Comenius EU-Projekt. Erstellung eines gemeinsamen autonomen Systems für einen ganzheitlichen und zeitnahen Unterricht
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- Berthold Voss
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1 Comenius EU-Projekt Erstellung eines gemeinsamen autonomen Systems für einen ganzheitlichen und zeitnahen Unterricht --- Teil 1 (Grund- und Basissystem) --- (( ;; Koobl leenzz / Geerrmaanyy)) Beteiligte: - Berufsbildende Schule Technik Carl-Benz-Schule (Germany) - Grup Scolar Industrial Stefan Procopiu (Romania) - Stredne odborne uciliste strojarske (Slovakia) - Pohjois Satakunnan Ammatti instituutti (Finland) - TEC (Vocational Education Center) Technical upper secondary school of Lyngby (Denmark)
2 Grund- & Basissystem (Entwickelt an der Carl-Benz-Schule in Koblenz (Deutschland); unter Leitung von Herrn OStR Wintgen) - 2 -
3 Universelle Grund- und Übungsplatine; kann auch für µcontroller-übungen eingesetzt werden. Selbst entwickelte Grund- und Übungsplatine für einen schnellen Aufbau. Somit bleibt genügend Zeit für intensive Übungen und weitere Basisschaltungen...! Platine: inkl. Versuchsaufbau mit 3 Taster, 3 LEDs, Summer, TWI (I 2 C), RS232, ISP, ext. ADC-Ref
4 V SS Eingang mit stabilisierte Spannungsversorgung +5V (V CC ) Anschluss für +5V und V SS Summer (über Jumper aktivierbar) ISP - Schnittstelle; Programmierschnittstelle Betriebs- und Programmier-LED 32 Portanschlüsse des µcontroller RESET-Taster RS232 Schnittstelle (z.b. zur Kommunikation mit dem PC) Übungsbereich mit Taster und LEDs TWI / I 2 C - 4 -
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6 Mit Hilfe der Motorsteuerungsplatine können zwei Gleichstrommotoren mit folgenden Leistungsdaten betrieben werden: U max = 2 * 35V I max = 2 * 2A Durch spezielle Ansteuerung, können die Motoren in ihrer Drehrichtung umgekehrt werden. Somit ist eine Vor- und Rückwärtslauf des Systems gewährleistet. Weiterhin befindet sich auf der Platine eine Auswerteeinheit zur Erfassung der Daten von den Taktscheiben, die an den Rädern angebracht sind. Entfernungen, Drehwinkel... sind somit speziell erfassbar
7 - 7 -
8 Neben den Hardwaremodulen wird auch noch ein reichhaltiges Softwarepaket für die Basisansteuerung des Robotersystems bereitgestellt. Mit ihm ist es möglich, die grundlegenden Funktionalitäten des Robotersystems durchzuführen. Entwickelt wurden diese Module mit der kostenlosen Entwicklungsumgebung AVR-Studio 4.12 (Sp. 4) der Firma Atmel und dem GNU GCC-Plugin von WinAVR (Version WinAVR ). (Autor: S. Wintgen) Modul: motor.h // Initialisierung aller Motoren für PWM-Betrieb void Init_Motor ( void ); // Motorgeschwindigkeit und Drehrichtung der Motoren einstellen void MotorRun ( double PowerMotorL, double PowerMotorR, uint8_t RichtungMotorL, uint8_t RichtungMotorR ); // Roboter eine vorgegeben Gerade mit angegebener Geschwindigkeit betrieben void FahreStreckeStart ( unsigned long cm, uint8_t geschwindigkeit ); // Roboter eine Kurve mit definiertem Winkel und Geschwindigkeit fahren lassen void FahreKurveStart ( uint8_t richtung, int winkel, uint8_t geschwindigkeit ); // Stoppt alle Fahraktivitäten des Roboters void FahrtStopp ( void ); // Gibt zurück, ob eine Fahrt (Kurve / Gerade) beendet wurde uint8_t FahrtBeendet ( void ); Modul: sensoren.h // initialisiert die Sensoren, die am ADC angeschlossen sind void Init_ADC ( uint8_t sensor ); // gibt den Wert des angeschlossenen Sensors zurück int GetADC ( uint8_t sensor ); Modul: tools.h // hält die Programmausführung für eine Zeit an void DELAY_MS_( int msec ); // Regelung der Motoren, um z.b. mit dem Roboter einer Linie zu folgen void MotorPowerRegelungswerte ( double *MotorPower1, double *MotorPower2, uint8_t SollWert, uint8_t IstWert, uint8_t KP, uint8_t KD ); Hinweise Das Grundsystem dient als Basis für alle weiteren Aktivitäten. Aufbauend auf dieses System werden z.b. Sensoreinheiten integriert mit denen strategische Aufgaben gelöst werden können. Didaktische Unterrichtsmaterialien in den verschiedensten Landessprachen runden u.a. das Gesamtprojekt am Ende ab
9 Grund- und Übungsplatine... Nr Bezeichnung Best.Nr. (Reichelt) Menge Einzelpreis Endpreis 0 Platine BBS-Technik-Koblenz 1 6,00 6,00 1 Drosselspule 100µH SMCC 100µ 1 0,16 0,16 2 Gehäuse/Fassung 16-polig GS 16P 1 0,18 0,18 3 Gehäuse/Fassung 2-polig (weiß) PS 25/2G WS 2 0,25 0,50 4 Gehäuse/Fassung 3-polig (braun) PS 25/3G BR 1 0,43 0,43 5 Gehäuse/Fassung 40-polig GS 40P 1 0,46 0,46 6 Gehäuse/Fassung 40-polige Stiftleiste SL 1X40G 2,54 3 0,18 0,54 7 Gehäuse/Fassung Pfostensteckverb. 2*5 PFL ,09 0,18 8 Gehäuse/Fassung D-SUB 9-polig Buchse D-SUB BU 09US 1 0,21 0,21 9 Gehäuse/Fassung Wannenstecker 2*5 WSL 10G 2 0,07 0,14 10 IC ATMega 32/8 40-poliges DIL-Gehäuse ATMEGA 32L8 DIP 1 3,95 3,95 11 IC Max 232 MAX 232 CPE 1 0,32 0,32 12 Jumper JUMPER 2,54 SW 6 0,04 0,25 13 Kondensator 1µF/35V TANTAL 1,0/35 5 0,15 0,75 14 Kondensator 100nF (Keramikkondensator) Z5U-5 100N 2 0,07 0,14 15 Kondensator 22 pf (Keramikkondensator) KERKO 22P 2 0,04 0,08 16 Kondensator 22 pf (SMD-Vielschicht-Kondensator) NPO-G P 2 0,05 0,10 17 Kondensator 470µF/16V RAD 470/16 2 0,11 0,22 18 Kühlkörper V PR5/25-M3 1 0,63 0,63 19 LED Low Current (GELB) LED 3MM 2MA GE 1 0,09 0,09 20 LED Low Current (GRÜN) LED 3MM 2MA GN 1 0,09 0,09 21 LED Low Current (ROT) LED 3MM 2MA RT 3 0,09 0,28 22 Quarz 8 MHz 8,0000-HC49U-S 1 0,24 0,24 23 Spannungsregler 5V L 4940 V5 1 0,77 0,77 24 SUB-D-Verlängerung (9p, Buchse+Stecker) AK ,18 1,18 25 Summer SUMMER TDB ,55 1,55 26 Taster TASTER ,12 0,48 27 Kohleschichtwiderstand 10 kohm 1/4 W 1/4W 10K 4 0,10 0,40 28 Kohleschichtwiderstand 1 kohm 1/4 W 1/4W 1,0K 5 0,10 0,50 29 Halter für 3 Mignonzellen HALTER 3XUM3-DK 2 0,36 0, V Anschluss-Clip (einzeln) CLIP 9V-2 2 0,15 0,30 Motoren,... Nr Bezeichnung Anbieter Menge Einzelpreis Endpreis 1 Rad-Encoder-Scheibe (min. 30 Einkerbungen) 2 1,00 2,00 2 Motor (Faulhaber SR; Getriebe 33:1) ,60 79,20 3 Motorflansch 2 5,50 11,00 4 Rad 2 8,40 16,80 5 Reifen 2 1,20 2,40-9 -
10 Motorsteuerung... Nr Bezeichnung Best.Nr. (Reichelt) Menge Einzelpreis Endpreis 1 Diode 1N ,15 1,20 2 Driver L298N L ,75 2,75 3 Gehäuse/Fassung 40-polige Stiftleiste SL 1X40G 2,54 1 0,18 0,18 4 Gehäuse/Fassung Wannenstecker 2*10 WSL 20G 1 0,07 0,07 5 Gehäuse/Fassung 14-polig GS 14P 1 0,17 0,17 6 Sensor CNY 70 CNY ,59 1,18 7 Kohleschichtwiderstand 1 kohm 1/4 W 1/4W 1,0K 2 0,10 0,20 8 Kohleschichtwiderstand 10 kohm 1/4 W 1/4W 10K 2 0,10 0,20 9 Kohleschichtwiderstand 27 kohm 1/4 W 1/4W 27K 2 0,10 0,20 10 Kohleschichtwiderstand 330Ohm 1/4 W 1/4W ,10 0,20 11 Kohleschichtwiderstand 5,6 kohm 1/4 W 1/4W 5,6K 2 0,10 0,20 12 Komparator (MOS-Fet) MOS ,12 0,12 13 Kondensator 1µF/35V TANTAL 1,0/35 1 0,15 0,15 14 Kühlkörper V 4330N 1 0,36 0,36 15 LED Low Current (ROT) LED 3MM 2MA RT 2 0,09 0,18 16 Pfostenbuchse 2*10 mit Zugentlastung PFL ,13 0,26 17 Steckverbinder gewinkelt 2-polig PS 25/2G WS 2 0,25 0,50 18 Steckverbinder gewinkelt 3-polig PS 25/3G WS 2 0,43 0,86 19 Streifenrasterplatine 160*100mm H5SR ,35 1,35 Software,... Nr Bezeichnung Anbieter Menge Einzelpreis Endpreis 1 AVR-Studio 4.12 oder GNU-GCC (WinAVR ) sourceforge.net/projects/winavr AVR-ISP-Schnittstelle (USB) ,49 23,49 sonstiges... Nr Bezeichnung Menge 1 1,5V Batterie oder Akku mit min. 1000mAh (AA) für die Spannungsversorgung 6 Stück 2 Lötstation mit regelbarer Temperatur und spitzer Lötspitze 1 Stück 3 Elektronik-Lötzinn ca. 30 cm 4 Platinenhalter 1 Stück 5 Silberdraht (0,6mm) ca. 40 cm 6 Sperrholz ( 170 x 170 x 4 mm) 1 Stück 7 Metall Zylinderkopfschrauben M2 x 5 (für Motorbefestigung) 6 Stück 8 Metall Senkkopfschrauben M3 x 15 + Unterlegscheiben, Federringe und Mutter 8 Stück 9 Metall Madenschrauben M2 (für Radbefestigung) 2 Stück 10 Schraubendreher, Laubsäge, 100er Schmirgelpapier, Bohrer (3mm),... 1 Stück Gesamtkosten des Grundsystems: ca
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