Praktikum Informationsverarbeitung

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1 Praktikum Informationsverarbeitung Lehrstuhl für Datenverarbeitung Prof. Dr.-Ing. Klaus Diepold Dipl.-Ing. Johannes Feldmaier

2 Hallo! seit September 2011 daedalus Affective Computing Machine Learning & Robotics Johannes Feldmaier Raum: Z947 Tel.:

3 Agenda Ablauf des Praktikums Zeitplan Aufgabenstellung Themen und Ziele Verwendete Komponenten Gruppeneinteilung Dokumentation Projektplan Definition, Inhalt 3

4 Ablauf des Praktikums Theorieteil Mikrocontroller Grundlagen Reglerentwurf (ITK) Dokumentation Praxisteil Inbetriebnahme Auslesen der Sensordaten Höhenregelung Querreglung Abschlusspräsentation Kreisflug 4

5 Zeitplan 1/2 Termin Zeit Inhalt Einführung & Zusammenstellen der Teams :00 17:00 Uhr Demonstration der Hardware Plattform Einführung Arduino Inbetriebnahme Hardware Plattform :00 17:00 Uhr Auslesen der Sensorwerte Transformation der Sensordaten Moving-Average der Barometerwerte :00 17:00 Uhr Ansteuern der Motoren mit PWM Befestigen der Gondeln am Ballon :00 18:00 Uhr Teamarbeit: Flugversuche und Höhenregelung :00 18:00 Uhr ITK Modell- & Regler-Entwurf :00 18:00 Uhr ITK: Regelungstechnik in 120 min :00 18:00 Uhr Pfingstferien 5

6 Zeitplan 2/2 Termin Zeit Inhalt Integration von PID-Reglern :00 18:00 Uhr Integration Kalman Filter Integration Fernsteuerung :00 18:00 Uhr Teamarbeit: Querregelung und Geradeausflug :00 xx:00 Uhr Einführung Kreisflug :00 xx:00 Uhr Teamarbeit: Kreisflug :00 xx:00 Uhr Vorbereitung Abschlusspräsentation :00 16:00 Uhr Abschlusspräsentation :00 18:00 Uhr Nacharbeiten 6

7 Bewertungssituationen Abschlusspräsentation Abschlussbericht (Dokumentation und Wiki-Seite) Kurzaufgaben Funktionalität Funktion der Hardware Fernsteuerung, Motoransteuerung Höhenregelung, Längsregelung und Kreisflug GIT Aktivität Gesamtergebnis Gesamteindruck, Arbeitsweise, Anwesenheit 7

8 Lehrstuhl für Datenverarbeitung Die Mission Bau einer Luftschiff-Gondel Programmierung der Steuerung 8

9 Das Szenario Ein Miniatur-Luftschiff soll autonom einen vorgegebenen Kurs fliegen Das Team hat während der Mission keinen Zugriff auf das Steuerungssystem des Luftschiffes Es können nur die Inertialsensoren an Board des Luftschiffes zur Bestimmung der Position verwendet werden. 9

10 Der Steuerkurs Start Ziel y x 10

11 Randbedingungen 1/2 Die Durchführung der Mission erfolgt vollständig autonom (bis auf den Start des Luftschiffes). Es wird ein Start- und ein Ziel-Bereich vorgeben in dem das Luftschiff starten bzw. sich am Ende der Mission befinden muss. Eine drahtlose Telekommunikationsverbindung zwischen einer möglichen Basisstation und Luftschiff ist erlaubt. 11

12 Randbedingungen 2/2 Das Luftschiff darf während der gesamten Mission nicht tiefer als 0.75 m und nicht höher als 2 m fliegen. Die Dauer eines Durchlaufs zum Absolvieren der Mission beträgt maximal 15 Minuten. Nach dieser Zeit wird der Durchlauf abgebrochen. Es sind zwei Durchläufe erlaubt. Mögliche Störungen durch externe Faktoren sind im Vorfeld zu berücksichtigen (z.b. Zugluft) 12

13 Lehrstuhl für Datenverarbeitung LDVrotor Multiwii SE 2.5 ATmega 328P Arduino kompatibel InvenSense MPU6050 Gyroskop Beschleunigung Honeywell HMC5883L Magnetometer Bosch BMP085 Barometer 13

14 Demo 14

15 Was kann ich gut? START ENDE min Programmieren? Basteln? Löten? Präsentieren? Dokumentieren?... Warum wird in Gruppen gearbeitet? Weil die Aufgaben von einer Person allein nicht bewältigt werden können und weil im Idealfall im Ergebnis mehr erreicht wird, als es die Addition der individuellen Kenntnisse, Fähigkeiten und Fertigkeiten erwarten ließe. 15

16 Gruppeneinteilung 3 Teams à 5 Mitglieder Interessen und Kompetenzen abstimmen Wer programmiert gerne? Wer bastelt gerne? Wer präsentiert gut? Wer kann gut dokumentieren?... Teamnamen und Mitglieder per an 16

17 Dokumentation Anmeldung mit VornameNachname Menü > Education (erst nach Login) > Projektpraktikum > SoSe 15 > TeamName 1-3 Jedes Team eine eigene Seite Dokumentation als ein Teil der Prüfung 17

18 - Pause - START ENDE min 15 min! Austausch der Kontaktdaten innerhalb der Gruppe! Anmeldung am Wiki-System! Erstellen der Team Homepage 18

19 Lehrstuhl für Datenverarbeitung Einführung Arduino Soft- und Hardware bilden sog. Physical-Computing-Plattform Open Source (HW + SW) Entwickelt von Massimo Banzi und David Cuartielles (2005) Die ersten 50 Arduinos gingen an eine Schule 19

20 Lehrstuhl für Datenverarbeitung Arduino UNO Herzstück ist natürlich der Mikrocontroller (Atmega 328p) EEPROM 1KB, SRAM 2KB, Flash Memory 32KB Taktfrequenz 16Mhz USB-Anschluss, 14 digitale I/O Ports (6 PWM fähig), 6 Analoge Eingänge I2C und SPI Schnittstelle Generell 5V Betriebsspannung 20

21 21

22 Arduino IDE Preprocess C/C++ Compiler avr-gcc Arduino libraries Linker Binutils bin/hex-datei Upload avrdude 22

23 Beispielprogramm /* Blink Turns on an LED on for one second, then off for one second, repeatedly. */ // Pin 13 has an LED connected on most Arduino boards. Give it a name: int led = 13; // the setup routine runs once when you press reset: void setup() { // initialize the digital pin as an output. pinmode(led, OUTPUT); } // the loop routine runs over and over again forever: void loop() { digitalwrite(led, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level) delay(1000); // wait for a second digitalwrite(led, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW delay(1000); // wait for a second } Beschreibung Definitionen Setup Hauptschleife 23

24 Hausaufgabe! Arduino IDE installieren! Python installieren! PyQT4 installieren 24