transceiverplatine mit Bestückung

YETI Hauptplatin mit Bestückung

O 1 St.

Klett-Band vormontiert

O 2 St. Male O 2 St. Female

RS-232 Kabel

O 1 St.

Servo Motor

Servo Achse

7.1. Wichtige Elektronikteile

Schalter DC-Buchse

Batteriehalter

O 1 St.

O 2 St.

O 1 St. 1mm O 1 St. 2mm

O 2 St.

O 1 St.

Kabelsatz vormontiert

Flachbandkabel

O 1 St.O 1 St.

Mit Kabelsatz vormontiert

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7. Bauanleitung für die Mechanikteile

Zur Montage des Vorderservos wird folgendes benötigt;

Montage des Kopfservos:

1 St. Kopfteil 1 St. Servo 4 St. Linsenkopfschraube 4 St. Mutter M3 1 St. Servoarm mit 2mm Loch 1 St. Servoschraube

Befestigen Sie den Servo genau so, wie es in den Zeichnungen beschrieben wird.

Montieren Sie die Servoachse auf dem Servo, beachten Sie dabei bitte die kleine Detailskizze!

Servoarm mit 2 mm Loch

Servoschraube

Servo

Linsenkopfschraube

M3 Mutter

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Montage des Bodenservos:

Zur Montage des Bodenservos wird folgendes benötigt;

1 St. Bodenteil 1 St. Servo 4 St. Linsenkopfschraube 4 St. Mutter M3 1 St. Servoarm mit 1 mm Loch 1 St. Servoschraube

Befestigen Sie den Servo genau so, wie es in den Zeichnungen beschrieben wird.

Montieren Sie die Servoachse auf dem Servo, beachten Sie dabei bitte die kleine Detailskizze!

Servoarm mit 1mm log

M3 Mutter

Linsenkopfschraube

Servo

Servoschraube

Servoarm mit 1mm Loch

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Endmontage der Bodenplatte:

Zur Endmontage des Bodenservos wird folgendes;

1 St. Montiertes Bodenteil 1 St. Schalter 1 St. DC Buchse 2 St. Batteriehalter 4 St. AA Akku 2 St. Klett-Band male 2 St. Klett-Band female

Montieren Sie die Bodenplatte genauso, wie es in der Zeichnung beschrieben wird.

ACHTUNG! Montieren Sie erst die Batterien bevor Sie den YETI schließen.

Batteriehalter

Schalter

DC Buchse

Montage Klett-Band bereits vormontiert

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Montage des YETI Kopfes:

Zur Montage des Kopfes wird folgendes benötigt;

1 St. Montiertes Bodenteil 1 St. Montiertes Kopfteil 1 St. Montierte Hauptplatine 1 St. Hinterabdeckung

ACHTUNG!

Montieren Sie erst die komplette Verkablung bevor Sie die Hinterabdeckung schließen. Den Schaltplan für den Kabelanschluß finden Sie auf den Seiten 33 und 34.

Hauptplatine

- 33 -

Kabel Endmontage:

1 St. Montiertes Bodenteil 1 St. Montiertes Kopfteil 1 St. Montierte Hauptplatine Montierter Kabelsatz mit; 1 St. Kabel schwarz 1 St. Kabel blau 1 St. Kabel gelb 1 St. Kabel rot

Zur Endmontage der Kabel wird folgendes benötigt;

Montieren Sie zunächst die Verkabelung genau so wie es in die Zeichnung beschrieben wird.

Fertig montierter Kabelsatz

Montierter Akku Kabelsatz

- 34 -

JP1 = Bodenservo

JP4 = Akkusatz 2

JP5 = Kabelsatz

JP2 = Vorderservo

JP3 = Akkusatz 1

Anschlussbelegung der Hauptplatine

Weiß

JP1 & JP2 Servo Anschluß

1. Weiß

2. Rot

3. Schwarz

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Endmontage des YETI Kopfs:

Zur Endmontage des Kopfs wird folgendes benötigt;

1 St. YETI Kopf 1 St. Obere Abdeckung (meist oben) 1 St. Obere Abdeckung 4 St. Drahtachse Kurz 4 St. M2 Mutter 4 St. Kugelkopfmutter 4 St. Distanzrollen

M2 Mutter

Drahtachse Kurz

Kugelkopfmutter

Distanzrollen

Langes Gewinde oben!

Kurzes Gewinde!

TIP!

Benutze die extra M2 Muttern aus den Ersatzteile für die Befestigung der oberen Abdeckung.

Extra M2 Mutter

Obere Abdeckung

Obere Abdeckung (meist oben)

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Bein- und Fußmontage:

2 St. Fuß 2 St. Vorderbein 2 St. Hinterbein 2 St. Fußkuppelstange 2 St. Niete 2 St. Stellring klein

Zur Bein- und Fußmontage wird folgendes benötigt;

Montieren Sie Beine und Fuß genauso, wie es in der Zeichnung beschrieben wird.

Hinterbein

mit Anschlusspunkt

Hinterbein

mit Anschlusspunkt

Stellring klein

Niete

Fuß

Fußkuppelstange

Vorderbein

Satz linker Beine

Satz rechter Beine

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Montieren Sie die Beine an am Chassis genau so, wie es in der Zeichnung beschrieben wird.

Montage der Beine I:

1 St. Montiertes Chassis 1 St. Montierte Beinesatz Links 1 St. Montierte Beinesatz Rechts 2 St. Achse 5 x 80mm 4 St. Stellring 5 mm

Zum ersten Teil der Montage der Beine wird folgendes benötigt;

Stellring groß

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Montage der Beine II:

1 St. Montiertes Chassis 4 St. Gelenkkopf 4 St. Kugelkopfschraube 2 St. Drahtachse lang 4 St. Mutter M2

Zum zweiten Teil der Montage der Beine wird folgendes benötigt;

Montiere das Drahtende mit Kugelkopf genau so, wie es in der Zeichnung beschrieben wird.

Mittelstes Loch des Servoarms

Kugelkopfschraube

Gelenkkopf

Drahtachse lang

M2 Mutter

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Montieren Sie die Beine genau so an den Servo, wie es in der Zeichnung beschrieben wird.

Endmontage der YETI Beine:

1 St. Montiertes Chassis 2 St. Mutter M2 2 St. Gestängeanschluss 2 St. Stelldraht

Zur Endmontage der YETI Beine wird folgendes benötigt;

Gestängeanschluss

M2 Mutter

Stelldraht

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DER FERTIGE YETI !

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8. YETIS AKKUS AUFLADEN

Als Versorgungsspannung ist eine Gleichspannung von 4,8 Volt vorgesehen, die mit 4 NiMH (1,2V) Akkumulatoren erzeugt wird.

ACHTUNG: Die Akkus sind nicht durch einen Widerstand oder eine Sicherung geschützt!

Verwenden Sie zum Laden nur geprüfte Ladegeräte, am besten ein Mikroprozessorgesteuertes!

Alternativ funktioniert auch ein Steckernetzgerät mit sehr niedrigem Ladestrom, z.B. 5 Volt / 300 mA.

DC Buchse (Mitte = +)

Schalter

Akkus laden:

1. Den Schalter auf Aus stellen!

2. Ladegerät an die DC-Buchse anschließen.

SEHE APPENDIX K für extra Info!

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9. SOFTWARE

9.1. Schreiben Sie ein eigenes YETI-Programm

Für die Unerfahrenen, die mit dem Programmieren noch wenig Erfahrung haben, folgt hier eine kurze Einführung. Auch werden wir einige Hintergrunddetails zum Schreiben eigener Programme liefern.

Das Kapitel ist sicherlich nicht einfach und Sie werden einigen neuen Begriffen begegnen. Der Vorteil dieses Kapitels (der auch als kleiner Crashkurs betrachtet werden kann) ist auch ein besseres Verständnis für unser Vorgehen. Aber auch für Fragen und Antworten oder für Diskussionen ist ein gemeinsamer Wortschatz und gemeinsames Basiswissen vorteilhaft.

Sie können also den YETI mit einem selbstgeschriebenen Programm ausstatten!

Wie machen wir das?

- Sie schreiben ein Programm in einer Sprache, die C genannt wird (z.B. “test.c”).

- Sie compilieren das Programm und erzeugen dabei eine Hex-Datei (z.B. “test.hex”).

- Sie übertragen diese Hex-Datei in den YETI.

Der Ablauf besteht tatsächlich nur aus drei einfachen Schritten und ist für erfahrene Programmierer einfach. Den unerfahreneren Anfänger werden wir nun schrittweise voranbringen.

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9.2. Stufe 1 Die Erstellung eines “C”-Programms.

Sie schreiben ein YETI-Programm in einer vorgegebenen Programmiersprache. Wir haben für diese Aufgabe die mächtige und gängige Programmiersprache mit dem ausgefallenen Namen “C” gewählt. Sie schreiben das YETI-Programm mit einer speziellen Textverarbeitung (einem Editor). Dieses Programm heißt “Programmers Notepad 2” (PN2).

Prinzipiell wäre es zwar möglich Programme mit einer Textverarbeitung wie “MS Word” zu verfassen, jedoch raten wir Ihnen dringend davon ab.

“C” Quelltexte sind reiner ASCII Text - ohne jegliche Formatierungen! Programmers Notepad ist dafür deutlich besser geeignet und vereinfacht die Programmerstellung immens!

Das PN2-Programm ist nämlich speziell auf die Programmierung in mehreren Sprachen zugeschnitten. Die Sprache, zum Beispiel “C”,

“Visual Basic” oder “HTML” wird in PN2 einmal deniert. Mit dieser

Festlegung werden alle speziellen Sprachelemente des Programmtextes mit einer abweichenden Farbe markiert. Dieses Hilfsmittel bietet dem Programmierer eine hervorragende Unterstützung bei der Programmentwicklung.

Im PN2 können Sie zudem selbstdenierte Aufträge hinzufügen. Das

ist mit einem normalen Textverabeitung nicht möglich. Unabhängig von der gewählten Textverarbeitung entsteht jedoch zunächst als erste Stufe eines selbstgeschriebenen Programms eine normale Textdatei.

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Diese Prozedur verwendet eine große Menge neuer Dateien und Dateinamen, ist kompliziert und vielleicht auch verwirrend. Die Beschreibung der genauen Prozedur ist jedoch nur interessant für diejenigen, die das Verfahren wirklich genau verstehen wollen. In der Praxis wird das Verfahren stark vereinfacht!

Wie vereinfachen wir die Prozedur? ..... Nun, wir starten eine kleine

Batchdatei, die ihrerseits eine Makele-Datei aufruft. Und wenn wir

unserem Hauptprogramm PN2 mit dieser Kommandofolge bestücken, wird die ganze Arbeit automatisch erledigt!

Die Compiler- und Linkervorgänge werden jetzt gestartet mit einem Menubutton im PN2 oder mit einer bestimmten Tastenkombination im PN2. Einfacher geht es nicht mehr! Im Hintergrund führt PN2 die vielen kleinen Programmschritte in den Einzelprogrammen durch und liefert als Endergebnis eine HEX-Datei, die Sie in den YETI-Prozessor übertragen können.

PN2 wurde als Universalwerkzeug entworfen für eine Vielzahl an Compilern und Linkerprogrammen. Dadurch ist die Schnittstelle zwischen PN2 und den Compilern beziehungsweise Linkern etwas komplexer geraten.

Hört sich das immer noch komplex an? Das ist es in gewisser Hinsicht auch. Aber um in “C” zu programmieren, braucht uns das Verfahren nicht zu belasten.

Diese Schnittstelle und Ankopplung der Compiler-/Linkersoftware wird stufenweise in diesem Handbuch beschrieben.

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Warum haben wir genau diesen Compiler gewählt?

Nun, zunächst weil es sich um ein sehr professionelles und leistungsfähiges Werkzeug handelt und weiterhin, weil es sich dabei um Open Source Software handelt, die jeder frei benutzen kann ohne dafür erst teure Lizenzgebühren zahlen zu müssen!

Die “GNU” Organisation entwickelt den GCC neben vielen weiteren Unix Programmen ständig weiter. Mehr informationen erhalten Sie unter http://www.gnu.org/ bzw. http://gcc.gnu.org/

Der GCC ist also für Unix Betriebssysteme wie Linux entwickelt worden und die Installation wäre unter Windows normalerweise nicht ganz einfach. Glücklicherweise gibt es aber das Projekt WinAVR (wird wie das englische Wort “whenever” ausgesprochen), welches die Installation und die Mikrocontroller Programmentwicklung mit dem GCC unter Windows sehr stark erleichtert.

Im WinAVR Paket bendet sich unter anderem der speziell für

AVR Mikrocontroller angepasste Compiler AVR-GCC, viele weitere Unix Tools wie z.B. ‘make’, ein Debugger, Simulator und vieles andere

- allesamt fertig für die Verwendung unter Windows eingerichtet! Weiterhin wird ein komfortabler Quelltext Editor ‘Programmers Notepad 2’ (PN2) mitgeliefert, welchen wir auch für die Programmentwicklung für YETI empfehlen!

Neben der WinAVR Version 20060421 auf der CD nden Sie stets eine

aktuellste Version von WinAVR unter http://winavr.sourceforge.net/ zum Download!

Bei der Installation von WinAVR werden hunderte von Dateien in den WinAVR Ordner kopiert, allerdings benötigen wir für unsere Zwecke nur sehr wenige davon.

Sie müssen also nicht alle Tools und Dateien von WinAVR verstehen um YETI zu programmieren!

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9.3. Stufe 2 Der Compilervorgang bei einem “C”-Programm

Ein selbsterstelltes YETI-Programm, das in der erste Phase auch Programmquelle oder “Sourcecode” genannt wird, ist eine normale Textdatei, zum Beispiel die Datei “test.c”.

Ein sogenannter “Compiler”, in unserem Fall das Programm GCC, transformiert die in der C-Sprache geschriebene Programmquelle “test.c” um in eine Objektdatei “test.o”. Eine Objektdatei enthält sogenannte Assemblerkommandos, die der YETI-Prozessor versteht und ausführen kann, die aber in der Objektdatei noch als lesbarer Text vorliegen.

Eine “.o”-Objektdatei enthält somit Ihre eigene “C”-Programmquelle, angereichert mit Prozessorkommandos (für den speziellen Prozessor, den Sie verwenden werden).

Anschließend setzt ein sogenannter “Linker” diese Kommandos um in die für den Prozessor benötigten, ausführbaren sogenannten (HEXadezimalen) Kommandos und fügt diese Daten zusammen in eine Datei “test.hex”.

Theoretisch müßten Sie bei jeder Änderung eines YETI-Programms zuerst den Compiler und anschließend das Linkerprogramm starten. Wir können jedoch diese Prozedur mit einer Batch-Datei (.bat) und

einer “makele”-Datei automatisieren.

Eine Batch-Datei kann eine Kommandoreihe in einer Serie abarbeiten. In einer Makedatei legen Sie fest, wie und welche Dateien compiliert und gelinkt werden sollen. Siehe zum Beispiel die Information auf http://www.gnu.org/software/make und http://www.gnu.org/software/ make/manual.

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9.4. Stufe 3 Der Transfer eines YETI-Programms

Im DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) wurde ein spezielles Werkzeug entwickelt um das YETI-Programm mit dem beiliegenden COM-Port oder mit dem USB-Adapter in den YETI zu übertragen. Dieses Werkzeug mit dem Namen Flash transferiert die vom Benutzer selektierte Hex-Datei, zum Beispiel “test.hex”, in den YETI Mikroprozessor.

Im YETI bendet sich eine kleine, fest eingebaute Kommunikations-

software, die “Bootloader” genannt wird. Dieses Mini-Programm kann vom Benutzer nicht geändert oder entfernt werden und gehört im YETI mehr oder weniger zur Hardware.

Nach dem Einschalten des YETIs wird immer zuerst der “Bootloader” gestartet. Dieses fest eingebaute Kommunikationsprogramm horcht drei Sekunden lang, ob irgendwelche Infrarotsignale aus der FlashSoftware im Computer empfangen werden. Wenn ja, dann registriert YETI diese Daten und schreibt das empfangene Programm in seinen Programmspeicher. Wenn nein, dann startet YETI anschließend das in seinem Programmspeicher vorhandene Programm.

YETI verfügt über eine besondere Art von Speicher, der auch nach dem Ausschalten des Roboters erhalten bleibt. Dieser Speichertyp heißt “Flash”-Speicher. Sicherlich werden Sie jetzt auch den Grund für den Namen “Flash”-Programm verstehen.

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10. INSTALLATION DER SOFTWARE

Die YETI-CD ins CDROM-Laufwerk einlegen, sie ist autostartfähig. Falls Autostart deaktiviert ist, kann man die CD auch mit dem Windows-Explorer

öffnen. Nach der Auswahl der Sprache ndet sich im Abschnitt “Software”

alles, was für den Betrieb von YETI erforderlich ist. Diese Programme müssen zunächst installiert werden. Für die Installation des Compilers sind Administrator-Rechte erforderlich. Falls der aktuelle Benutzer diese Rechte nicht besitzt, abmelden und als Administrator wieder anmelden.

Während der Softwareinstallation werden folgende Schritte durchgeführt:

1. Das Flash-Tool zum Übertragen der eigenen Programme auf YETI wird installiert

2. Ein Programmeditor (Programmers Notepad 2, PN2) und ein Compiler (WinAVR) wird installiert.

3. Ein Beispielprogramm wird von CDROM auf Festplatte kopiert.

4. Im Programmeditor (PN2) wird je ein Menüeintrag für MAKE und für CLEAN eingerichtet.

10.1 Windows

10.1.1 Flash-Tool

Das Flash-Tool kann entweder in ein Verzeichnis auf der Festplatte kopiert (z.B.:C:\Programme\Flash) oder später direkt von CD ausgeführt werden. In jedem Fall ist es hilfreich, wenn man sich einen Link auf den Desktop einrichtet, um das Flash-Tool einfach starten zu können.

10.1.2 Installation des Programmeditors und des Compilers

Für die Installation des Compilers sind Administratorrechte erforderlich (weil bei der Installation die Registry geändert wird). Sollte der aktuelle Benutzer diese nicht besitzen, abmelden und als Administrator wieder anmelden!

Klick auf [Install]

COMPILER WinAVR (20060421)

WINDOWS is the trade mark of Microsoft Corporation.

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Folgendes Fenster erscheint:

Klick auf OK [I Agree]

Folgendes Fenster erscheint:

Klick auf Weiter [Next]

- 50 -

Folgendes Fenster erscheint:

Klick auf Annehmen [Agree]

Folgendes Fenster erscheint:

- 51 -

Folgendes Fenster erscheint:

Nun das Fenster ‘Programmers Notepad 2’ schließen.

Klick auf Installieren [instal]

Folgendes Fenster erscheint:

- 52 -

Folgendes Fenster erscheint:

Klick auf Fertig Stellen [safe]

Folgendes Fenster erscheint:

Schliessen Sie dieses Fenster

- 53 -

Auf dem Desktop erscheint das ‘Programmers Notepad 2’ Symbol:

Der Programmeditor und der Compiler sind jetzt installiert.

10.1.3. Beispielprogramme von CDROM auf die Festplatte kopieren

Von der CD den Ordner YETI_src’ in einen beliebigen Ordner (Z.B. ‘C:\YETI_src’) auf der Festplatte kopieren.

Das YETI-Programm öffnen und kompilieren.

Doppelklicken Sie auf das ‘Programmers Notepad 2’ Symbol auf dem Desktop.

Folgendes Fenster erscheint:

- 54 -

Selektieren: Open Project(s)...

Finden Sie die Datei: C:\YETI_scr\Firsttry\YETI.pnproj

Folgendes Fenster erscheint:

Klicken Sie auf Öffnen

- 55 -

Folgendes Fenster erscheint:

Doppelklicken auf ’test.c’:

- 56 -

Folgendes Fenster erscheint:

Das Programm kompilieren:

Warten bis...

…Errors: ’none’ und ’Process Exit Code: 0’ erscheint. Damit ist das Kompilieren fertig und die Datei ’test.hex’ generiert worden.

- 57 -

…und wenn das Programm keine Fehler enthält (was zu erwarten ist, da gerade das Beispielprogramm geladen ist), erscheint unten die Meldung: Errors: none.

Was ist passiert?

Aus der Datei test.c (und YETI.c) ist eine Datei test.hex generiert worden. Diese Datei stellt das in Maschinencode übersetzte Programm dar, welches

nun in YETI Speicher geladen (geﬂasht) werden kann. Das Programm selbst

macht noch gar nichts, wir werden es später aber zum Ausprobieren des Flash-Tools benötigen.

Wie hat’s funktioniert?

Der Menüeintrag `make` ruft die Batch-Datei Test-all.bat auf (eine BatchDatei enthält eine Liste mit Kommandozeilenbefehlen, die der Reihe nach ausgeführt werden). In Test-all.bat wird der Befehl ‘make all’ ausgeführt. ‘make’ führt immer ein

makele aus, das sich (bei der YETI-Programmierung) im gleichen Ordner benden muss wie test.c.

Ein makele ist eine Textdatei, die festlegt, wie ein oder mehrere Programm

compiliert werden müssen. Bei Programmen, die nur aus einer Datei übersetzt werden ist das noch recht übersichtlich. Nachdem aber ganze Betriebssysteme in C geschrieben werden und der Code auf mehrere Dateien aufgeteilt ist, die alle in einer bestimmten Reihenfolge übersetzt und

zusammengebunden (gelinkt) werden müssen, kann auch ein makele sehr aufwändig werden. Das ‘all’ ruft den Eintrag im makele namens ‘all’ auf, was

bedeutet, dass ein komplettes Projekt und nicht nur einzelne Teile übersetzt werden sollen.

Das zu unserem Beispielprogramm gehörige makele ist so geschrieben,

dass es eine Datei mit Namen test.c zusammen mit YETI.c (das einige

vordenierte Funktionen enthält) compiliert und eine .hex-Datei erzeugt, die so

auf YETI geladen werden kann.

Achtung! Das heißt auch, dass – solange das makele nicht geändert, sondern nur kopiert wird – das das eigene Programm immer test.c heißen muss.

Wer makeles komplett verstehen will (was aber für erste Schritte

nicht erforderlich ist) kann beispielsweise unter http://www.gnu.org/ die Dokumentation zu Rate ziehen.

Die Grundlagen der YETI-Programmierung werden in Kapitel 13 erklärt.

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Beim Compilieren eines Programms werden einige “Nebendateien” erzeugt,

die nur während der Übersetzung benötigt werden und später überﬂüssig sind.

Diese können mit dem neu eingerichteten ‘clean’-Tool gelöscht werden.

Mit ’File -> Open’ kann mann die generierten Dateien anschauen. Hier sind die neuen Dateien markiert, u.A. mit der Datei ’test.hex’

Mit ’Tools -> [WinAVR] Make Clean’ lassen sich diese markierten Dateien wieder loschen.

FERTIG

Mehr WINAVR Infos siehe:

http://www.kreatives-chaos.com --> software http://www.avrfreaks.net

http://winavr.sourceforge.net

http://www.mikrocontroller.net --> AVR-GCC-Tutorial

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10.2. LINUX

Für die Installation der Software sind root-Rechte erforderlich. Entweder ausloggen und als root einloggen oder eine shell öffnen und mit “su” rootRechte erlangen.

10.2.1 Flash-Tool

Die YETI CD-ROM einlegen, ggf. mounten und die beiden Flash-Tools

“YETIﬂash” und “YETIcon” aus dem Verzeichnis “/Linux/Tools/” in das

Verzeichnis “/usr/local/bin” kopieren.

Danach noch das Ausführen mit “chmod a+x /usr/local/bin YETIcon YETIﬂash”

erlauben.

Wird ein in einer Shell eingetipptes “YETIﬂash” nicht gefunden, muss der Pfad

“/usr/local/bin” noch der %PATH-Variable hinzugefügt oder das Programm mit vollem Pfad aufgerufen werden.

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10.2.2 Compiler

Zur Installation des Gnu-Compilers für AVR-Prozessoren die YETI CDROM einlegen und aus dem Verzeichnis “/Linux/Compiler/” mindestens die folgenden Pakete in der angegebenen Reihenfolge installieren:

1. avr-binutils-... .rpm

2. avr-gcc-... .rpm

3. avr-libc-... .rpm

Die Installation ist denkbar einfach! Einfach in der Konsole mit root-Rechten den Befehl : rpm -i <paket>.rpm eingeben. Fertig!

Als Editoren eignen sich zum Beispiel Exmacs, Kate oder Kedit. Zum Ausprobieren kopiert man sich (als normaler User) die Beispieldateien von der CD aus dem Verzeichnis “/ASURO_src/FirstTry/” ins home-Verzeichnis beispielsweise unter “~/ASURO/”. Danach öffnet man eine Shell, wechselt in obiges Verzeichnis und gibt “make” ein. Ist alles richtig installiert, ergibt sich etwa folgendes Bild (siehe Abbild. 10.1):

Abbildung 10.1.: Make all

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10.3. Flash - das YETI-Programmier-Tool

Hierzu wird das Programm Flash (siehe Abb. 10.2) benötigt.

Damit das Flashen auch richtig gut klappt, muss natürlich der RS232- oder USB-IR-Transceiver angeschlossen werden. Danach das Programm starten und die Schnittstelle auswählen, welche auch bei der Inbetriebnahme funktioniert hat.

Die Datei “Test.hex” aus dem Verzeichnis “C:\YETI_src\FirstTry” (bzw. ~/ YETI/) auswählen.

Den fertig zusammengebauten und getesteten YETI bereit halten und beim Flash-Tool den Knopf Programm anklicken. YETI muss Sichtkontakt (ca. 50cm Abstand zwischen IR-Transceiver und YETI, beide Bestückungsseiten zeigen zueinander und nichts ist im Lichtweg) zum IR-Transceiver haben und wird jetzt eingeschaltet (S1 auf ON), bevor der Statusbalken ganz rechts angekommen ist. Sollte man mal nicht schnell genug gewesen sein oder sollte die Kontaktaufnahme nicht geklappt haben, einfach YETI ausschalten, erneut Programm drücken und YETI einschalten.

Hat der Verbindungsaufbau geklappt, sieht man an der Statusanzeige und dem Protokollfenster, dass nun die Datei Test.hex zu YETI übertragen wird. Dort wird das Programm im Flash-Speicher des Prozessors abgelegt, sodass das Programm auch nach einem Abschalten der Versorgungsspannung immer wieder zur Verfügung steht.

War der Vorgang erfolgreich, muss YETI aus- und erneut eingeschaltet werden, um das Programm zu starten. Das vor kurzem geschriebene Programm wird ausgeführt und die roten LEDs erstrahlen in hellem Glanz.

Abbildung 10.2.: Flash-Tools für Windows und LINUX

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10.3.1. Wie funktioniert das Flashen?

Sobald das Programm Flash ausgeführt wird, versucht der Rechner 10 Sekunden lang eine Verbindung mit YETI herzustellen. Schaltet man YETI ein, leuchten die “Augen”LEDs für ca. 3 Sekunden auf. Dies ist die “Boot-Phase”. YETI schaut nach, ob der PC neue Software für ihn bereitstellt. Diese wird gegebenenfalls geladen. Nach Aus- und Wiedereinschalten wird diese dann gestartet.

10.4. Flash Fehler

Folgende Fehler können während des Flashens auftreten:

•

• “c” ⇥ Checksum Error. Es sind andere als die vom PC geschickten Daten bei YETI

angekommen.

Das kann durch Störlicht (wie Leuchtstofﬂampen) kurze Unterbrechungen in der

Sichtverbindung oder ähnliches passieren.

• “t”

⇥ Timeout. Die Sichtverbindung zu YETI ist abgerissen.

* “v” ⇥ Verify Error. YETI hat falsche Daten in seinen Flashspeicher geschrieben. Das sollte normalerweise nicht passieren und ist ein Zeichen dafür, dass der nichtﬂüchtige Programmspeicher (Flash-EPROM) das Ende seiner Lebenszeit erreicht hat, was typischerweise erst nach 10.000 Programmierungen passiert.

Es wird bis zu zehnmal versucht den Fehler zu beheben. Gelingt dies nicht, wird der Flashvorgang abgebrochen.

Treten beim Flashen gehäuft Checksum Errors auf, hilft es oftmals das

Raumlicht abzuschalten bzw. etwas abzuschatten, besonders wenn es sich um Leuchtstofampen handelt.

Immer erst den Programm-Knopf drücken, dann ASURO einschalten, sonst ist kein Softwaredownload möglich!

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11. INBETRIEBNAME UND TEST

Endlich ist alles zusammengebaut und der Spaß kann beginnen. Zunächst müssen aber noch die zuvor eingebauten Fehler gesucht, gefunden und beseitigt werden, ohne dabei allzu großen Schaden anzurichten.

11.1. RS232-Infrarot-Transceiver

Diese Inbetriebnahme gilt nur für den RS232-IR-Transceiver. Als erstes sollte der RS232-IR-Transceiver auf seine volle Funktionsfähigkeit überprüft werden, da dieser später für den Selbsttest des YETIs benötigt wird. Dazu wird der RS232-IR-Transceiver über das mitgelieferte serielle Verlängerungskabel an eine freie serielle Schnittstelle angeschlossen.

Danach startet man das Terminal-Programm von Windows “Hyperterminal” (unter Linux

beispielsweise “Minicom”). Normalerweise ndet man es unter Start --> Programme -->

Zubehör --> Kommunikation --> Hyperterminal. Falls es nicht vorhanden ist, muss man es von der Windows-CD nachinstallieren. Terminalprogramme stammen eigentlich noch

aus der Zeit des Modems und davor, als man häuger über die serielle Schnittstelle mit

anderen Rechnern kommunizierte. Heutzutage werden sie vorwiegend dann benutzt, wenn man sich über das Internet rein textbasiert auf einem anderen Rechner einloggen will.

Nach dem Start von Hyperterminal fragt das Programm nach einem Namen für die neue Verbindung. Hier kann man YETI eingeben und ein beliebiges Symbol auswählen. Im nächsten Fenster wählt man bei “Verbinden über:” die COM-Schnittstelle aus, an der der Transceiver angeschlossen worden ist. Nach Drücken auf “OK” wählt man

• Bits pro Sekunde: 2400

• Datenbits: 8

• Parität: keine

• Stoppbits: 1

• Flusssteuerung: kein

Danach wieder bestätigen mit “OK”.

Nun den IR-Transceiver ca. 10 cm über ein weißes Blatt Papier halten. Die Bauteile zeigen zum Papier. Nun munter ein paar Tasten auf der PC-Tastatur gedrückt und das Terminal-Programm sollte diese Tasten anzeigen. Der IR-Transceiver sendet

dabei den Tastendruck über die IR-Diode (D5), das am Papier reﬂektierte Signal trifft

auf das Empfänger-IC (IC2) und wird zum PC übertragen. Kommen gar keine oder falsche Zeichen an, so kann man mit einem kleinen Schraubenzieher vorsichtig den Trimmer zwischen seinem linken und rechten Anschlag verdrehen und wieder ein paar Tasten drücken, bis korrekte Zeichen erscheinen. Das Ganze funktioniert nicht so wie beschrieben? Schade, hier muss wohl ein Fehler vorliegen, der behoben werden sollte (siehe. WWW.AREXX.COM --> Forum). Zur Sicherheit kann man abschließend den IRTransceiver wieder abstecken und nochmal ein paar Tasten drücken. Nun dürfen keine Zeichen mehr erscheinen.

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11.2. USB-Infrarot-Tranceiver

Diese Inbetriebnahme gilt nur für den USB-Infrarot-Transceiver.

Achtung! Der ungehäuste USB-Infrarot-Transceiver ist empndlich gegen

elektrostatische Entladungen. Vor der Benutzung muss man sich an einem metallischen Körper (Heizung, Computergehäuse) entladen um Schäden zu vermeiden. Alternativ kann man den Transceiver auch in ein für Infrarotlicht durchsichtiges Gehäuse einbauen.

11.2.1 Windows

Der USB-Transceiver wird mit dem USB-Kabel an einer freien USB-Buchse angeschlossen. Es erscheint die Meldung:

“Neue Hardware gefunden: AREXX ASURO/YETI USB-IR-Transceiver”

Danach den USB-Treiber von der YETI-CD installieren. Sollte der Treiber nicht automatisch gefunden werden, das Verzeichnis (D: steht hier für das CDROM-Laufwerk) D:\Windows\USB_Driver” auswählen. Eventuell sind hierzu Administratorrechte erforderlich. Dann abmelden und als Administrator erneut anmelden. Es wird nun ein Treiber installiert, damit man unter Windows den USBTransceiver wie eine normale serielle Schnittstelle ansprechen kann.

Hat dies Fehlerfrei geklappt, so startet man zum Ausprobieren auch hier das Terminalprogramm “Hyperterminal”, gibt YETIUSB für den Verbindungsnamen an und wählt ein beliebiges Symbol aus. Beim nächsten Fenster “Verbinden über:” wählt man die letzte verfügbare COM-Schnittstelle aus. Nach Drücken auf “OK” wählt man:

• Bits pro Sekunde: 2400

• Datenbits: 8

• Parität: keine

• Stoppbits: 1

• Flusssteuerung: kein

Danach wieder bestätigen mit “OK”.

Nun hält man den Transceiver mit der Seite der Leuchtdiode nach unten 10 cm über ein weißes Blatt Papier. Falls der Transceiver ohne Gehäuse betrieben wird, darf die Platine nur am Stecker oder am Platinenrand gehalten werden, um die Schaltung nicht zu stören. Nun drückt man am Terminalprogramm einige Tasten. Dabei muss die gelbe Leuchtdiode auf der Platine blinken und die Tastendrücke auf dem Bildschirm

erscheinen.

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11.2.2 Linux

Der USB-Transceiver wird mit dem USB-Kabel an einer freien USB-Buchse angeschlossen. Ein kurzes “Piep” ertönt, wenn Linux den Transceiver erkannt hat. Um zu überprüfen, ob das Gerät korrekt erkannt wurde, kann man sich den entsprechenden Eintrag im proc-Verzeichnis anschauen:

foo@bar:/>cat /proc/tty/driver/usb-serial

Was eine Ausgabe produzieren muss, die mindestens folgende Einträge aufweist (statt der “0:” kann auch “1:”, “2:” usw. stehen):

usbserinfo:1.0 driver:v1.4 0: module:ftdi_sio name:”FTDI 8U232AM Compatible” vendor:0403 product:6001 num_ports:1 port:1 path:usb-00:11.2-1

Zum Ausprobieren konguriert man Minicom auf die Schnittstelle /dev/ttyUSB0 (oder 1,

2 usw...) und folgende Parameter:

• Bits pro Sekunde: 2400

• Datenbits: 8

• Parität: keine

• Stoppbits: 1

• Flusssteuerung: kein

Danach wieder bestätigen mit “OK”.

Dazu sind eventuell root-Rechte erforderlich.

Eventuell muss man dem gewünschten User oder der gewünschten Gruppe noch Lese- und Schreibrechte auf dem Device /dev/ttyUSB? einräumen. Das kann mit einem chmod u+rw /dev/ttyUSB0 (oder 1, 2...) oder chmod g+rw /dev/ttyUSB0 (auch mit rootRechten) erfolgen.

Nun hält man den Transceiver mit der Seite der Leuchtdiode nach unten ca. 10cm über ein weißes Blatt Papier. Falls der Transceiver ohne Gehäuse betrieben wird, darf die Platine nur am Stecker oder am Platinenrand gehalten werden, um die Schaltung nicht zu stören. Nun drückt man am Terminalprogramm einige Tasten. Dabei muss die gelbe Leuchtdiode auf der Platine blinken und die Tastendrücke auf dem Bildschirm erscheinen.

Funktioniert das nicht, bei www.arexx.com --> Forum weiterlesen oder www.roboternetz.de --> Forum.

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12. KALIBRIERUNG

Eine genaue Kalibrierung der Servomotoren und YETIs Beinmuskeln garantiert eine stabile Gangart. Eine Justierung wird benötigt damit die Servomotoren bei einer softwaretechnischen Positionsmitte auch tatsächlich die mechanische Positionsmitte einnehmen. Eine Hardwarejustierung stellt sicher, dass YETIs Beine zur Mittelposition der Servomotoren die genaue Sollposition einnehmen.

12.1. Servo-Arm Kalibrierung

Eine Kalibrierung der Servo-Arm ist für eine stabile Gangart unerlässlich. Diese Justierung wird einmalig durchgeführt. Wir benötigen dazu das Programm Hyperterminal. Version 6.3 steht für einen Abruf kostenlos im Internet zur Verfügung.

Starten Sie Hyperterminal. Programmieren Sie Hyper-terminal für COM (X) --> 2400 Baud, 8-Bit, ohne Parität und ohne Hardware Steuerung.

Schließen Sie den USB- oder RS-232-Adapter auf den PC an.

Legen Sie YETI kopfüber auf den Tisch und sehen Sie zu, dass der USBAdapter und YETIs Hinterkopf für die Infrarotlichtübertragung Sichtkontakt haben.

Schalten Sie YETI ein.

1. Bevor Sie den YETI einschalten, lösen sie die Schrauben der beiden Servoarme auf der Servoachse (nur lösen nicht rausschrauben).

2. Nach ca. 3 Sekunden ertönt ein Signalton.

3. Betätigen Sie jetzt, innerhalb von 1 Sekunde nach dem Signalton, eine beliebige Taste auf Ihrer PC-Tastatur.

4. ***Der YETI ist jetzt zu Software-Kalibrierung bereit.

5. Betätigen Sie bitte die Minus-Taste [-] auf der numerischen PC-Tastatur.

6. ***Die beiden Servomotoren nehmen jetzt automatisch ihre Mittenposition ein.

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7. Entfernen Sie die gelöste Schraube des vorderen Servoarms.

8. Ziehen Sie jetzt vorsichtig, ohne die Servoachse zu verdrehen, den Arm von der Servoachse.

9. Setzen Sie bitte den Arm horizontal, also parallel zu den roten LED’s, zurück auf die Servoachse und schrauben ihn vorsichtig fest.

10. Falls Sie dabei die Servoachse verdrehen schalten Sie den YETI aus, wieder ein und wiederholen Sie die Schritte 2-6.

11. Justieren Sie jetzt (Feinjustierung) mit den Tasten [7] und [9] der numerischen PC-Tastatur den Servoarm so genau wie möglich in eine horizontale, also parallel zu den LED’s stehende, Position.

12. ***Bestätigen Sie Ihre Einstellung mit der Taste [1].

13. Damit ist die Softwarejustierung des vorderen Servoarms beendet. Zur Kontrolle können Sie mit der Taste [7] oder [9] den Servo aus dieser Position rausdrehen. Betätigen Sie danach die Taste [8], nimmt der Servo automatisch wieder die von Ihnen eingestellte Mittenposition ein.

14. Wiederholen Sie die gleiche Einstellung für den unteren Servo. Verwenden Sie zur Servosteuerung die Tasten [4],[5] und [6]. Zum Abspeichern der Servoposition verwenden Sie jetzt aber die Taste [2].

15. Damit ist die Software-Kalibrierung der Servomotoren beendet!

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Mehr Infos über die Testsoftware, siehe APPENDIX J

ACHTUNG!

In YETIs standardmäßig mitgeliefertem Programm bendet sich eine Funktion ‘Test.hex()’ mit der die Selbsttest ausgeführt wird.

Numerisches Tastenfeld am PC

[-]

[7] ‘Vorderer’ Servomotor Linksdrehung

[8] ‘‘Vorderer’ Servomotor Kalibrierte Nullposition

[9] ‘Vorderer’ Servomotor Rechtsdrehung

[+]

Bewege 2 Servos in ihre kalibrierte Nullposition (wie [8] & [5] gleichzeitig)

[ENTER]

Ende der Tastur Kontrol Modus

[4] ‘Unterer’ Servomotor Linksdrehung

[5] ‘Unterer’ Servomotor Kalibrierte Nullposition

[6] ‘‘Unterer’ Servomotor Rechtsdrehung

[1] [2]

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12.2. Hardware Kalibrierung

Die Servomotor-Arm des YETIs sind jetzt justiert. Nun sind die Beine an der Reihe.

Lösen Sie bitte die Schrauben für Befestigung der „Beinmuskeln“ an den Hinterbeinen. Die Beinmuskeln sollten sich dabei leicht durch die Führung bewegen können.

Legen Sie YETI auf den Rücken auf einer CD-Schachtel (1 cm Höhe). Die „Fersen“ liegen nun etwas (d.h. eine CD-Schachteldicke) tiefer als der Rücken. (Siehe Abb. 12.1).

Kleben Sie einen Streifen Klebeband fest um den Roboterkörper und dessen Beine, so dass sich die Beine nicht mehr bewegen können.

Starten Sie Hyperterminal. Legen Sie YETI bitte kopfüber auf den Tisch und sehen Sie zu, dass der USB-Adapter und YETIs Hinterkopf für die Infrarotlichtübertragung Sichtkontakt haben.

Schalten Sie YETI ein. Warten Sie bis eine Piepstonreihe ertönt und YETI seine Beine in die Nullposition bringt.

Drücken Sie jetzt innerhalb 1 Sekunden eine willkürliche Taste der PC-Tastatur. YETI piepst einmal und wird innerhalb der Kalibrierungsfunktion bleiben, damit die Servos aktiviert bleiben.

Befestigen Sie die Schrauben der Beinmuskeln zu den Hinterbeinen mit einem Imbus-Schlüssel.

Schalten Sie YETI aus. Entfernen Sie das Klebeband.

Und jetzt, bitte sehr, ist YETI zum ersten Laufgang bereit.

Abb. 12.1 YETI Hardware Kalibrierungsposition

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13. PROGRAMMIEREN

Und jetzt?

So, unser YETI ist betriebsbereit und funktionsfähig. Das war’s wohl, oder?

Vergiß es, die wirkliche Arbeit fängt jetzt erst an!

Erfahrene C-Programmierer können nun direkt mit der Programmierung beginnen. Anfänger sollten jedoch lieber zuerst dieses Kapitel lesen, auch wenn das eine oder andere Thema Ihnen vielleicht bekannt vorkommt.

Ein Minicomputer

Wir fangen mal mit einer einfachen Einführung an. Die Hauptplatine des YETIs enthält einen Minicomputer. Einen solchen Kleinstrechner nennt man auch ‘Mikrocontroller’ und wird in einem IC eingebaut. Ein ‘IC’ ist ein Integrated Circuit (Integrierter Schaltkreis) und wird manchmal auch kurzweg Chip genannt.

Unser ‘Mikrocontroller’ bendet sich nun in der kleinen schwarzen Box mit den

28 Beinchen, welche die elektrische Anschlüsse zu den roten Lämpchen, zum Lautsprecher, und zu den Antriebsmotoren in den YETI-Muskeln und Infrarot Sender/Empfänger des YETIs versorgen.

Diese Kurzbeschreibung reicht zur Einführung, wird jedoch in den nachfolgenden Kapiteln für die Anfängergruppe Schritt für Schritt erläutert. Beim Lesen werden Sie feststellen, dass die Lektüre langsam anspruchsvoller wird und Sie unbemerkt mit der Programmierung angefangen haben.

Rote Augenlichter

Die roten Augenlichter des YETIs sind sogenannte LEDs. LED ist eine verkürzte Schreibweise für Light Emitting Diode oder Leuchtdiode. Eine Diode ist ein Elektronikteil, das den elektrischen Strom nur in eine Richtung leitet. Eine LED ist eine spezielle Diode, die dabei auch noch leuchtet. In der Leuchtdiode

bendet sich kein Glühdraht. Die LED wird deshalb nicht heiß und verbraucht relativ wenig Energie. Ausführliche Information über LEDs nden Sie im Inter-

net, z.B. unter www.wikipedia.org .

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Motoren

Der YETI verfügt über zwei Spezialmotoren. Diese Motoren

benden sich zusammen mit einigen Zahnrädern und mit einiger

Steuerelektronik jeweils in einem kleinen Gehäuse. Ein solches Antriebsmodul nennt man auch ‘Servomotor’. Die Zahnräder bilden ein Getriebe. In der Praxis setzt das Servomotorgetriebe die Drehzahl herab und das Ausgangszahnrad dreht sich erheblich langsamer als der Motor selbst. Tatsächlich kann das Ausgangszahnrad nicht einmal eine volle Umdrehung durchführen und erreicht nur eine Dreivierteldrehung von etwa 220 Grad. Die Herabsetzung der Drehzahl führt jedoch zu einer erheblichen Drehkraft.

Der Mikrocontroller und sein Befehlssatz

Der Befehlssatz für den Mikrocontroller umfaßt 120 einzelne Basiskommandos, die in der englischen Fachsprache der Programmierer auch ‘Instructions’ genannt werden. Der Mikrocontroller kann jedoch Hunderte von Basiskommandokombinationen verarbeiten. Eine Reihe von Basiskommandos wird ein Programm genannt. Zur Ausführung eines Programms muß der Mikrocontroller diese Reihe in seinen Speicher laden, nimmt dann ein einzelnes Basiskommando aus dem Speicher und führt es aus. Dann nimmt er das nächste Kommando der Reihe und führt auch dieses aus. Der Prozessor wiederholt diese

Prozedur ununterbrochen.

Bei einem normalen Computer müssen Sie immer zuerst ein Programm, wie zum Beispiel ein Spielprogramm, starten, damit Sie es benutzen können. Beim Starten kopiert der Computer das Programm von der Festplatte oder CD in den Arbeitsspeicher des Computers. Falls Sie den Computer danach abschalten, verschwindet das Programm aus dem Arbeitsspeicher und Sie müssen das Programm zum Benutzen wiederum starten.

In einem Mikrocontroller ist das Programm in einem Spezialspeicher (im sog. ‘Flash’-Speicher) abgelegt. Beim Stromausfall und Abschalten bleibt das Programm im ‘Flash’-Speicher erhalten. Um ein solchermaßen gespeichertes Programm zu löschen, muß der Mikrocontroller zuerst eingeschaltet werden.

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Im Mikrocontroller ist der ‘Flash’-Speicher sozusagen der Arbeitsspeicher, der ständig bereits das betriebsbereite Programm enthält und es beim Abschalten auch nicht verliert. Sie können diesen Speicher als Kombination eines Festplattenspeichers und eines Arbeitsspeichers betrachten.

Das Laden eines Programms

Wie können wir ein Computerprogramm in den Flashspeicher eines Mikrocontrollers übertragen?

Normalerweise würden wir dazu ein spezielles Programmiergerät mit einem Sockel benötigen, in den man das Mikrocontroller-IC einsteckt. Danach lädt man das Programm direkt in den Flashspeicher des Mikrocontrollers. In der englischen Fachsprache nennen wir ein solches Programmiergerät einen ‘Programmer’.

Dieses würde bedeuten, dass wir den YETI mit einem Spezialstecker an einem Programmiergerät anschließen und dann mit Hilfe des Programmiergeräts Ihr Programm in den YETI übertragen müßten. Soweit wird es jedoch nicht kommen, denn einige fachkundige Entwickler beim DLR (www.dlr.de) haben dazu eine trickreiche Software geschrieben, die eine alternative Methode verwendet.

Der Trick besteht aus einem kleinen Programm im Flashspeicher des Mikrocontrollers. Dieses Miniprogramm wird ‘Bootloader’ genannt und der Name bedeutet: ‘Ladeprogramm zum Starten’.

Unmittelbar nach dem Einschalten des Mikrocontrollers untersucht der Mikrocontroller immer den Inhalt des Flashspeichers, ob darin ein Bootloaderprogramm enthalten ist. Wenn ja, wird der Mikrocontroller grundsätzlich zuerst das Bootladerprogramm ausführen.

Achtung, jetzt wird es spannend: Das Bootloaderprogramm wurde so entworfen, dass es mit dem Infrarot Sende-/Empfangsmodul im YETI, d.h. mit unsichtbaren Lichtstrahlen, Information austauschen kann. Auf dieser Weise können wir mit einem Spezialprogramm auf einem normalen Computer sozusagen mit dem YETI ‘reden’. Dieses Spezialprogramm heißt ‘Flash’ und dieser Name kommt Ihnen vielleicht schon bekannt vor. Selbstverständlich muß der Computer auch mit einem eigenen Infrarot Sende-/Empfangsmodul verbunden werden.

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Das Bootloaderprogramm und das Flashprogramm starten nun einen Dialog. Anschließend überträgt das Flashprogramm Kommando nach Kommando ein YETIprogramm zum Bootloaderprogramm. Das Bootloaderprogramm erhält diese Einzelkommandos und legt diese nacheinander in den internen Flashspeicher. Dieser Speichervorgang überschreibt dabei natürlich niemals den Speicherbereich, der das Bootloaderprogramm selbst enthält und beginnt mit dem darauf folgenden Speicherbereich.

Sobald der Programmtransfer abgeschlossen ist, stoppt der Mikrocontroller die Ausführung des Bootladerprogramms und startet die Ausführung des zuletzt geladenen Programms.

Das Bootloaderprogramm beansprucht somit ein fester Bereich im normalen Flashspeicher des Mikrocontrollers und wird derart abgesichert, dass man es weder lesen noch löschen kann. Es ist vielleicht besser so, dass das Bootloaderprogramm, abgesehen vom Löschvorgang im speziellen Programmiergerät, nicht einfach gelöscht werden kann. So brauchen Sie keine Angst haben, dieses Programm irrtümlicherweise

zu löschen oder zu überschreiben.

Programmieren

Wie aber erstellen wir jetzt ein Programm?

In aller Kürze: Sie schreiben ein YETI-Programm in einem Texteditor in einer ganz bestimmten ‘Sprache’. Anschließend übersetzen Sie diese Textdatei in sog. HEX-Kommandos, die der Mikrocontroller versteht und in einer HEX-Datei abgelegt werden. Diese HEX-Datei können Sie nun mit Hilfe des im vorangegangen Kapitel bereits beschriebenen Flashprogramms in den YETIprozessor übertragen.

Theoretisch könnten Sie auch Programme für den Mikrocontroller direkt als Folge von HEX-Kommandos schreiben. Das ist jedoch sehr kompliziert und unübersichtlich und für Laien nahezu unmöglich.

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Programme schreiben

In gewisser Weise ähnelt die Programmerstellung oft dem Schreiben eines Briefes und im Idealfall sind Fachleute in der Lage, die

Programmquelle auch als Text ﬂießend zu lesen. Zum Erstellen und

Ändern (Editieren) eines Programms verwenden wir eine spezielle Textverarbeitung mit dem Namen ‘Programmers Notepad2’ oder in der Kurzform PN2. Tatsächlich könnten wir zum Schreiben eines YETI-Programms auch eine andere Textverarbeitung wie zum Beispiel Notepad oder Microsoft Word verwenden, aber das Werkzeug ‘Programmers Notepad2’ wurde speziell entwickelt zum Editieren der Programmquellen. Dazu sind zum Beispiel bequeme Hilfsmittel, wie Spezialfarben für Schlüsselwörter, Variablen und Kommentare, verfügbar.

Ein Programm besteht aus einer Reihe normaler Textzeilen, die natürlich einer Sprachkonvention entsprechen und einige Randbedingungen erfüllen müssen. Der Programmtext heißt auch ‘Programmquelle’ oder ‘Sourcecode’ in der englischen Fachsprache. Sprachkonvention und Randbedingungen bilden zusammen die ‘Programmiersprache’. Genau wie bei den menschlichen Fremdsprachen gibt es im Computersprachbereich ebenfalls verschiedene Sprachen und Übersetzersoftware, die eine Textdatei in eine Kommandodatei für einen ganz bestimmten Mikrokontroller übersetzen kann. Es gibt zahllose Programmiersprachen, aber eine der bekanntesten Sprachen für Mikrocontrollerprogramme ist eine Sprache mit dem kurzen Namen ‘C’. Diese Sprache ‘C’ ist auch die Sprache, die wir für die Programmierung des YETIs ausgewählt haben.

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Das Übersetzen eines Programms

Ein Mikrocontroller kann mit einem in der ‘C’-Sprache geschriebene Textdatei nichts anfangen. Zum Übersetzen einer in der ‘C’-Sprache geschriebenen Textquelle in eine Datei mit HEX-Kommandos für den Mikrocontroller benötigen wir ein Übersetzungsprogramm. Ein solches Übersetzungsprogramm ist zunächst ein ganz normales Computerprogramm, das in Fachkreisen üblicherweise ‘Compiler’ genannt wird. Für den YETI benötigen wir daher einen ‘C’-Compiler. Das dazu geeignete Programm heißt ‘gcc.exe’. Dieser Compiler erwartet zur Übersetzung eine Textdatei mit einer Dateinamensendung ‘.c’. Der Compiler kann somit keine Datei ‘test.txt’, dafür jedoch ‘test.c’ sehr wohl übersetzen. Wenn die Textverarbeitung Programmers Notepad2 mit dem korrekten ‘C’-Compiler ausgestattet wird, kann der Menupunkt Tools->Make automatisch die Übersetzung einer Programmquelle in eine HEX-Datei durchführen.

Die Programmübertragung oder der ‘Programm upload’

Der Compiler hat jetzt zum Beispiel das ‘C’-Programm ‘test.c’ übersetzt in eine HEX-Datei ‘test.hex’ mit den Mikrocontrollerkommandos. Das Flashprogramm kann diese HEX-Datei mittels Infrarotlichtübertragung in den YETI-Mikrocontroller transferieren. Der Transport heißt in der englischen Fachsprache auch ‘Programm upload’, weil das Flashprogramm die HEX-Datei in den YETI-Roboter überträgt.

KongurationderCompilersoftware

Sollten Sie beabsichtigen, einen ‘C’-Compiler zu kaufen, dann sollten Sie schon einige Hundert Euro beiseite legen. Es gibt jedoch eine Gruppe professionelle und begeisterte Programmierer, die einen ausgezeichneten und kostenlosen ‘C’-Compiler entwickelt haben, der

zudem noch frei kongurierbar ist.

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Die WINAVR Entwickler haben den ‘C’-Compiler und den

Programmers-Notepad2 bereits vorkonguriert. Der Benutzer kann

diese Einstellung jedoch anpassen. Die Voreinstellung erfordert, dass das Hauptprogramm grundsätzlich als ‘test.c’ abgelegt werden muß. Außerdem sollte eine Datei ‘YETI.c’ verfügbar sein, in der ergänzende Funktionen festgelegt werden können. In diesen beiden Dateien werden Hauptprogramm und ergänzende Funktionen ordentlich getrennt verwaltet.

Der Programmers-Notepad2 übernimmt die Aufgabe, die Quelldateien ‘test.c’ und ‘YETI.c’ immer zusammen zu compilieren, so dass man sich als Benutzer auf wichtigere Aufgaben konzentrieren kann.

Das habe ich doch schon mal gelesen, werden Sie jetzt vielleicht denken. Stimmt, aber beim zweiten Mal Lesen sieht alles viel einfacher aus und ist es auch leichter zu verstehen.

Die Erstellung eines ‘C’-Programms für den YETI.

Ist die Erstellung eines ‘C’-Programms schwierig?

Die Antwort ist sowohl positiv als negativ. Negativ, weil ein Steuerungsprogramm für den YETI ziemlich einfach sein kann. Andererseits aber auch positiv, weil man in ‘C’ auch sehr komplizierte Programme schreiben kann.

Wenn man erstmalig mit ‘C’ in Berührung kommt, ähnelt alles zunächst Zauberei, aber nach einer Weile werden die Programme durchschaubar und übersichtlich. Man muß nicht einmal alles verstehen. Beim Weiterlesen wird Ihnen dieses einleuchten.

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Hauptprogrammstruktur

# Eine ‘C’-Hauptprogramm hat eigentlich immer nachfolgende Grundstruktur:

int main(void){ return 0; } ‘int’ beschreibt den Typ der Hauptfunktion ‘main’ ist der Name der Hauptfunktion ‘void’ bedeutet ‘leer’ oder ‘unbesetzt’ ‘return 0’ bedeutet: liefere eine Zahl Null zurück an die Variable, womit die Funktion ‘main’ aufgerufen wurde.

# Grundsätzlich sollte jede ‘C’-Kommandozeile immer mit einem Semikolon, d.h. ‘;’, abgeschlossen werden. Ausgenommen sind nur Zeilen, die mit einer Funktionsklammer ‘}’ enden.

# Programmers Notepad2 kann bestimmte Textteile automatisch mit einer speziellen, frei wählbaren Farbe darstellen. So kann man zum Beispiel die Syntax oder die speziellen ‘C’-Kommandocodewörter blau darstellen. Zahlen werden in Türkis, Kommentare in Grün geschrieben.

# Man kann fast überall Kommentar einfügen, nach ‘//’ oder zwischen ‘/*’ und ‘*/’ int main/*Beliebiger Kommentartext*/(void){ /*Irgendein Kommentar*/ //Kommentarzeile /* Textzeilen */ return 0; // Beliebige Textzeile /* weiterer Text */

}

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# Nachfolgendes Programm generiert eine Fehlermeldung beim Kompilieren, denn ‘Main’ wurde mit einem Großbuchstaben geschrieben. Die ‘C’-Sprache unterscheidet die Wörter, die mit Groß-

buchstaben oder Kleinbuchstaben geschrieben werden.

int Main(void){ return 0; }

# Ein Programm darf zum Beispiel auch wie folgt zusammengeschrieben werden, aber das Ergebnis ist nicht so gut lesbar: int main(void){return 0;}

#Kommentare können zum Beispiel am Ende einer Programmzeile eingefügt werden: int main(void){ //Beginn der main-Funktion return 0; //verlasse die Hauptfunktion unter //Rückgabe des Werts 0 } //Ende der main-Funktion

#Kommentare können aber auch vor der Programmzeile eingefügt werden: //Beginn der main-Funktion int main(void){ //verlasse die Hauptfunktion unter Rückgabe des Werts 0 return 0; //Ende der main-Funktion

}

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#Die ‘C’-Sprache setzt immer eine und nur eine Hauptfunktion mit dem Namen ‘main’ voraus und daneben ggf. noch eine oder mehrere Zusatzfunktionen mit beliebigen Namen.

#Nachfolgendes Programm enthält nur eine Hauptfunktion mit dem Namen ‘main’, führt jedoch keine Kommandos aus und bildet sozusagen nur ein Gerüst:

int main(void){ //Beginn der main-Funktion return 0; //verlasse die Hauptfunktion unter Rückgabe des Werts 0 } //Ende der main-Funktion

‘C’-Kurs

Wie bereits gesagt, wäre es nicht schlecht an dieser Stelle einen kompletten ‘C’-Programmierkurs ein zu fügen. Auf diesem Bereich sind jedoch viele Handbücher im Handel und ausführliche Webseiten verfügbar, die ‘C’ sehr detailliert dokumentieren. Deshalb werden wir in diesem Manuskript nur die für den YETI benötigten ‘C’-Begriffe und Funktionen beschreiben.

Nachdem wir die Grundbegriffe verstanden haben, fangen wir die Programmierung mal vorsichtig an. Wir werden dazu keinen kompletten ‘C’-Programmierkurs anbieten, aber die auf der CD mitgelieferten Beispielprogramme beschreiben.

OK, es soll also kein ‘C’-Programmierkurs werden, denn diese gibt es in Hülle und Fülle und Information zum ‘C’-Programmieren gibt es auch in Büchern und im Internet. Unsere Information bildet jedoch einen guten Grundstock für eine Wiederholung des Wesentlichen und ein Leitfaden für Anfänger mit Praxisbeispielen.

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WICHTIG Der Buchstaben v am Anfang der YETI-Funktionen ist ein Hilfsmittel des Programmierers! Der Buchstaben v (void) am Anfang der YETI-Funktionen bedeutet, dass die Funktion keinen Wert zurückliefert.

YETI schaltet sein rechtes ‘Auge’ ein

#Dieses Programm schaltet das rechte YETI-‘Auge’ ein

#include “yeti.h” //Lade Denitionen und Funktionen

int main(void){ //Beginn der main-Hauptfunktion vInitYeti(); //Initialisiere alle //Mikrocontrollerfunktionen des YETIs vFrontLEDs(RIGHT); //Schalte LED im rechten YETI-Auge ein return 0; //Verlasse main-Hauptfunktion mit //Rückgabe Wert 0 } //Ende der main-Hauptfunktion

#include “yeti.h”

An dieser Stelle wird die Datei ‘yeti.h’ eingefügt, welche die Denitionen der benötigten Funktionen enthält, z.B. die Funktion ‘vInitYeti();’.

Die vollständigen Funktionen benden sich in der Datei ‘yeti.c’.

vInitYeti();

Diese Spezialfunktion legt die Startbedingungen für alle Mikrocontrollerfunktionen des YETIs fest. Die Funktion wird als erster Programmschritt ‘vInitYeti();’ aufgerufen. Die tatsächlich auszuführende

Funktionsteile benden sich in der Funktionsdenition in der Datei

‘yeti.c’.

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vFrontLEDs(LEFT);

Diese Funktion schaltet das linke YETI-‘Auge’ ein.

Gleichartige Funktionen sind:

vFrontLEDs(RIGHT);

Diese Funktion schaltet das rechte YETI-‘Auge’ ein.

vFrontLEDs(OFF);

Diese Funktion schaltet beide YETI-‘Auge’ aus.

vFrontLEDs(BOTH);

Diese Funktion schaltet beide YETI-‘Auge’ ein.

Wir lassen das rechte YETI-Auge 5-Mal blinken

#Dieses Programm lässt das rechte YETI-Auge 5-Mal im Sekundentakt blinken

#include “yeti.h” //Lade Denitionen und

//Funktionen int main(void){ //Beginn der main-Hauptfunktion int i; //Deklariere Variable ‘i’ als Integer vInitYeti(); //Initialisiere alle Mikrocontroller //funktionen des YETIs for(i=0 ;i<5 ;i++){ //Wiederhole 5 Mal vFrontLEDs(RIGHT); //Schalte LED im rechten //YETI-Auge ein vWaitMilliseconds(500); //Warte eine halbe Sekunde vFrontLEDs(OFF); //Schalte LED im rechten //YETI-Auge aus vWaitMilliseconds(500); //Warte eine halbe Sekunde } //Ende der 5-maligen ‘for’-Schleife return 0; //Verlasse main-Hauptfunktion } //Ende der main-Hauptfunktion

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Der Programmteil innerhalb den geschweiften ‘for’-Klammern ‘{‘ und ‘}’ heißt ‘Schleife’ oder ‘Loop’.

for(…){ }

Int i;

An dieser Stelle wird eine Variable mit dem beliebigen Namen ‘i’

deniert.

for(i=0 ;i<5 ;i++){

Deniere zuerst ‘i’ als Zahl 0 und wiederhole alle Programmteile

zwischen der geschweiften ‘for’-Öffnungsklammer ‘{‘ und der zugehörigen ‘for’-Abschlussklammer ‘}’, solange Variable ‘i’ kleiner ist als

5. Dabei wird jedes Mal, wenn das Programm an der ‘for’-Zeile vorbeikommt, die Variable ‘i’ mit 1 erhöht. Beim ersten Vorbeikommen ist dieser Wert daher 0.

Beim 6en Mal hat ‘i’ den Wert 5 erreicht und ist somit nicht mehr kleiner als 5. Das Programm wird daher keine weitere ‘for’-iSchleife durchlaufen und seinen Weg mit der erstfolgenden Zeile nach der ‘for’-Abschlussklammer verfolgen, d.h. mit der Zeile return 0;

Die Schleife wurde unserem Wunsch entsprechend insgesamt 5 Mal ausgeführt.

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vWaitMilliseconds(500);

Diese Zeile ruft die Funktion vWaitMilliSeconds mit dem Übergabewert 500 auf.

Die Funktion bendet sich in der Datei ‘YETI.c’. Sie können die Datei

‘YETI.c’ und die Funktionsbeschreibungen darin mit dem Programmers Notepad2 durchlesen. Die Funktion verwendet für die Warteschleife einen internen Zähler des Mikrocontrollers und kehrt anschließend aus der Funktion zurück zum Programm. Als Eingabewert akzeptiert die Funktion Zeitangaben in Millisekunden. Das sind Tausendstel Sekunden. 500 Tausendstel Sekunden entsprechen daher einer halben Sekunde.

Der YETI soll Geräusche produzieren

#Dieses Programm lässt YETI Geräusche produzieren

#include “yeti.h” //Lade Denitionen und Funktionen

int main(void){ //Beginn der main-Hauptfunktion vInitYeti(); //Initialisiere alle Mikrocontroller //funktionen des YETIs vBeep(400,80); //lässt YETI einen Piepston produzieren vBeep(520,120); //lässt YETI einen Piepston produzieren vBeep(360,80); //lässt YETI einen Piepston produzieren vBeep(580,160); //lässt YETI einen Piepston produzieren return 0; //Verlasse main-Hauptfunktion } //Ende der main-Hauptfunktion

vBeep(400,80);

Aufruf der Funktion ‘vBeep’ mit einer Tonhöhe 400 und mit einer Tondauer von 80 Millisekunden.

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Der YETI soll tänzeln

#Dieses Programm veranlasst YETI, seine Füße in einem Tanz zu bewegen.

#include “yeti.h” //Lade Denitionen und Funktionen

#include “yetimove.h” //Einfügen der YETI-Bewegungs //funktionen int main(void){ //Beginn der main-Hauptfunktion int i; //Deklariere Variabele ‘i’ als Integer vInitYeti(); //Initialisiere alle Mikrocontroller //funktionen des YETIs for(i=0 ;i<3 ;i++){ //Wiederhole 3 Mal vMoveBody(16,10); //Bewege den Servo für die YETI //Körperbewegungen nach links vMoveBody(-16,10); //Bewege den Servo für die YETI //Körperbewegungen nach rechts } //Ende der 3-maligen ‘for’-Schleife vMoveBody(0,10); //Bewege den Körper in die Ruheposition return 0; //Verlasse main-Hauptfunktion } //Ende der main-Hauptfunktion

#include “yetimove.h”

Einfügen der Datei ‘YETImove.c’ mit den YETI-Bewegungsfunktionen.

vMoveBody(16,10);

Bewege den Server für die YETI-Körperbewegungen um 16 Schritte nach links und warte bei jedem Schritt 10 Millisekunden.

vMoveBody(-16,10);

Bewege den Server für dieYETI-Körperbewegungen um 16 Schritte nach rechts und warte bei jedem Schritt 10 Millisekunden. Sie können die Schrittzahl für die YETI-Körperbewegungen zwischen –58 und +58 wählen. Die Wartezeiten werden immer auf ein Vielfaches von 10 aufgerundet. So wird für jede Zahl zwischen 1-10 Millisekunden eine Wartezeit von 10 Millisekunden und für jede Zahl zwischen 11-20 Millisekunden eine Wartezeit von 20 Millisekunden angehalten.

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vMoveBody(0,10);

Bringe den YETIkörper wieder in die Ruheposition.

Mit einer artverwandten Funktion ‘vMoveLegs()’ können Sie die YETIbeine nach vorne oder nach hinten bewegen.

YETI soll laufen

#Dieses Programm lässt YETI drei Schritte laufen.

#include “yeti.h” //Lade Denitionen und Funktionen

#include “yetimove.h” //Einfügen der YETI-Bewegungs //funktionen int main(void){ //Beginn der main-Hauptfunktion vInitYeti(); //Initialisiere alle Mikrocontrol //lerfunktionen des YETIs vMoveForwardXSteps(3); //Bewege den Körper 3 Schritte vorwärts vStandUpright(); //Zurück zur Ruheposition return 0; //Verlasse main-Hauptfunktion } //Ende der main-Hauptfunktion

vMoveForwardXSteps(3);

YETI bewegt sich drei Schritte nach vorne. Als Anfangsschritt wird YETI immer mit dem rechten Fuß beginnen.

vStandUpright();

YETI bewegt seinen Körper zurück in die Ruheposition

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14. ERWEITERUNGEN

Erweiterungsmodule (Kits)

Sie können YETI erweitern mit zusätzlichen (nicht im Lieferumfang enthaltenen) Baugruppen, welche die Leistungsfähigkeit des Roboters erheblich steigern. So können Sie YETI mit einem Ultraschall-Sender/Empfänger ausstatten, der ihm ermöglicht mit Schallwellenechos die Distanz zu entfernten Gegenständen zu messen und diesen beim Gehen auszuweichen.

14.1.2. YETI Experimentiermodul YT-EXP1

Im Experimentiermodul können Sie einen eigenen Entwurf einer Elektronikbaugruppe aufbauen und dieses Modul auf unterschiedlichste Art mit dem Mikrocontroller ansteuern.

14.1.2. Teilleliste Experimentiermodul YT-EXP1

PCB-DSP YETI Experimentierplatine CON1-PCB Platinenstecker, male, 20 Pins, für Flachbandkabel CON1-FC (2 St.) Flachbandstecker, 20 Pins F1 Flachbandkabel, 20 Adern, 10cm

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14.1.3. Montage Erweiterungskits

Flachbandkabel

Ultraschallplatine

Obere Abdeckung (unteres Teil)

Montage Ultraschallplatine

Montage Experimentierplatine

Montage Display Platine

Ultraschallplatine

Hauptplatine

Akkusatz

SERVO

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14.2. YETI Display Erweiterungsmodul YT-DSP2

Allgemeine Beschreibung

Das Display Erweiterungsmodul enthält 4 Stück 8-Segmentanzeigeblöcke. Ein ebenfalls im Erweiterungsmodul vorhandener 24 Pin I2C Treiberchip erledigt die Ansteuerung des Displays.

Der YETI Mikrocontroller steuert seinerseits den I2C Treiberchip. I2C

(buchstabiert als I-Quadrat-C) ist eine ofzielle Standardmethode für

die gegenseitige Kommunikation zwischen Elektronikmodule mit nur zwei Anschlussadern SCL (Serial Clock) und SDA (Serial Data). Wir benötigen für dieses Kommunikationsprotokoll deshalb nur 2 der 20 Adern des Flachbandkabels.

Das Display bietet eine Anzeigeoption für diverse Nachrichten oder Daten. Die einfache Ansteuerung des I2C Chips erlaubt die Darstellung

vielerlei selbstdenierten Symbole auf dem Display.

Hardware Beschreibung Das Displaymodul enthält vier 8-Segment Displays, einen I2C Displaychip und einige Hilfskomponenten.

Der Chip kommuniziert über das I2C-Interface mit einem Steuerungsmodul, in der Regel einem Mikrokontroller. Der Chip liefert selbstständig alle Steuerungssignale zur Ansteuerung der Displays. Der Anwender braucht sich um diese Details nicht mehr zu kümmern und muss nur festlegen welches Symbol in jedem einzelnen Zeichen angezeigt werden soll. Dazu wird selbstverständlich der I2C-Bus verwendet.

Auch die Helligkeit der Anzeige lässt sich in 8 Stufen regeln. Zudem verfügt jede Displayeinheit über 8 Anschlüsse für die Einzelsegmente: sieben Datensignale für die Einzelsegmente und ein Dezimalpunkt.

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Jedes Segment besteht aus einer Leuchtdiode oder LED. Außerdem wird noch ein gemeinsamer Pol für den Stromversorgungsanschluß der Leuchtdioden in jedem Displayelement benötigt. Der Hersteller hat dazu vier Segmente jeweils an einem Anschluss verknüpft und die Anschlüsse 3 und 14 intern zu einen gemeinsamen Stromversorgungsanschluß zusammengelegt.

Zur Ansteuerung der vier Displays mit jeweils 8+2=10 Anschlüssen würde man theoretisch ein 40-poliges IC benötigen. Diese Verbindungsfülle können wir jedoch mit dem Multiplexertrick beseitigen. Der Chip benötigt dazu 2 Sätze 8-Segment-Anschlüsse: P1-P8 und P9-P16.

Zunächst betrachten wir den Satz P1-P8, die sowohl mit Display 1 als mit Display 2 verbunden sind. Falls wir nun eine bestimmten Bitkombination auf P1-P8 schalten, dann werden beide angeschlossenen Displays das gleiche Symbol anzeigen. Der Trick besteht nun darin, mit den Transistoren Q1 und Q2 Display 1 ein- und Display 2 abzuschalten. Mit dieser Schaltung wird zuerst nur Display 1 das Symbol anzeigen. Nun jedoch schalten wir Display 1 mit Transistor Q2 aus, erzeugen auf den Datenleitungen P1-P8 eine neue Bitkombination für ein weiteres Symbol und schalten Display 2 mit Transistor Q1 ein. Das zweite Symbol wird nun auf Display 2 angezeigt. Dieses Multiplexerprinzip wird auch für Display 3 und 4 angewandt. Falls wir nun den Multiplexertrick mit höheren Schaltgeschwindigkeit betreiben, wird das menschliche Auge nicht registrieren, daß die Displays eigentlich die

Hälfte der Zeit gar nicht auﬂeuchten.

Wir können zwei der vier Displays auch ohne Multiplexermodul ansteuern. Diese beiden Displays sind ständig eingeschaltet, falls ein Display (z.B. Display 1) auf P1-P8 und das zweite Display (Display 3) auf P9P16 angeschlossen wird. Die Beispielsoftware basiert auf die Randbedingung, daß die Displays folgendermaßen geschaltet werden:

Displayschaltung: Display 4 Display 2 Display 3 Display 1

Diese Schaltung basiert auf die grundlegende Idee, daß zum Betrieb zweier Displays (Display 1 und 3) im statischen Modus diese Module nebeneinander stehen sollten..

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14.2.1. Teilleliste YETI Displaysatz YT-DSP2 KIT

PCB-DSP YETI Display platine R1 330R

(orange, orange, braun, gold)

R2 330R (orange, orange, braun, gold) R3 18K (braun, grau, orange, gold) C1 2,7nF (Aufdruck: 272) C2 100nF (Aufdruck: 104) Q1 BC547B/C (auf richtige Polung achten) Q2 BC547B/C (auf richtige Polung achten) D1 8-Segment display, common anode D2 8-Segment display, common anode D3 8-Segment display, common anode D4 8-Segment display, common anode IC1 SAA1064 (auf richtige Polung achten) S1 IC-Fuß, 24-pins, 600mil (auf richtige Polung achten)

CON2 Kontaktleiste 13-polig, Platinenmontage CON, 3, 4 und 5 (3 St.) Kontaktleiste 2-polig, Platinenmontage CON1-PCB Platinenstecker, male, 20 polig, für Flachbandkabel CON1-FC (2 St.) Flachbandstecker, 20-polig

F1 Flachbandkabel, 20 Adern, 10cm

Display auf Experimentierplatine

Display auf orginal Display Platine YT-DSP2 KIT

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14.2.2. Display Modul Schaltplan

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14.3. YETI Ultraschall Erweiterungsmodul YT-ULT3

Der Ultraschall Erweiterungssatz enthält einen Ultraschallsender und einen Ultraschallempfänger. Ultraschall bedeutet: Schallwellen mit einer so hohen Frequenz, dass Menschen diesen Ton nicht hören können.

Fledermäuse senden zum Beispiel Ultraschallwellen aus, damit sie im

Dunkeln ﬂiegen und jagen können. Men nennt dieses Verfahren EchoOrtung. Gegenstände reﬂektieren die Schallwellen, die dann im Ohr

empfangen werden.

Beim YETI wird ein Mikrofon zum Schallwellenempfang benutzt.

Der Sender erzeugt Schallwellen mit einer Frequenz von 40.000Hz. Der Empfänger registriert die eventuell von einem Gegenstand reﬂektierten Signale und auch die Zeitverzögerung zwischen Sende- und Empfangsimpuls.

Aus der Zeitverzögerung zwischen Sende- und Empfangsimpuls können wir den Abstand zum Gegenstand berechnen. Das Ultraschallmodul verwandelt die Zeitverzögerung in eine elektrische Spannung. Das Flachbandkabel führt diese elektrische Spannung zur Analog/Digitalwandlereingang des Mikroprozessors im YETI.

Ein im YETI verfügbares Programm kann die Spannung messen und aufgrund der Daten eine Aktion ausführen. Im YETI ist zur Aufnahme des Ultraschallmoduls bereits ein Platz am Deckel zum Innenraum des Kopfes reserviert. Hinter den beiden “Augenbrauen”-Öffnungen

in der Stirn benden sich

der Sender, beziehungsweise Empfänger.

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14.3.1. Hardware Beschreibung

Das Ultraschallmodul besteht aus 5 Komponenten:

1. Der Sender

2. Der Empfänger

3. Der Empfängerverstärker

4. Eine konstante Referenzspannung

5. Eine variable Referenzspannung

Der Mikrocontroller generiert das benötigte Ultraschallsignal. Ein Senderlautsprecher (TX) erzeugt das akustische Signal und ein

Empfängermikrofon (RX) empfängt die reﬂektierte Schallwelle. Der

Empfängerverstärker erhöht den schwachen Empfangspegel, wobei der Verstärkungsfaktor manuell mit R10 einstellbar ist. Die konstante Referenzspannung liefert eine Spannung, die auf genau 50% der Stromversorgungsspannung eingestellt und zur Ansteuerung des Senders und zur Erzeugung der variablen Referenzspannung benötigt wird. Ein spezieller Regelkreis läßt mit Hilfe der variablen Referenz-

spannung den Mikrocontroller je nach Entfernung der Reﬂexionsquelle

nach jeder Schallwelle immer genauer zuhören. Diese Regelung ist

sehr wichtig, denn bei großer Entfernung der Reﬂexionsquellen nimmt

der Empfangspegel rapide ab.

Der Mikrocontroller erzeugt die benötigten Ultraschallwellen und führt

diese Signale über CON1-13 in das Ultraschallmodul. Das reﬂektierte

und im Ultraschallmikrofon empfangene Signal wird über CON1-6 in den Mikrocontroller zurückgeführt. Anschluß CON1-15 liefert nach jedem Senderimpuls ein abnehmendes Spannungssignal an den Mikrocontroller.

Das im Mikrocontroller erzeugte ‘Ultraschall’-Signal ist zunächst natürlich keine Schallwelle, sondern ein elektrisches Signal. Genau genommen darf man diese Signale erst ‘Ultraschallwellen’ nennen, nachdem

der Lautsprecher das Signal in Schallwellen verwandelt hat.

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Dieses im Mikrocontroller generierte ‘Ultraschall’-Signal wird zunächst über CON1-13 und über Widerstand R3 in den Sender eingespeist. Der Sender besteht aus 2 (von 4) Verstärker, die einzelnes IC (Integrated Circuit = Chip) mit dem Namen IC1 zur Verfügung stellt. Fachleute

nennen diese Verstärker oft Opamp, d.h. Operational Amplier oder

Operationsverstärker. Es handelt sich dabei um Differenzverstärker mit zwei Eingängen: einen Plus- und einen Minuseingang. Wie der Name Differenzverstärker andeutet, verstärkt das Verstärkermodul die Differenzspannung zwischen den beiden Eingängen.

Das Ultraschallsignal erreicht nun einen Eingang eines der beiden Opamps. Die übrigen Eingänge der beiden Opamps werden mit einer festen Referenzspannung in Höhe von 50% der Stromversorgungsspannung verbunden. Beide Opamps haben zur Aufgabe den Lautsprecher mit Energie zu versorgen und das vom Mikrocontroller geringfügig geschwächt und verzerrt aufbereitete Signal zu regenerieren. Das Ultraschallmikrofon (RX) empfängt das reﬂektierte Signal und verwandelt es in ein elektrisches Signal. Nach einem einfachen Filter erreicht das Signal den Empfangsverstärker Opamp IC1B, dessen Verstärkungsfaktor mit einem Regelwiderstand einstellbar ist.

Nach jedem Senderimpuls steigt die Spannung auf CON1-15 sprunghaft auf 50% der Stromversorgungsspannung VCC. Dazu wird das elektrische ‘Ultraschallsignal’ nicht nur über R3 an den Verstärker, aber auch über Diode D1 an Kondensator C7 weitergeleitet. Nachdem diese Spannung C7 zunächst sofort aufgeladen hat, entlädt der Kondensator sich langsam über Widerstand R14.

Der Mikrocontroller enthält einen analogen Komparator, d.h. einen Vergleichsmodul, das zwei elektrische Spannungspegel vergleicht. Sowohl der Empfangspegel als auch diese Entladungsspannung werden nun auf CON1-6 beziehungsweise CON1-15 dem analogen Komparator zum Vergleich angeboten. Der Mikrocontroller vergleicht den Empfangspegel und die Entladungsspannung. Falls der Empfangspegel die Entladungsspannung übersteigt, betrachtet der Mikrocontroller den Empfangspegel als ein zuverlässiges Empfangssignal. Unmittelbar nach dem Senderimpuls muß ein Empfangspegel daher schon

relativ hoch sein, um als reﬂektiertes Signal akzeptiert zu werden. Je

länger der Senderimpuls jedoch zurückliegt, desto geringer darf der

Empfangspegel sein, um als reﬂektiertes Signal akzeptiert zu werden.

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14.3.2. Abgleich Ultraschall-Zusatzmodul

Die Ultraschallplatine ist in YETIs Kopf eingebaut. Allerdings wird das Ultraschallmodul in dieser Position durch folgende Dingen negativ

beeinﬂußt:

1. Unerwünschte Reﬂektionen des Ultraschallltons innerhalb des

YETI Chassis.

2. Unerwünschte Reﬂektionen des Ultraschalltons durch die

Aussenhülle von YETI.

In folgender Grak sehen Sie ein Oszillogramm der Referenzspannung

(rot, gemessen an CON1-15) und des Ultraschallsignals des Senders (blau, CON1-13, 5 Impulse von etwa 4.5V, vom Mikrocontroller erzeugt):

Das erste Signal (CON1-13) zeigt kurz 5 Pulse von etwa 4.5 Volt.

Das Signal kommt sofort vom Mikroprozessor und geht zu der Ultraschallplatine.

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Die rote Kurve an CON1-15 ist eine Entladekurve, welche als Referenzsignal dient. Diese wird auf der Ultraschallplatine erzeugt und zurück zum Mikrocontroller geleitet. Erzeugt der Empfängerteil des Ultraschallsensors eine Spannung die höher ist als das Referenzsignal,

wird dies vom Mikrocontroller als Reﬂektion an einem Objekt erkannt.

Nun eine weitere Messung, diesmal jedoch neben der Referenzspannung (rot) auch das empfangene Echo (blau, CON1-6 - wird zum Mikrocontroller geleitet).

Wie man leicht erkennen kann gibt es zu Beginn eine sehr starke Fehl-

messung! Das Objekt welches das Signal eigentlich reﬂektieren sollte bendet sich bei der Markierung in 60 cm Entfernung. Dies wird durch Schallreﬂektionen innerhalb von YETI verursacht.

Im Folgenden werden wir beschreiben wie man dies stark verbessern kann!

60 cm

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Wie man aus der Beschreibung des Messverfahrens unseres Ultraschallsensors herauslesen kann, reagiert der Empfänger sehr

empndlich auf jegliche Arten von Reﬂektion des Ultraschallsignals. So auch auf Reﬂektionen innerhalb von YETI!

Um diesen zu verringern, müssen wir das Innere von YETI unterhalb des Ultraschallsensors vollständig mit Watte auffüllen (s. Abbildung 1)!

Abbildung 1. YETI vollständig mit Watte ausgefüllt.

Schritt 1.

Abdämmen der unerwünschten Schallreﬂektionen innerhalb von YETI.

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Folgendes Oszillogramm zeigt die neue Situation (YETI vollständig mit Watte aufgefüllt):

Es ist leicht zu erkennen das es nun deutlich geringere

unerwünschte Reﬂektionen gibt!

Doch noch immer gibt es einen kleinen Bereich zu Beginn der Messung, der höher als das Referenzsignal liegt. Dies wird durch

Reﬂektionen direkt vor YETIs Kopf verursacht.

Schritt 2. Dies lässt sich mit einem weiteren Stück Watte (oder ähnlichem, evtl. etwas festeres Material verwenden!) vermeiden, welches so ausserhalb von YETI angebracht wird, wie es auf dem nebenstehenden Bild zu sehen ist!

60 cm

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Auf dem Oszillogramm erkennt man das Ergebnis unserer Bemühungen: Alle zu beginn der Messung empfangenen Signale bleiben unterhalb der Referenzspannung! Erst das tatsächlich zu detektierende Objekt erzeugt eine höhere Spannung am Empfängerausgang!

Die Zeitspanne zwischen den 5 übertragenen Ultraschallpulsen und

dem Reﬂektierten Signal wird vom Mikrocontroller gemessen und

in den Abstand umgerechnet. Diesen Abstand kann man dann z.B. auf dem YETI Display anzeigen!

Es ist sehr wichtig, dass Sie beim Abgleich (14.3.2) dafür sorgen das die Reektion zu Beginn der Messung unterhalb der Referenzspannung bleiben.

60 cm

Arexx YT-3000 User guide [de]

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