Physical-Computing mit der Arduino Plattform

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1 Photo by Nicholas Zambetti, Physical-Computing mit der Arduino Plattform /ch/open Workshoptage, Marcel Bernet

2 Haftung Bei den Bauanleitungen bzw. irgendwelcher Software gibt es keine Haftung für irgendwelche Schäden oder Funktionsgarantie, bitte immer nur als Anregung auffassen. Ich hafte nicht für Schäden, die der Anwender oder Dritte durch die Verwendung der Software oder Hardware verursachen oder erleiden. In keinem Fall hafte ich für entgangenen Umsatz oder Gewinn oder sonstige Vermögensschäden die bei der Verwendung oder durch die Verwendung dieser Programme oder Anleitungen entstehen können. Und wer mit Strom umgeht, soll sich bitte bei höheren Spannung und Strömen der Gefahren bewusst sein. Modellbahn gehört VDE-technisch zur Kategorie Spielzeug, dementsprechend streng sind die Vorschriften. Siehe hierzu auch die Sicherheitshinweise des Fremo. Die Schaltungen und die Software werden als Anregung und Hilfe unter Modellbahnern veröffentlicht. Sie sind auf Grund von Beispielen aus dem Netz bzw. eigenen Ideen entstanden. Natürlich sind sinnvolle Anregungen, Fehlermeldungen und Verbesserungen zu den Schaltung immer willkommen. Allerdings möchte ich aus gegebenen Anlass darauf hinweisen, dass ich leider keine Zeit für langwierige Diskussionen des Typs "Ich habe die Schaltung nachgebaut, warum funktioniert sie bei mir nicht" habe. Auch die Frage "Ich habe noch diesen oder jenen Chip in der Schublade, kann ich den auch verwenden", möge sich bitte jeder selbst beantworten. Bitte bei Problemen möglichst exakt schildern, was wie schief geht, am besten mit logfiles bzw. exakter Fehlermeldung. Dazu stellt das Projekt ein Forum zur Verfügung.

3 Danksagung Mein Dank gilt: Dem Arduino Projekt (www.arduino.cc), für die Idee und Umsetzung der qualitativ hochstehenden Arduino Boards. Dem OpenDCC (www.opendcc.de) Projekt und speziell Wolfgang Kufer für die Zurverfügungstellung der Sourcen aus dem OpenDCC Projekt. Allen Personen welche Shields zu den Arduino Boards herstellen und so das interessante Projekt weiterbringen.

4 Agenda 1. Teil Einleitung (Hardware, Entwicklungsumgebungen) Einfache Anwendungen (Steuerung von Servos, Led's, Motoren) Reagieren auf Externen Feedback (Sensoren) Arduinos vernetzen (I2C Bus) 2. Teil Arduino und die Aussenwelt (PC, Tablets, Smartphones, LAN etc.) Aufbau einer modularen Steuerung am Beispiel des MicroSRCP Projektes Anwendungsbeispiele

5 Arduino - OpenSource Hardware Kostengünstig (ab 15$) Cross-Plattform (Windows, Linux, Mac) Schnell erlernbare Programmiersprache, basierend auf Wiring (http://wiring.org.co/) Offene und Erweiterbare Software- Libraries auf Basis C++ Offene und Erweiterbare Hardware. Basierend auf Atmel s ATMega328P/2560 Mikrocontrollern

6 PC vs. Arduino PC Mainboard Systemtaktgenerator Arduino Board Erweiterungsbuchs für Shields, I/O Lin USB (Slave) Anschluss Stromanschluss Prozessor inkl. Flash, EEPROM, SRAM

7 Shields Ethernet-Shield Motor-Shield Prototype-Shield Rückmelder Servos Lichtsignale und I2C Bus Mittels Erweiterungsboards, sogenannten Shields, kann die Funktionalität des Board erweitert werden. Diese werden einfach in die Buchsenleiste des Arduino Board gesteckt und mittels entsprechender Software angesteuert. Es existieren eine Vielzahl von Shields, u.a. für Netzwerkanbindung mittels RJ45 / Ethernet Ansteuerung von Motoren (Lokomotiven). Ein Shield zum Abspielen von Sounddateien (u.a. MP3) z.b. Für Bahnhofsdurchsagen Schalten von 220V Verbrauchern Ein Prototypenshield für eigene Entwicklungen.

8 Arduino Prozessor ATMega328P High Performance, Low Power AVR 8-Bit Microcontroller Advanced RISC Architecture 131 Powerful Instructions Most Single Clock Cycle Execution 32 x 8 General Purpose Working Registers Fully Static Operation Up to 20 MIPS Throughput at 20 MHz On-chip 2-cycle Multiplier High Endurance Non-volatile Memory Segments 2K Bytes of In-System Self-Programmable Flash progam memory (ATmega48PA/88PA/168PA/328P) 256/512/512/1K Bytes EEPROM (ATmega48PA/88PA/168PA/328P) 512/1K/1K/2K Bytes Internal SRAM (ATmega48PA/88PA/168PA/328P) Write/Erase Cycles: 10,000 Flash/100,000 EEPROM Data retention: 20 years at 85 C/100 years at 25 C(1) Optional Boot Code Section with Independent Lock Bits In-System Programming by On-chip Boot Program True Read-While-Write Operation Programming Lock for Software Security Peripheral Features Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescaler and Compare Mode One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare Mode, and Capture Mode Real Time Counter with Separate Oscillator Six PWM Channels I/O and Packages 23 Programmable I/O Lines 28-pin PDIP, 32-lead TQFP, 28-pad QFN/MLF and 32-pad QFN/MLF

9 Physical Computing Physical Computing bedeutet im weitesten Sinne, interaktive, physische Systeme durch die Verwendung von Hardware und Software zu erstellen. Diese Systeme reagieren auf Ereignisse in der realen, analogen Welt und/oder wirken auf sie ein. Obwohl diese Definition auch auf automatische Verkehrskontrollsysteme zutrifft, wird sie in diesem Zusammenhang nicht verwendet. Unter Physical Computing werden Systeme verstanden, die sich mit der Beziehung zwischen dem Mensch und der digitalen Welt befassen. Der Begriff wird meistens für Projekte mit einem künstlerischen oder Designhintergrund oder für Do-it-yourself-Hobbyprojekte verwendet. Dabei werden Sensoren und Mikrocontroller verwendet, um analoge Eingaben Software-Anwendungen verfügbar zu machen und/oder elektromechanische Geräte, wie Motoren, Servos, Leuchtdioden oder andere Hardware steuern. Quelle:

10 Arduino - Einsatzgebiete In Kombination mit Wii Remote zur RC Steuerung Steuerung von CNC Fräsen und 3D Plotter Fahrtrichtungsanzeige für Radfahrer USB Host, zur Steuerung von USB Geräten

11 Arduino + Modelleisenbahn = Steuern Hardware Gestalten Sammeln

12 Arduino und Google AndroidAccessory acc("google, Inc.", "DemoKit", "DemoKit Arduino Board", "1.0", "http://www.android.com", " "); void setup() { Serial.begin(115200); Serial.print("\r\nStart"); acc.poweron(); } void loop() { byte msg[3]; if (acc.isconnected()) { Serial.print("Accessory connected. "); int len = acc.read(msg, sizeof(msg), 1); Serial.print("Message length: "); Serial.println(len, DEC); } delay(100); } Quelle:

13 Entwicklungsumgebung Arduino Compilieren UpLoad Die Entwicklungsumgebung wird benötigt um die Steuerungssoftware, sogenannte Sketches, zu compilieren und in die Boards zu laden (= UpLoad) Die Installation ist Ausführlich unter den folgenden Links beschrieben: Board: Arduino Duemilanove with ATmega328P einstellen (auch für UNO).

14 Entwicklungsumgebung Eclipse Alternativ kann Eclipse (www.eclipse.org) verwendet werden. Die Installation ist nicht ganz einfach und hier (http://www.arduino.cc/playground/code/eclipse) beschrieben.

15 VMware Umgebung Aktuelle Umgebung Arduino Umgebung für Projekt MicroSRCP PC Modelleisenbahnsteuerung (Server und Client) Installierte Programme und Daten Eclipse -Arduino - Java Umgebung Doku zum MicroSRCP Projekt Sourcen SRCP- Projekt

16 Arduino Programmiersprache Programm in AVR-GCC Beispiel aus der Arduino Entwicklungsumgebung Quelle: Referenz:

17 Übung 1 (Kennenlernen) Installiert die benötigte Software (Entwicklungsumgebung, Treiber) Schliesst das Arduino Board an den Computer an. Wählt unter File -> Examples -> Basic den Blink Sketch aus. Nach Compilieren und Upload, sollte das Led (auf jedem Board vorhanden) an Pin 13 Blinken.

18 Agenda 1. Teil Einleitung (Hardware, Entwicklungsumgebungen) Einfache Anwendungen (Steuerung von Servos, Led's, Motoren) Reagieren auf Externen Feedback (Sensoren) Arduinos vernetzen (I2C Bus) 2. Teil Arduino und die Aussenwelt (PC, Tablets, Smartphones, LAN etc.) Aufbau einer modularen Steuerung am Beispiel des MicroSRCP Projektes Anwendungsbeispiele

19 Ansteuerung von LED s int rot = 13; // LED Lichtsignal int gruen = 12; // Die setup() Methode, wird einmal beim // Start des Sketches durchlaufen void setup() { // verwende die nachfolgenden Pins als Output: pinmode(rot, OUTPUT); pinmode(gruen, OUTPUT); } // Die loop() Methode wird immer und immer aufgerufen, // solange das Board am Strom angeschlossen ist. void loop() { digitalwrite(gruen, HIGH); // freie Fahrt digitalwrite(rot, LOW); delay(1000); // 1ne Sekunde warten digitalwrite(gruen, LOW); // Stop digitalwrite(rot, HIGH); delay(1000); // 1ne Sekunde warten }

20 Digital Input

21 PWM - Pulsweitenmodulation Siehe:

22 Ansteuerung von Servo s // Sweep #include <Servo.h> Servo myservo; // Erstellt ein Servo Object zur Steuerung des Servos // Es können max. 8 Servo angeschlossen werden (Atmega128 = 48) int pos = 0; // Variable zur Speicherung der akt. Pos. des Servos void setup() { myservo.attach(9); // Servo dem Pin 9 zuweisen. } void loop() { for(pos = 0; pos < 180; pos += 1) // Servo vom linken zum rechten Anschlag { // in Schritten von 1 schalten myservo.write(pos); delay(15); // 15 Millissekunden warten } for(pos = 180; pos>=1; pos-=1) // Servo vom rechten zum linken Anschlag { // in Schritten von 1 schalten myservo.write(pos); delay(15); } }

23 Ansteuerung von Motoren // Motor Shield test// by NKC Electronics// Test Motor B int dirbpin = 12; // Fahrrichtung für Treiber B, Pin 12 int speedbpin = 9; // Geschwindigkeit für Treiber B, Pin 9 int speed = 200; int dir = 0; void setup() { pinmode(dirbpin, OUTPUT); } void loop() { digitalwrite(dirbpin, dir); // Fahrrichtung setzen analogwrite(speedbpin, speed); // Geschwindigkeit setzen dir = ((dir == 0)? 1 : 0); // Fahrrichtung ändern delay(3000); // 3 Sekunden warten }

24 Übung 2 (Standard-Beispiele) Sucht mindestens zwei der vorherigen Beispiele aus und probieren es aus. Die detaillierten Beschreibungen zu den Beispielen sind unter folgenden Link zu finden: c/books/arduino_notebook_v1-1.pdf

25 Agenda 1. Teil Einleitung (Hardware, Entwicklungsumgebungen) Einfache Anwendungen (Steuerung von Servos, Led's, Motoren) Reagieren auf Externen Feedback (Sensoren) Arduinos vernetzen (I2C Bus) 2. Teil Arduino und die Aussenwelt (PC, Tablets, Smartphones, LAN etc.) Aufbau einer modularen Steuerung am Beispiel des MicroSRCP Projektes Anwendungsbeispiele

26 Sensoren Sensoren erlauben es auf externe Meldungen zu reagieren und ermöglichen so automatisierte Abläufe. Arduino kann Analoge, Digitale, Serielle (RS-232C) und I2C Meldungen auswerten. Beispiele für Sensoren sind: Temperator-Sensor 2/3 Axis Sensor (analog Smartphones), Tilt-Sensor Licht-Sensor (Infrarot) Taster, Potentiometer, Push-Button, Reed-Kontakt, Joystick Hall Sensor (Metall-Detektor)

27 Sensoren am Beispiel von Reed-Kontakten

28 Vorgefertige Sensoren Arduino bietet mit den TinkerKit Komponenten ein Satz von vorgefertigen Sensoren, Hubs, Hubs für die einfache Verwendung von Sensoren ohne Löten. Mehr Informationen im Arduino Shop: index.php?main_page=inde x&cpath=16

29 Aufbau Übungsmodul Das Übungsmodel besteht aus einer Strecke mit einem Abstellgleis Die Strecke und das Abstellgleis bilden jeweils einen eigenen Stromkreis. Zwei (drei) Rückmelder (Sensoren) ermöglichen einen Pendelzugbetrieb Mittels einer Weiche mit Servo kann das Abstellgleis angesteuert werden. Ein Lichtsignal (mit 2 LED) erlaubt visuellen Feedback

30 Übung 3 (Pendelzug) Implementiert einen Pendelzugbetrieb (fahrt nach links, stopp, warten, fahrt nach rechts, stopp, warten) Dabei könnt Ihr wählen ob die Lokomotive nur auf der Hauptstrecke von links nach rechts fährt oder das Abstellgleis mit einbezogen wird. (ACHTUNG: Servo Library und Motor Shield Konkurenzieren sich gegenseitig, analogwrite auf Pin 3 für Servo Ansteuerung verwenden)

31 Agenda 1. Teil Einleitung (Hardware, Entwicklungsumgebungen) Einfache Anwendungen (Steuerung von Servos, Led's, Motoren) Reagieren auf Externen Feedback (Sensoren) Arduinos vernetzen (I2C Bus) 2. Teil Arduino und die Aussenwelt (PC, Tablets, Smartphones, LAN etc.) Aufbau einer modularen Steuerung am Beispiel des MicroSRCP Projektes Anwendungsbeispiele

32 Der I2C Bus In Wikipedia steht dazu (http://de.wikipedia.org/wiki/i%c2%b2c) I²C (für Inter-Integrated Circuit, meistens gesprochen als I-Quadrat-C oder englisch I-squared-C) ist ein von Philips Semiconductors (heute NXP Semiconductors) entwickelter serieller Datenbus. In Anbetracht der Datenmenge (ca. 6 Bytes pro Befehl beim MicroSRCP Projekt) und der Einfachheit ist dieser für die Steuerung ideal geeignet. Schwachstelle ist die Länge des Buses (ein paar Meter), aber beim Suchen im Internet stösst man auch auf Längen von 25 Metern und mehr.

33 Mehrere Boards verbinden der I2C Bus Die Arduino Boards besitzen Standardmässig einen I2C Bus. Für eine Verbindung von mehreren Boards muss lediglich eine gerade Verbindung von Pin 4 und Pin 5 gezogen werden, z.b. mit Drahtbrücken. Mittels den Sketchen master_reader und slave_sender kann die Verbindung getestet werden. Bei einer korrekten Verbindung wird im Seriellen Monitor des Boards mit dem Sketch master_reader das Wort hello ausgegeben.

34 Übung 4 (Pendelzug Modulübergreifend) Implementiert einen modulübergreifenden Pendelzugbetrieb (fahrt nach links, stopp, warten, fahrt nach rechts, stopp, warten). Dazu sind zwei Module und die Arduino mittels des I2C Bus zu vernetzen.

35 Agenda 1. Teil Einleitung (Hardware, Entwicklungsumgebungen) Einfache Anwendungen (Steuerung von Servos, Led's, Motoren) Reagieren auf Externen Feedback (Sensoren) Arduinos vernetzen (I2C Bus) 2. Teil Arduino und die Aussenwelt (PC, Tablets, Smartphones, LAN etc.) Aufbau einer modularen Steuerung am Beispiel des MicroSRCP Projektes Anwendungsbeispiele

36 Arduino und die Aussenwelt 1:1 Verbindungen Arduino - PC mittels USB Kabel (Seriell) Arduino - Android via Bluetooth Arduino - Android via USB (Arduino = USB Master) n:m Verbindungen Arduino WLAN Arduino - LAN

37 Arduino - PC mittels USB Kabel (Seriell) Die Firmata Standard Library stellt einen einfachen Weg dar, PC und Arduino mittels USB Kabel zu verbinden. Dazu kann der Sketch Standard_Firmata und das Testprogramm von n_page verwendet werden.

38 Arduino - Android via Bluetooth Mittels dem Projekt ome.html kann ein Android Handy via Bluetooth ein Arduino BT Board ansteuern. Nicht getestet!

39 Arduino - Android via USB Für das Zusammenspiel von Android und Arduino wurde das Arduino Mega ADK entwickelt. Dabei handelt es sich um ein Board basierend auf dem ATmega 2560 mit einem USB Host Controller. Google steuert ein Android SDK bei. Weitere Informationen: s/usb/adk.html Alternativ zum ADK Board kann folgender Shield verwendet werden: usb_host_shield_projects

40 Arduino WLAN WLAN Shields erlauben die Einbindung von Arduinos ins WLAN. Eine möglicher Shield befindet sich hier: php?title=asynclabswiki Aufgrund eigener Erfahrungen ist von dessen Verwendung abzuraten! Eine Mögliche Alternative befindet sich hier: ts_id/40411?oscsid=jpk0j4gqn02m20pbn8d73s ave3

41 Arduino - LAN Mit dem Arduino Ethernet Shield oder dem neuen Arduino Ethernet steht eine stabile Variante für die Einbindung von Arduinos ins LAN zur Verfügung. Unterstützt werden diese durch eine eigene Ethernet Library: thernet Ein Vielzahl von vorbereiteten Sketches runden das ganze ab: WebServer WebClient ChatServer TelnetClient

42 Netzwerk WebServer etc. Hardware 1 x Arduino 1 x Ethernet Shield Netzwerkkabel Anschlüsse RJ45-Anschluss Sketch WebServer

43 Übung 5 (Aussenwelt) Sucht eine Verbindungsmöglichkeit (ausser Bluetooth) aus und setzt diese um.

44 Agenda 1. Teil Einleitung (Hardware, Entwicklungsumgebungen) Einfache Anwendungen (Steuerung von Servos, Led's, Motoren) Reagieren auf Externen Feedback (Sensoren) Arduinos vernetzen (I2C Bus) 2. Teil Arduino und die Aussenwelt (PC, Tablets, Smartphones, LAN etc.) Aufbau einer modularen Steuerung am Beispiel des MicroSRCP Projektes Anwendungsbeispiele

45 Die MicroSRCP Steuerung PC Software RocRail Die MicroSRCP Steuerung baut auf den vorgängig vorgestellten Komponenten auf. Der Unterschied besteht darin, dass nicht mehr selber programmiert werden muss, sondern auf vorgefertigte Sketches zurückgegriffen werden kann. In Kombination mit einem Board übernimmt jedes Sketch eine bestimmte Aufgabe. Die Verbindung zwischen den Boards wird mittels dem I2C Bus herstellt. Die Verbindung Boards mit dem Computer wird mittels dem SRCP-Protokoll hergestellt.

46 Das SRCP Protokoll Das SRCP Protokoll ist u.a. unterteilt in folgende Gerätegruppen GL Generic Loco Lokomotiven GA Generic Accessoire - Zubehör z.b. Signal, Weiche FB Feed Back Rückmelder, Sensor SM Service Mode zum setzen von Konfigurationsvariablen (CV's). POWER Energieversorgung SERVER SRCP Server SESSION SRCP Clientsession Jedes Board dient zur Steuerung eines oder max. zwei Gerätegruppen. Es existieren im Moment folgende MicroSRCP Boards bzw. Sketches: SRCPServer implementiert den eigentlichen SRCP Server, dient als Schnittstelle zwischen Computer und dem I2C Bus. SRCPGASlave dient zur Steuerung von Zubehör (GA) und zur Abfrage von Rückmeldern (FB) SRCPWaveSlave spielt Sounddateien ab. Jede Sounddatei entspricht einem GA Gerät. SRCPGLSlave dient zur Steuerung von analogen Lokomotiven (GL) SRCPDCCSlave erzeugt ein DCC Signal womit digitale Lokomotiven (GL), Weichendecoder (GA) angesprochen werden können (auch Booster genannt)

47 Die Sketches Pro Type eines Boardes existiert ein Sketch, u.a.: SRCPGASlave Steuerung für Servos, Lichtsignale, Rückmelder SRCPGLSlave Steuerung für 2 analoge Stromkreise SRCPWaveSlave Wiedergabe von Sounds SRCPDCCSlave DCC Booster SRCPServer SRCP Zentrale Weitere Informationen stehen im Sourcecode.

48 Die Zentrale Die Zentrale besteht aus einen Arduino mit Ethernet Shield. Darauf wir der Sketch SRCPServer geladen. Strom, TCP/IP und I2C Kabel anschliessen fertig! Details zum Board

49 Steuerung von Lokomotiven Ein Arduino D. oder kompatibles Board Arduino Motor Shield Um Analoge Loks zu steuern wird der Arduino Motor Shield mit dem Sketch SRCPGLSlave verwendet Der Motor Shield hat eine Ausgangleistung von 2 x 2 Ampere, genügend um ein paar Lokomotiven zu steuern. Details zum Board

50 Steuerung von Servos, Lichtsignalen, Rückmelder (1) Ein Arduino D. oder kompatibles Board Arduino Proto Shield als Ausgangsplatine Hier gibt es leider ein fertiges Board aber mit ein paar Lötarbeiten ist dieses einfach herzustellen. Der Sketch SRCPGASlave ist ausgelegt auf 6 Servos, 2 Lichtsignale und 7 (8) Rückmelder. Um diese anzuschliessen verwende ich einfache Crimp Stecker. Der Layout ist auf dem folgenden Slide ersichtlich. Details zum Board

51 Steuerung von Servos, Lichtsignalen, Rückmelder (2) Mein Board Rückmelder Servos Lichtsignale und I2C Bus Die Belegung der Pins ist wie folgt: Digital 0 5 für Servos (mit eigener Stromquelle versorgen!) Digital 6 12 (13 ist leider von einer LED belegt) für Rückmelder Analog 0 4 für Lichtsignale ACHTUNG: Relais, Lichtsignale mit Glühlampen nicht direkt anschliessen, zerstört den Microcontroller!

52 Übung 6 (SCRP) Ladet den Sketch der Zentrale und steuert diesen mittels der Seriellen Console. Die detaillierten Beschreibungen zu den Beispielen findet Ihr unter oc/microsrcp_t0_91.pdf

53 Agenda 1. Teil Einleitung (Hardware, Entwicklungsumgebungen) Einfache Anwendungen (Steuerung von Servos, Led's, Motoren) Reagieren auf Externen Feedback (Sensoren) Arduinos vernetzen (I2C Bus) 2. Teil Arduino und die Aussenwelt (PC, Tablets, Smartphones, LAN etc.) Aufbau einer modularen Steuerung am Beispiel des MicroSRCP Projektes Anwendungsbeispiele

54 RocRail RocView (PC) iroc (IPhone) androc (Android) Die nachfolgenden Beispiele bauen auf RocRail auf. Bei RocRail handelt es sich um eine Client/Server Modelleisenbahnsteuerung. Nach Starten des Servers (RocRail) kann sich eine Vielzahl von Clients (RocView, androc, iroc) mit diesem Verbinden.

55 Steuerung einer analogen Modelleisenbahnanlage androc auf Android Tablet Statt Lokomotiven sind die Stromkreise erfasst und können so einzeln gesteuert werden. Weichen und Rückmelder können wie im Digitalbetrieb angesteuert werden. Einfache Schaltungen wie Pendelzugbetrieb sind möglich.

56 Arduino als SRCP Server in RocRail einrichten Den Rocrail-Eigenschaften-Dialog öffnen zum Reiter Zentrale wechseln, die Virtuelle Zentrale markieren und durch Klick auf Entfernen löschen. Nun die SRCP Zentrale über das Auswahlfeld Neu unten im Dialog wählen und auf Hinzufügen klicken. Bei Schnittstellenkennung Arduino und beim Hostnamen die Arduino IP-Adresse eingeben, den Rest auf Standardwerte belassen.

57 Hauszentrale androc auf Android Tablet Grundsätzlich kann RocRail alle Arten von Schaltern, Motoren ansteuern und beliebige Sensoren auswerten. Dank diesem Umstand kann es zu einer kleinen Hauszentrale umgebaut werden.

58 Digitale Modelleisenbahnsteuerung Auswahl von Lokdecodern Bei einer Digitalen Steuerung besitzt jede Lokomotive einen Decoder und ist so einzeln ansprechbar. Die Lokomotive mit ihrer Adresse wird in RocRail hinterlegt. Blöcke, Rückmelder und optional Fahrpläne ermöglichen einen automatischen Betrieb wie beim Vorbild. Mehr Informationen dazu:

59 Digitale (DCC) Steuerung (1) Ein Arduino D. oder kompatibles Board Arduino Motor Shield als DCC Booster Mit DCC steht ein standardisiertes Protokoll zur Steuerung von Lokomotiven und Zubehör zur Verfügung. Allerdings braucht es dazu separate Decoder, welche ausserhalb dieses Projektes liegen. Die Ansteuerung der Decoder ist, dank der Vorarbeiten im OpenDCC Projekt, aber einfach. Dazu wird der Sketch SRCPDCCSlave, ein Arduino und ein modifizierter Motor Shield benötigt. Link zum Board (2. Link = aktuelles und verwendetes Board)

60 Digitale (DCC) Steuerung (2) SN Verbindungen zu Pins 9 und 10 auf Shield durchtrennen (oben und unten) Pin 10 neu mit Pin 8 und 11 von IC4 Verbinden Pin 9 neu mit Pin 3 und 6 von IC4 Verbinden DCC Signal Pin 13 mit dem rechten Anschluss des Widerstandes R5 Verbinden Pin 12 mit dem rechten Anschluss des Widerstandes R6 Verbinden Um das DCC Signal zu Verstärken braucht es Änderungen am Motor Shield. Hauptsächlich geht es darum, dass das PWM Signal nicht an die Anschlüsse 1-2EN und 3-4EN sondern an 1-4A, des Motortreiberchips (SN754410) geführt werden. Dazu muss der IC4 entfernt und ein paar Drahtbrücken gelegt werden, die Detail stehen oben. Wurde alles Ordnungsgemäss durchgeführt steht am oberen Motoranschluss das DCC Signal zur Verfügung. Der zweite Motoranschluss ist für das Programmgleis reserviert und im Moment ohne Funktion. ACHTUNG: Externe Stromquelle (=> 12V) anschliessen, bevor der Motoranschluss mit Gleis verbunden wird!

61 Übung 7 (Anwendungsbeispiele) Installiert RocRail, baut einen SRCPServer mit SRCPGASlave (optional) und SRCPGLSlave auf. Steuert die Anlage mittels RocRail. Die detaillierten Beschreibungen zu den Beispielen sind hier: oc/microsrcp_t0_91.pdf

62 Ein Wort zum Schluss Es handelt sich hier um ein sehr junges Projekt, dass von einer Person (mir) erstellt wurde. Bitte nur Fragen zum microsrcp Projekt im Forum stellen, meine Zeit ist sehr begrenzt und die Antwort kann dauern! Für alle anderen Fragen rund um Arduino gibt ein ausgezeichnetes Mehrsprachiges Forum unter:

63 Lösungen Übung 2

64 Lichtsignal (Led s) (1) Rückmelder Servos Lichtsignale und I2C Bus Hardware 1 x Arduino 1 x Arduino Prototyp Platine 1 x Lichtsignal (oder 2x Led) Anschlüsse Lichtsignal an Pin 14 und 15 (Analog 0 und 1), gemeinsamer Leiter an +5V Sketch Aufbauend auf Beispiel Blink

65 Lichtsignal (Led s) (2) Rückmelder Servos /* Blink Turns on an LED on for one second, then off for one second, repeatedly. This example code is in the public domain. */ void setup() { // initialize the digital pin as an output. // Pin 13 has an LED connected on most Arduino boards: pinmode(14, OUTPUT); pinmode(15, OUTPUT); } void loop() { Lichtsignale und I2C Bus } digitalwrite(14, HIGH); digitalwrite(15, LOW); delay(1000); digitalwrite(14, LOW); digitalwrite(15, HIGH); delay(1000); // set the LED on // set the LED on // wait for a second // set the LED off // set the LED off // wait for a second

66 Servo (1) Rückmelder Servos Lichtsignale und I2C Bus Hardware 1 x Arduino 1 x Arduino Prototyp Platine 1 x Servo Anschlüsse Servo an Pin 2-5 (weisses Kabel W = gegen Pin) Sketch Sweep

67 Servo (2) kombiniertes Board Hardware 1 x Arduino 1 x Arduino Motor Shield 1 x Servo Anschlüsse Servo an Pin 9 oder 10 (weisses Kabel W = an Pin S) Sketch Sweep

68 Servo (2) Rückmelder Servos #include <Servo.h> Servo myservo; // create servo object to control a servo // a maximum of eight servo objects can be created int pos = 0; // variable to store the servo position void setup() { myservo.attach(5); // attaches the servo on pin 9 to the servo object } Lichtsignale und I2C Bus void loop() { for(pos = 0; pos < 180; pos += 1) // goes from 0 degrees to 180 degrees { // in steps of 1 degree myservo.write(pos); // tell servo to go to position in variable 'po delay(15); // waits 15ms for the servo to reach the positi } for(pos = 180; pos>=1; pos-=1) // goes from 180 degrees to 0 degrees { myservo.write(pos); // tell servo to go to position in variable 'po delay(15); // waits 15ms for the servo to reach the positi } }

69 DC Motoren (1) Freeduino Motor control shield KIT for Arduino Hardware 1 x Arduino mit Netzteil!!! 1 x Motorentreiber DC Motor (z.b. Lokomotive) Anschlüsse Motor 1: Pin 9 Geschwindigkeit, Pin 12 Fahrrichtung, an Stecker rechts Sketch - Siehe Folie Ansteuerung von Motoren

70 DC Motoren (2) Motor Control v1.1 Hardware 1 x Arduino mit Netzteil!!! 1 x Motorentreiber DC Motor (z.b. Lokomotive) Anschlüsse Motor 1: Pin 10 Geschwindigkeit, Pin 12 Fahrrichtung, an Stecker links Sketch - Siehe Folie Ansteuerung von Motoren

71 DC Motoren (3) Sensoren (Pin 14-17) I2C Bus Hardware 1 x Arduino mit Netzteil!!! 1 x Motorentreiber DC Motor (z.b. Lokomotive) Anschlüsse Servo s an Pin 9 und 10 Motoren ansteuern via AF_Motor Library Sensoren Pin I2C Bus Sketch

72 Lösungen Übung 3

73 Pendelzug (1) Hardware 1 x Arduino mit Netzteil!!! 1 x Motorentreiber 1 x Prototyp Platine DC Motor (z.b. Lokomotive) Anschlüsse Motor 1: Pin 9 Geschwindigkeit, Pin 12 Fahrrichtung, an Stecker rechts Sensoren Pin 6 und 7 Sketch - Siehe nachfolgende Folien

74 Pendelzug (2) int dirbpin = 12; // Fahrrichtung für Treiber B, Pin 12 int speedbpin = 9; // Geschwindigkeit für Treiber B, Pin 9 int sensora = 6; // Analog Pin 2 - Sensor Haltepunkt A int sensorb = 7; // Analog Pin 3 - Sensor Haltepunkt B int speed = 120; void setup() { pinmode(dirbpin, OUTPUT); // steuert die Fahrtrichtung pinmode( sensora, INPUT ); // Sensoren A und B als Input pinmode( sensorb, INPUT ); digitalwrite( sensora, HIGH ); // Interne Widerstände setzen digitalwrite( sensorb, HIGH ); } void loop() { digitalwrite(dirbpin, 0); // Vorwaerts analogwrite(speedbpin, speed); // Geschwindigkeit while ( 1 ) // Loop bis SensorA aktiviert wird { if ( digitalread( sensora) == 0 ) // Sensor ist gegen GND geschaltet break; delay( 10 ); } analogwrite(speedbpin, 0); // Stop delay(1000); // 1 Sekunden Wartezeit digitalwrite(dirbpin, 1); // Rueckwaerts analogwrite(speedbpin, speed); // Geschwindigkeit while ( 1 ) // Loop bis SensorA aktiviert wird { if ( digitalread( sensorb) == 0 ) // Sensor ist gegen GND geschaltet break; delay( 10 ); } analogwrite(speedbpin, 0); // Stop delay(1000); // 1 Sekunden Wartezeit }

75 Pendelzug (3) Hardware 1 x Arduino mit Netzteil!!! 1 x Motorentreiber DC Motor (z.b. Lokomotive) Anschlüsse Servo s an Pin 9 und 10 Motoren ansteuern via AF_Motor Library Sensoren Pin I2C Bus Sketch Siehe nachfolgende Folien

76 Pendelzug (4) #include "AFMotor.h" int sensora = 14; // Analog Pin 0 - Sensor Haltepunkt A int sensorb = 15; // Analog Pin 1 - Sensor Haltepunkt B AF_DCMotor motor( 1 ); // void setup() { pinmode( sensora, INPUT ); // Sensoren A und B als Input pinmode( sensorb, INPUT ); digitalwrite( sensora, HIGH ); // Interne Widerstände setzen digitalwrite( sensorb, HIGH ); } void loop() { motor.run( FORWARD ); motor.setspeed( 120 ); while ( 1 ) // Loop bis SensorA aktiviert wird { if ( digitalread( sensora ) == 0 ) // Sensor ist gegen GND geschaltet break; delay( 10 ); } motor.run( RELEASE ); delay( 1000 ); // 10 Sekunden Wartezeit motor.run( BACKWARD ); motor.setspeed( 120 ); } while ( 1 ) // Loop bis SensorA aktiviert wird { if ( digitalread( sensorb ) == 0 ) // Sensor ist gegen GND geschaltet break; delay( 10 ); } motor.run( RELEASE ); delay( 1000 ); // 10 Sekunden Wartezeit

77 Lösungen Übung 4

78 I2C Bus Hardware 2 x Arduino oder Seeeduino Mega 2adriges Kabel Anschlüsse I2C Bus (SCL und SDA) Sketch master_reader und slave_sender und umgekehrt Ausgabe in Console von Master

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