Das Projekt Pathfinder

Transkript

1 Das Projekt Pathfinder Das Entwicksteam und die französischen Kommilitonen Eine Studie der HS-Karlsruhe im Rahmen der Vorlesungen Konstruktion IV & Mikrocomputertechnik

2 Rahmenbedingungen

3 Problemstel An der HS Karlsruhe existiert kein Prototyp (z.b. Modellfahrzeug), welcher eine Strecke, durch die der Benutzer den Prototyp zuvor per Fernbedienung gesteuert hat, selbständig und auf derselben Strecke zum Ausgangspunkt zurückfahren kann.

4 Aufgabenstel Es muss ein Modellfahrzeug als Prototyp so modifiziert werden, dass es eine Teststrecke mit definierten Hindernissen in einem Vorlesungssaal der HS Karlsruhe, durch die der Benutzer den Prototyp zuvor per Fernbedienung gesteuert hat, selbständig und auf der selben Strecke zum Ausgangspunkt zurückfahren kann.

5 Vorgaben Konstruktion IV Budget unter köpfiges Entwicksteam löst ein mechatronisches Problem durch ein teamorientiertes, ingenieurmäßiges Vorgehen Entwickszeit 4 SWS

6 Vorgaben µc-technik Vier 2-köpfige Entwicksteams lösen ein mechatronisches Problem durch Programmierung eines 8051 Controllers Budget pro Team 35 Entwickszeit 2 SWS

7 Blackbox Störgrößen magn. und elektr. Störfelder (EMV) mech. Stöße Ungünstige Oberflächenzustände Mensch S 1mech S 2mech S 3mech S 4mech S 6mech E 2el Antriebsbefehl Motor links (FB) Antriebsbefehl Motor rechts (FB) Wendebefehl (FB) Resetbefehl (FB) An/Aus (FB) S 5mech Versorgungsspannung (FB) E 1el An/Aus (FZG) Versorgungsspannung (FZG) Kalte Luft St 1 Autonomes Zurückfahren eines vordefinierten Weges auf der gleichen Strecke warme Luft Drehzahl Rad rechts Drehzahl Rad links Fester, ebener Untergrund Wegabweichung vom Sollwert <20% Projektkosten <200 Länge der Wegstrecke durch Speicher begrenzt Akkukapazität Reichweite der Fernbedienung St 2 S 7mech S 8mech Fahrendes Modellfahrzeug S 9opt Restriktionen

8 Funktionsstruktur Rahmenbedingungen

9

10 Scribbler Robot MEK 120 bei Firma Zerko Versorgungsspannung 9V Antrieb durch zwei DC-Motoren Kleine, kompakte Bauform Kann auf der Stelle wenden

11 Fernbedienung & Empfänger Graupner Remote Control: 4-Kanal Funkfernbedienung Versorgungsspannung 9V Sendefrequenz 40 MHz Graupner FM35S: 16-Kanal Empfänger Versorgungsspannung 5V

12 Fahrtregler MEK 2x 17,50 Versorgungsspannung 9V Integrierter Spannungswandler 9V -> 5V Wandelt pulsweitenmodulierte Signale in DC-Spannungen

13 Leiterplatten Rahmenbedingungen

14 Rahmenbedingungen

15 Euro535-Karte Schnittstelle zwischen Hard-und : Einlesen der Pulsweiten Verarbeiten der Daten Speichern der Daten Ausgeben der Daten

16 Funktion der Status-LED s Rahmenbedingungen RESET-LED: Blinkt beim Programmstart und bei RESET-Betätigung 8 mal in 2s (Timer 0). HINFAHRTS-LED: Leuchtet sobald RESET beendet ist. Datenaufzeichnung läuft WENDE-LED: Leuchtet sobald WENDEN betätigt wurde solange, bis das Wendemanöver abgeschlossen ist. RÜCKFAHRTS-LED: Leuchtet sobald das WENDE- Manöver abgeschlossen ist solange, bis der Ausgangspunkt erreicht ist. RESET wird ausgelöst

17 Rahmenbedingungen Gruppe 4 Programmteile verknüpfen Vorgabe der Programmnamen Registerbelegung, Konstanten und Variablen definiert

18 l ung Gruppe 1 Pulsweiten einlesen und abspeichern Highzeit 1-3 ms Periodenlänge 22ms Abstand zw. den Pulsen 2ms Pollingverfahren Genug Verarbeitungszeit zwischen den Pulsen (1000Befehle möglich) Keine Interrupts während des Einlesens zu verarbeiten Fast alle I/O Ports können zum PWM Signal lesen genutzt werden Programmablauf Aufzeichnen der Highzeit Highzeit von abziehen (Wert des Timer2 CCx Registers zur Ausgabe) Lowzeit im externen Speicher ablegen

19 Gruppe 1 Pulsweiten einlesen und abspeichern PWM_EINLESEN: ;PW des linken Motors einlesen mov TH1,#0 ;Timer1-HIGH_BYTE mit "0" beschreiben mov TL1,#0 ;Timer1-LOW_BYTE mit "0" beschreiben jb P5.1,$ ;Warten, bis an P5.1 auch wirklich die fallende Flanke kommt jnb P5.1,$ ;Lese im Befehlscode erst weiter, wenn eine steigende Flanke ;an Port 5.1 anliegt setb TR1 ;Timer1 starten jb P5.1,$ ;Lese im Befehlscode erst weiter, wenn eine fallende Flanke ;an Port 5.1 anliegt clr TR1 ;Timer1 stoppen call BERECHNUNG_LOW_ZEIT_PW_LINKS ;Rufe UP "BERECHNUNG_LOW_ZEIT_PW_LINKS" auf BERECHNUNG_LOW_ZEIT_PW_LINKS: mov R2,TH1 ;Timer1 HIGH_BYTE in R2 laden mov R3,TL1 ;Timer1 LOW_BYTE in R3 laden clr C ;Carry löschen mov A,#0FFh ;0FFh in den Akku laden subb A,R2 ;Vom Akku den Inhalt von R2(HIGH_BYTE) subtrahieren ;Schreibe den Inhalt von A in die Adresse, auf die DPTR zeigt inc DPTR ;Inkrementiere DPTR mov A,#0FFh ;0FFh in den Akku laden subb A,R3 ;Vom Akku den Inhalt von R3(LOW_BYTE) subtrahieren ;Schreibe den Inhalt von A in die Adresse, auf die DPTR zeigt inc DPTR ;Inkrementiere DPTR ret ;Rücksprung zu Einsprungadresse

20 Gruppe 2 Datenverarbeitung + Wenden + LED s Problem: Der Datenpointer (DPTR) kann nur inkrementiert werden. Die Dekrementierung für die Rückfahrt muss separat programmiert werden: DEC_DPTR: clr C ;Carry löschen mov A,DPL ;Inhalt vom LOW_BYTE des DPTR in den Akku laden subb A,#1d ;Vom Inhalt des Akku 1 subtrahieren mov DPL,A ;Neuen Wert des Akku in das LOW_BYTE des DPTR schreiben jc DEC_DPTR_HBYTE_RUNTERZAEHLEN ;Wenn das Ergebnis < 0 ist, wird das Carry-Bit gesetzt! ; ->Springe zu UP "DEC_DPTR_HBYTE_RUNTERZAEHLEN" ;Wenn Carry nicht gesetzt -> Weiter im Programm ret ;Kehre zurück zur Aufrufstelle DEC_DPTR_HBYTE_RUNTERZAEHLEN: clr C ;Carry löschen mov A,DPH ;Inhalt vom HIGH_BYTE des DPTR in den Akku laden subb A,#1d ;Vom Inhalt des Akku 1 subtrahieren mov DPH,A ;Neuen Wert des Akku in das HIGH_BYTE des DPTR schreiben ret ;Kehre zurück zur Aufrufstelle

21 Gruppe 2 Datenverarbeitung + Wenden + LED s Problem: Beim Wendemanöver müssen die großen Unterschiede der Motoren durch die ausgeglichen werden. Programmierung von sanften Auf- & Abfahrtsrampen: AUFFAHRTSRAMPE_WENDEN: ;Wendedaten für Motor rechts call SUBTRAHIERER ;Rufe UP "SUBTRAHIERER" auf mov A,R2 ;R2 in den Akku laden (HIGH_BYTE) ;Inhalt des Akku an die Adresse schreiben, auf die DPTR zeigt inc DPTR ;DPTR inkrementieren mov A,R3 ;R3 in den Akku laden (LOW_BYTE) ;Inhalt des Akku an die Adresse schreiben, auf die DPTR zeigt inc DPTR ;DPTR inkrementieren call INC_R0 ;Rufe UP "INC_R0" auf djnz R6,AUFFAHRTSRAMPE_WENDEN ;R6 dekrementieren: ;Wenn nicht 0 -> Springe zu UP "AUFFAHRTSRAMPE_WENDEN" ;Wenn = 0 -> Weiter im Programm mov R6,#39d ;R6 wieder mit der Anzahl der Rampenwerte beschreiben call DEC_R0 ;Rufe UP "DEC_R0" auf MITTELTEIL_WENDEN: ABFAHRTSRAMPE_WENDEN: WENDEN_STARTEN:

22 Gruppe 3 Pulsweiten ausgeben + allg. Datenver. Problem: Die abgespeicherten Low -Zeiten müssen nun in umgekehrter Reihenfolge bis zum Startpunkt abgearbeitet werden: (Timer 2) WEITER_IN_ISR: clr C ;Carry löschen call DEC_DPTR ;Rufe UP "DEC_DPTR" auf ;Ausgabe der Daten an rechten Motor movx A,@DPTR ;Lade den Inhalt der Adresse, auf die DPTR zeigt, in A mov CCL1,A ;Lade den Inhalt des Akku in das LOW_BYTE ;des CC1-Registers call DEC_DPTR ;Rufe UP "DEC_DPTR" auf movx A,@DPTR ;Lade den Inhalt der Adresse, auf die DPTR zeigt, in A mov CCH1,A ;Lade den Inhalt des Akku in das HIGH_BYTE ;des CC1-Registers call DEC_DPTR ;Rufe UP "DEC_DPTR" auf ;Ausgabe der Daten an linken Motor subb A,R1 ;Subtrahiere von A den Inhalt von R1 jc AUS ;Wenn das Carry gesetzt ist, springe zu UP "AUS" inc DPTR ;DPTR inkrementieren ret ;Kehre zurück zur Aufrufstelle

23 Gruppe 3 Pulsweiten ausgeben + allg. Datenver. Problem: Durch unterschiedliche Motoren wird nicht die gleiche Strecke zurückgefahren. Korrektur der Low Zeit Speicherwerte über Korrektur der High -Zeit Werte Vergrößern der Low-Zeit Verkleinern der Low-Zeit mov A,#0FFh subb A,R3 ;0FFh in den Akku laden ;Vom Akku den Inhalt von ; R3(LOW_BYTE) subtrahieren add A,#Motorregulierungszahl ;erhöht Low -Zeit Speicherwert ;um Motorregulierungszahl ;Schreibt den veränderten Wert ;in Inhalt der Adresse, auf die ;DPTR verweist jb P5.0,$ nop nop nop nop nop nop nop clr TR1 ;Lese im Befehlscode erst weiter,wenn ;eine fallende Flankean Port 5.0 anliegt ;vergrößert Aufzeichnungsdauer ; High -Zeit um (Anzahl nop)*µs ;Timer1 stoppen

24 Präsentation Rahmenbedingungen

25 Anspruchsvolle mechatronische Aufgabe Umfang des Projekts in der Anfangsphase nicht abschätzbar Sehr zeitintensiv Ingenieurmäßiges Vorgehen (Top-Down Entwick) Großer Lerneffekt in vielen Bereichen Interessante Projektarbeit Hat viel Spaß gemacht

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit