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Benutzer:Florian

2010-11-15T12:18:56Z

Florian: /* Florian Wolling */

Wunschthemen

2006-10-15T14:54:51Z

Florian: /* Meine Wunschthemen */

Auf dieser Seite kann '''jeder''' Themen nennen, die er sich in diesem Wiki wünschen würde. Die Seite dient Usern, die gerne was schreiben möchten, als Anregung. Hat jemand ein entsprechendes Thema erstellt, kann er es auch aus dieser Liste wieder streichen.

==Meine Wunschthemen==

'''Allgemeines'''
* Spracherkennung
* [[Schaltung AVR-Digitizer]] um Videobild mit AVR zu digitalisieren und auszuwerten oder per Funk zu übertragen

'''Programmierung'''
* [[Network_Controller/PC_RS232_mit_Windows|Ansprechen der RS232 Schnittstelle mit gängigen Programmiersprachen]]
* Pda und PPC steuerung über CF und MMC slot
* [[GCC]] Einführung mit Beispielen (welche Beispiele? Benutzung von GCC? (Optionen, ...)?, Programmbeispiele (also [[C-Tutorial]])?), für spezielle Maschinen oder Derivate? ANSI-C? Was fehlt in den [[:Kategorie:Quellcode C|C-Beispielen]]?)
* Mehr C Tutorials wie bei Bascom für LCDs,....
* C-Control 2 Tutorial
* PIC16F... Programmierung mit dem Go Embedded Pascal-Compiler
* PIC18F... Einführung

'''Hardware'''
* CNY70
* CNY70 als Liniensensor (analoge / digitale Auswertung)
* Serielles AVR-ISP Programmierkabel
* USB-ISP Programmieradaper
* Schnittstellen Übersicht (Es sollten alle gängigen Schnittstellen mit Vorteilen, Nachteilen etc. aufgelistet werden, damit man für jede zu bewältigende Aufgabe die am besten geeignete Schnittstelle wählen kann)
* Sensor für die Geschwindigkeitsmessung
* JTAG mit AVRs

==Ich würde mir den weiteren Ausbau folgender Artikel wünschen==
* [[C-Tutorial]]
* [[Navigation]]
* [[Transistor]] (noch ein paar Bilder und vielleicht Grundschaltungen mit Beschreibung wären toll
* [[Avr-gcc|Dokumentation zu avr-gcc]]
* [[Arm]] Microcontroller
* [[GPS]] - Aufbau und Anwendung
* [[SPI]] - Vielleicht noch Beispiele
* [[Portexpander am AVR]] könnte nen BASCOM-Teil vertragen
* [[Manchester- Codierung]] - noch ein Programmbeispiel wäre toll
* [[JTAG]]
* [[Megaload]]

==Folgende erscheinen noch recht unvollständig und sollten von einem User der in dem Bereich kundig ist, ergänzt werden==
* [[Codevergleich AVR-Compiler|Vergleich der erzeugten Codes von AVR-Compilern]] (avr-gcc, Bascom, evtl. FastAVR, IAR-Compiler, Keil, etc.)
:: Bislang fehlt ein Bascom-Teil

* [[CAN]]
:: Ich würde mir CAN-Beispiel mit 2 AVRs wünschen

* [[Solarzellen]]
:: Ein Schaltplan eines Ladereglers fehlt im Artikel noch

* [[GNU Assembler|AVR Assembler (GNU) Einführung]]:

* [[Zahnrad]]

*[[Platinenherstellung]]
::Hier sind die Bilder vom Autor abhanden gekommen. Kann vielleicht jemand, der sich damit auch auskennt, Ersatzbilder einbauen?
* [[Flipflop]]

== Bereits erfüllte Wünsche ==
* stellenanzeigen-forum ->Gibt es bereits hier http://www.roboternetz.de/phpBB2/viewforum.php?f=29
* Filter (Hardware/Software) -> Wurde hier angelegt [[Filter (Elektronik)]]
* [[Roboterwettbewerbe]]
* Motortreiber (Einsteigerguide) -> [[Getriebemotoren Ansteuerung]]

[[Kategorie:RN-Wissen]]

Wunschthemen

2006-03-01T15:39:34Z

Florian: /* Meine Wunschthemen */

Auf dieser Seite kann '''jeder''' Themen nennen, die er sich in diesem Wiki wünschen würde. Die Seite dient Usern die gerne was schreiben möchten als Anregung. Hat jemand ein entsprechendes Thema erstellt, kann er es auch aus dieser Liste wieder streichen.

==Meine Wunschthemen==

* Filter (Hardware/Software)
* LCD Programmierung in C
* C-Control 2 Tutorial
* Serielles AVR-ISP Programmierkabel
* PIC18F... Einführung
* RoboShark der faszinierende Roboter-Hai aus der BBC-Reportage
* GCC Einführung mit Beispielen
* [[Schaltung Avr-Digitizer]] um Videobild mit Avr zu digitalisieren und auszuwerten oder per Funk zu übertragen
* Anleitung für ds Tonertransververfahren (LaserToner auf Platine Büglen)
* Bau einer Ätzküvette
* PIC16F... Programmierung mit dem Go Embedded Pascal-Compiler
* Ansprechen der RS232 Schnittstelle mit gängigen Programmiersprachen
* Vergleich der erzeugten Codes von AVR-Compilern ([[avr-gcc]], [[Bascom]], evtl. FastAVR, IAR-COmpiler, etc)
* Pda und PPC steuerung über CF und MMC slot

==Ich würde mir den weiteren Ausbau folgender Artikel wünschen==
* [[C-Tutorial]]
* [[Sourcevergleich|Bascom / C / Assembler Sourcevergleich]]
* [[Navigation]]
* [[Transistor]] (noch ein paar Bilder und vielleicht Grundschaltungen mit Beschreibung wären toll
* [[Roboterwettbewerbe]]
* [[Avr-gcc|Dokumentation zu avr-gcc]]
* [[Arm]] Microcontroller
* [[GPS]] - Aufbau und Anwendung
* [[SPI]] - Vielleicht noch Beispiele
* [[Manchester- Codierung]] - noch ein Programmbeispiel wäre toll
* [[JTAG]]
* [[Megaload]]

==Folgende erscheinen noch recht unvollständig und sollten von einem User der in dem Bereich kundig ist, ergänzt werden==
* [[CAN]]
:: Ich würde mir CAN Beispiel mit 2 AVR´s wünschen

* [[Solarzellen]]
:: Ein Schaltplan eines Ladereglers fehlt im Artikel noch

* [[GNU Assembler|AVR Assembler (GNU) Einführung]]

Sensorarten

2005-11-25T05:41:18Z

Florian: /* Sharp Infrarotsensoren */

==Welche Sensorarten gibt es==
Damit sich ein Roboter in seiner Umgebung bewegen kann, ohne an Hindernisse anzustoßen, und damit er ein Ziel finden und ansteuern kann, muß er irgendwie seine Umwelt "wahrnehmen".
Hauptanwendung für diese Informationen aus der Umwelt ist die [[Navigation]]

==Bumpers==
Als Bumpers bezeichnet man eine Art Stoßstange, die einen Mikro-Switch auslöst.

http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/microschalter.jpg

Die Auswertung erfolgt am besten digital an einem Pin mit Pull-up Widerstand. Man kann den Eingang pollen (abfragen), aber auch einen Interrupt auslösen lassen. -->

==Whiskers (Fühler)==
Das sind flexible Kunststoff-Streifen von ca. 10 cm Länge, eigentlich für Datenhandschuhe vorgesehen. Aber man kann sie auch als Fühler einsetzen, und daher auch für die Kollisions-Sensorik verwenden. Beim Verbiegen steigt der Widerstand an.

http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/flexs_200.jpg

Um zu messen, wird mit einem zweiten Widerstand ein Spannungsteiler aufgebaut, der dann mit einem Analog-Eingang einen Grad der Verbiegung erkennen läßt. -->

==Incremental-Geber==
Dienen zur Erfassung von Drehzahl bzw. der Messung von Wegstrecken
===Drehgeber Sharp GP1A30===

<center> http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/gp1a30.jpg </center>

Beim Sharp GP1A30 handelt es sich um eine Gabellichtschranke mit inkrementaler Drehgeberfunktion. Im Gegensatz zu herkömmlichen Gabellichtschranken können mit dieser sowohl Drehzahl als auch Drehrichtung ermittelt werden. Notwendig sind dafür nur 2 digitale Ports. Verzichtet man auf die Auswertung der Drehrichtung, reicht nur ein Port.
Der Sensor hat den Vorteil das die Signale bereits TTL kompatibel sind und direkt an ein Controllerboard angeschlossen werden können. Ein Beispielprogramm zu [[RN-Control]] findet man hier

* [[Beispiel Drehzahlmessung mit RN-Control]]
<center>
http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/GP1A30.gif
</center>
Die Auswertung inkrementaler Drehgeber ist recht einfach. Ein Ausgang liefert einen Impuls pro Markierung (Scheibe auf der Welle). Prüft man bei jedem Impuls (Flanke) noch gleichzeitig den aktuellen Pegel des zweiten Ausganges, so kann daraus die Drehrichtung abgeleitet werden.

Der Signalverlauf an den Sensorausgängen ist phasenversetzt:
<center>
http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/inkremental1.gif
</center>

==Optische Sensoren==
===Helligkeit===
!!! Anwendung
Die Hauptanwendung solcher Sensoren ist, den hellsten Fleck im Raum zu finden.
Dies ist auch Teil vieler Roboterwettbewerbe. (Robo Callenge (2002 sic!), 'Ein Platz an der Sonne')

Solche Sensoren können einfache [[LDR]]s oder [[Photodioden]] bzw. [[Phototransistoren]] sein.
LDRs haben den Vorteil, dass sie relativ hoch aussteuern, der große Nachteil ist aber, dass diese Sensoren ziemlich Wärmeempfindlich und etwas träge.
Photodioden und Phototransistoren aheb den Vorteil, dass sie sehr genau sind, aber nicht besonders hoch aussteuern. Diese sollte man evtl. über einen OpAmp verstärken.

http://www.alscomposants.com/boutique/images_produits/vMPY7P510.jpg

Ein Typischer LDR, der LDR07

http://www.diotronic.com/images/productos/optoelectronica/bpw42.jpg

Der BPW42, ein typischer Phototransistor.

Dioden kenne ich jetzt keine in dem Farbbereich.

Die Suche nach dem Hellsten Fleck im raum ist wie ich finde ein gutes Einsteigerthema!

'-by tobimc-'

===Distanzsensor IS471F===

IS471F - Hindernisserkennung mit Infrarot Distanzsensor

Das hier vorgestellte IC IS471F erlaubt eine einfach und sogar recht preisgünstige Hinternisserkennung per Infarot. Dazu muß im wesentlichen nur noch eine Infrarot-Diode an das IC angeschlossen werden. Das modulierte Licht wird von einem Gegenstand direkt auf das IC zurückgeworfen und somit das Hinterniss erkannt. Tageslicht/Fremdlicht stört den IS471 überhaupt nicht, da das Licht mit einer bestimmten Frequenz moduliert wird.

http://www.roboternetz.de/bilder/IS471_grundschaltung.jpg

Der normale Schaltungsaufbau sieht also wie oben abgebildet aus!
Das englische Datenblatt findet man im Roboternetz-Download-Bereich

Die normale Reichweite ist in gewissen Grenzen abhängig von der Farbe des Hinternisses. In der Regel reicht es jedoch durchaus einige cm so das langsame Roboter durchaus sehr gut damit zurecht kommen. Durch besonders helle Infrarot LED´s und durch zusätzlich LED-Fassungen kann man die Reichweite erhöhen. Wem das noch nicht reicht, der kann über einen zusätzlichen Transistor die Strahlungsleistung der LED noch weiter erhöhen.
<center>
http://www.roboternetz.de/bilder/IS471_IRSchalter.jpg

http://www.roboternetz.de/bilder/mehrereis471.gif
</center>

===Sharp Infrarotsensoren===

Sharp hat eine ganz interessante Serie von Bausteinen herausgebracht mit denen ein Roboter sogar recht genau Entfernungen messen kann. Das Messergebnis ist nahezu unabhängig von der Farbe und Helligkeit des gemessenen Objektes. Die Ansteuerung ist sehr einfach, der Sensorausgang kann zum Beispiel direkt an einen analogen Eingang eines Mikrocontrollers angeschlossen werden. Die Sensoren sind unter den Roboter-Bastlern weit verbreitet.
Bei vielen Händlern erhältlich kosten die Sensoren derzeit je nach Typ und Händlerspanne zwischen 13 bis 25 Euro. 
<center>
http://www.roboternetz.de/bilder/gp2d12-nb.jpg
</center>

Oft werden selbst in kleinen Roboter-Projekten mehrere dieser Sensoren genutzt da sie nur einen äußerst engen Erfassungsbereich haben. Sie eignen sich daher sehr gut zur Vermessung einer Umgebung, insbesondere dann wenn Sie drehbar auf einem Servo montiert werden. Als Kollisionsschutz sind sie wegen dem engen Winkel nur bedingt geeignet, zu diesem Zweck eignen sich zum Beispiel Ultraschallsensoren besser.
Das Funktionsprinzip der Sensoren ist einfach. Der Sensor besteht aus Sender und Empfänger. Der Sender sendet einen Infrarot-Strahl aus, der vom Hindernis reflektiert wird. Je nach Entfernung trifft der reflektierte Strahl an einer unterschiedlichen Stelle auf den Empfänger (ein sog. Position Sensitive Device, PSD). Der Empfänger setzt den Auftreffpunkt in einen analogen Spannungswert um. Eine schöne Skizze dazu:

<center>
http://www.tu-chemnitz.de/etit/proaut/robotik-ag/infos/technik/sharp/funktion.jpg
</center>

'''Einige der beliebtesten Bausteine sind:'''

====Sharp GP2D12====
Distanz 10 - 80 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt
Dies ist der am häufigsten eingesetzte Sharp Typ bei mobilen Robotern.

====Sharp GP2YA21YK====
Distanz 10 - 80 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt

====Sharp GP2D120====
Distanz 4 - 30 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt

====Sharp GP2Y0A02YK====
Distanz 20 - 150 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt

====Sharp GP2D02====
Distanz 10 - 80 cm - Entfernung wird durch 8 Bit Digitalausgang übermittelt

====Sharp GP2D150====
Distanz 3-30 cm - 1 Bit Schaltausgang

Datenblätter zu den oberen Sensoren findet man im [http://www.roboternetz.de/phpBB2/dload.php?action=category&cat_id=2 Download-Bereich] des Roboternetz.

Um die analogen Spannung der Sensoren in eine Entfernung umzurechnen, kann man sich mit Hilfe des Datenblattes oder einfacher Probemessungen Tabellen erstellen, welche dann vom Controller zur Umsetzung genutzt werden.
Bequemer ist allerdings eine Näherungsformel:

====Formel zur Entfernungsberechnung====
D = A/(X-B)

D ist die Entfernung
X ist der Ausgabewert des Sensors
A ist die Steigung der Kurve A/X
B ist der Offset der Kurve

Die Konstanten A und B ermittelt man am besten über zwei Probemessungen:

D und X sind die Entfernung und der Ausgabewert der ersten Messung (z.B. bei 20 cm)
D' und X' sind die Entfernung und der Ausgabewert der zweiten Messung (z.B. bei 60 cm)

A = ((X' - X) * D' * D) /(D - D' )
B = (D' * X' - D * X) /(D' - D)

====GP2D12 Messkurve====
<center>
http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/gpd12kurve.gif
</center>

====GPD120 Messkurve====
<center>
http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/gpd120kurve.gif
</center>

==Ultraschall Sensoren==
===Ultraschallsensoren SRF04 und SRF08===
Die Firma '''Devantech''' hat eine Serie von sehr günstigen und kleinen Ultraschallsensoren entwickelt, die sich im Bereich "autonome Robotersysteme" durchgesetzt haben. Sie sind sehr verbreitet, da sie auch für "Hobby-Robotiker" erschwinglich sind und es sich nicht lohnen würde vergleichbare Module selber zu bauen, da diese meistens ungenauer und teurer wären.

Bekannt wurde die Serie durch den '''SRF04'''. Mit seinen kleinen Abmessungen, der niedrigen Stromaufnahme und der hohen Genauigkeit ist er für kleine Messaufgaben im Entfernungsbereich von 3cm bis 3m gut geeignet. Der SRF04 kann einen 3cm dicken Besenstiel in 2m Entfernung erkennen und wird durch ein [[PWM]]-Signal ausgewertet.

http://www.roboter-teile.de/images/srf04_400.jpg
http://www.roboter-teile.de/images/srf04b_400.jpg

Der Nachfolger des SRF04 ist der noch erfolgreichere '''SRF08''', der nun über den [[I2C]]-Bus ausgewertet werden kann und über eine Reichweite von 3cm bis 6m verfügt. Er hat eine noch kleinere Stromaufnahme und zusätzlich befindet sich auf der Platinenfront ein Fotowiderstand(LDR) dessen Lichtmesswerte sich ebenfalls über den [[I2C]]-Bus auswerten lassen. Durch den SRF08 wird es möglich auch bis zu 16 Mehrfachechos, von weiter hinten gelegenen Gegenständen, auszuwerten, die bei dem SRF04 ignoriert wurden. Über den [[I2C]]-Bus kann man die Messwerte in cm, zoll und in der Laufzeit µs auslesen und spart sich somit die externe Auswertung der Laufzeit, wie bei dem SRF04. Weiterhin können insgesamt 16 SRF08-Module an einen [[I2C]]-Bus angeschlossen werden.

http://www.roboter-teile.de/images/srf08_400.jpg
http://www.roboter-teile.de/images/srf08b_400.jpg

Fotoquelle: www.roboter-teile.de

===SRF08 Programmbeispiel===
SFR08 Programm Beispiel mit BasCom
Über die grundsätzliche Behandlung des I2C-Bus mit BasCom kann man [[Main.I2CBascom|hier]] nachlesen.

Const Sf08_adr_0 = &HE0 ' I2C Adresse
Const Sf08_c_range = 100 ' Reichweite
Const Sf08_c_gain = 1 ' Empfindlichkeit

Die Adresse ist der Default-Wert für den Sensor, und kann eingestellt werden.
Range und Gain sind anzupassen, die angegeben Werte sind aber mal grundsätzlich verwendbar.

'''Setup'''
Nach dem Reset sind einmal Range und Gain zu setzen.

'''Setzen Range'''

I2cstart
I2cwbyte Sf08_adr_0 ' Device I2C Adresse
I2cwbyte 2 ' register "range"
I2cwbyte Sf08_c_range
I2cstop

'''Setzen Gain'''

I2cstart
I2cwbyte Sf08_adr_0 ' Device I2C Adresse
I2cwbyte 1 ' register "gain"
I2cwbyte Sf08_c_gain
I2cstop

'''Abfrage Trigger'''

Die Abfrage soll laut Beschreibung in zwei Schritten erfolgen, zwischen denen ca 70 mS gewartet werden soll. Diese Zeit braucht das Gerät zum Messen.

'''Trigger'''
I2cstart
I2cwbyte Sf08_adr_0 ' Device I2C Adresse
I2cwbyte 0 ' register "Trigger"
I2cwbyte 81 ' Meßwert in Zentimetern

'''Ergebnis abholen'''
<pre>
DIM Lsb as Byte
DIM Msb as Byte
DIM IVal as word

I2cstart ' Repeated Start
I2cwbyte Sf08_adr_0 ' Device I2C Adresse
I2cwbyte 2 ' Meßwert US
I2cstop

Waitms 70

I2cstart
I2cwbyte Sf08_adr_0 + 1 ' Device I2C Adresse READ!

I2crbyte Msb , Ack ' Bit 8-15
I2crbyte Lsb , Nack ' Bit 0-7
I2cstop

Ival = Makeint(lsb , Msb) ' umwandeln in Word (16 Bit)
</pre>

==Kompaß==
===Kompaß-Modul CMPS03===
Laut der Doku ist diese Modul speziell für die Bedürnisse von Robotern gestaltet worden. Es mißt seine Lage relativ zum Erdmagnetfeld und liefert diesen Wert
* Als PWM-Signal
* Über I2C entweder 0-255 als Byte oder
* 0-3599 als 16-Bit Wert (MSB first)

In der vorliegenden Doku ist eine fixe I2C-Adresse von 0xC0 angegeben. Was leider noch fehlt, sind Angaben, ob und wie diese Adresse geändert werden kann.

Bei waagrechter Montage ist das also ein Kompaß, senkrecht kann man auch die horizontale Neigung messen.

Das Ganze ist eine Anwendung des Philips-KMZ51 Magnet-Feld-Sensors mittels eines PIC16F872

Gelegentlich sollte das Modul kalibriert werden. Das kann über den I2C-Bus, aber auch mittels einen Pins am Modul initiiert werden. Dann muß das Module langsam um 360 Grad gedreht werden. Dabei nimmt das Modul 4 Meßpunkte auf und speichert sie im EEPROM.
<center>
http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/cmps3pin.jpg
</center>

==Beschleunigung==
...

==Temperatur==
===Temperatur-Sensor LM75===
<center>
http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/lm75.gif
</center>
Dieser Chip von National Semiconductors kann die Umgebungstemperatur mit einer Genauigkeit von 0.5o Grad Celsius messen. Das angegebene Bereich ist -25o bis 100o C. Es wird zweierlei geboten:
* Ein Schaltausgang - Wenn man also z.B. einen Ventilator einschalten möchte
* I2C - Der obere Teil der Adresse ist fix 0x9n, die Bits 1-3 kann man mit Jumper einstellbar machen oder fest verdrahten.

Durch einen einfachen I2C-Lesebefehl kann man die Temperatur einlesen (16-Bit), das Format ist allerdings etwas tricky. Das erste Byte (8-Bit) ist die Temperatur in ganzen Grad, als normales signed char, vom zweiten Byte gibt das MSB an, ob noch 0.5o '''dazuzuzählen''' sind (also auch, wenn vorne eine negative Zahl steht)

Der Grund ist der: die vorzeichenbehaftete 9-Bit Zahl, die da linksbündig in zwei Datenbytes übertragen wird, gibt eigentlich an, wieviel 0.5 Grad - Einheiten gemessen wurden. Rein rechnerisch wäre also Temperatur = Wert * 0.5, das müßte man aber als float durchführen oder erweitern

===Programm-Beispiel für LM75===
Der LM75 wird über den [[I2C]]-Bus angesprochen
In BasCom, wo es ja keine signed char gibt, wird das Interpretieren auf sehr unterschiedliche Art empfohlen.

Ich empfehle:

dim Ival as integer
dim Msb as byte
dim Lsb as byte
I2cstart
I2cwbyte &H91 ' Lese-adresse !
If Err = 1 Then
I2cstop ' kein ACK vom LM75 --> irgendein Fehler
Ival = 9999 ' Zeichen, daß der Wert ungültig ist !
Else
I2crbyte Msb , Ack
I2crbyte Lsb , Nack
I2cstop
If Msb.7 = 1 Then
Ival = Makeint(msb , &HFF) ' auffüllen mit den Vorzeichen bits
Else
Ival = Makeint(msb , &H00) ' positiv, also bleibt es so
End If
Ival = Ival * 10 ' erweitern
If Lsb.7 = 1 Then
Ival = Ival + 5 ' fünf Zehntel Grad dazu
End If
End if

das ergibt die Temperatur in Zehntel-Grad (Natürlich nur, wenn's keine Fehler gab).

==Resistive Sensoren==
...
==Kapazitive Sensoren==
...
==Induktive Sensoren==
Induktiver Näherungsschalter

...
==Piezoelektrische Sensoren==
Hier ist ein Experiment dargestellt das die Funktion von Piezowandlern demonstriert.

Drückt man auf eine längliche Glasplatte (Mikroskopträger Länge 76mm), die an den Enden auf je einem Piezo Wandler gelagert ist, dann ergeben sich Signale, die von den Kräften auf die Wandler abhängig sind.

Die Summe der beiden Kräfte entspricht der Gesamtkraft. Das Verhältnis der beiden Kräfte entspricht dem Verhältnis der Abstände des Druckpunktes zum Wandler.
<center>
http://www.roboternetz.de/wissen/images/6/66/Piezowandler.jpg
</center>
Im Versuch wurde mit der Frequenz von ca. 4Hz (0,5s/div) von einem Ende bis zum anderen auf die Platte gedrückt. (Tonleiter). Die Signale der beiden Wandler sind im Oszillogramm aufgetragen und die Folge der Druck-Positionen ist auf den ersten Blick schon mal nachvollziehbar.

==PIR Passiv Infrarot Sensoren==
...

==Siehe auch==
* [[Navigation]]
* [[Sensoren]]

==Weblinks==
*[http://www.ikm.uni-karlsruhe.de/forschung/pzt_webseiten/de/grundlagen/pyro.html Piezoelektrische Sensoren]

[[Category:Robotikeinstieg]]
[[Category:Grundlagen]]
[[Category:Elektronik]]
[[Category:Sensoren]]

Sensorarten

2005-11-25T05:39:54Z

Florian: /* Sharp Infrarotsensoren */

==Welche Sensorarten gibt es==
Damit sich ein Roboter in seiner Umgebung bewegen kann, ohne an Hindernisse anzustoßen, und damit er ein Ziel finden und ansteuern kann, muß er irgendwie seine Umwelt "wahrnehmen".
Hauptanwendung für diese Informationen aus der Umwelt ist die [[Navigation]]

==Bumpers==
Als Bumpers bezeichnet man eine Art Stoßstange, die einen Mikro-Switch auslöst.

http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/microschalter.jpg

Die Auswertung erfolgt am besten digital an einem Pin mit Pull-up Widerstand. Man kann den Eingang pollen (abfragen), aber auch einen Interrupt auslösen lassen. -->

==Whiskers (Fühler)==
Das sind flexible Kunststoff-Streifen von ca. 10 cm Länge, eigentlich für Datenhandschuhe vorgesehen. Aber man kann sie auch als Fühler einsetzen, und daher auch für die Kollisions-Sensorik verwenden. Beim Verbiegen steigt der Widerstand an.

http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/flexs_200.jpg

Um zu messen, wird mit einem zweiten Widerstand ein Spannungsteiler aufgebaut, der dann mit einem Analog-Eingang einen Grad der Verbiegung erkennen läßt. -->

==Incremental-Geber==
Dienen zur Erfassung von Drehzahl bzw. der Messung von Wegstrecken
===Drehgeber Sharp GP1A30===

<center> http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/gp1a30.jpg </center>

Beim Sharp GP1A30 handelt es sich um eine Gabellichtschranke mit inkrementaler Drehgeberfunktion. Im Gegensatz zu herkömmlichen Gabellichtschranken können mit dieser sowohl Drehzahl als auch Drehrichtung ermittelt werden. Notwendig sind dafür nur 2 digitale Ports. Verzichtet man auf die Auswertung der Drehrichtung, reicht nur ein Port.
Der Sensor hat den Vorteil das die Signale bereits TTL kompatibel sind und direkt an ein Controllerboard angeschlossen werden können. Ein Beispielprogramm zu [[RN-Control]] findet man hier

* [[Beispiel Drehzahlmessung mit RN-Control]]
<center>
http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/GP1A30.gif
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Die Auswertung inkrementaler Drehgeber ist recht einfach. Ein Ausgang liefert einen Impuls pro Markierung (Scheibe auf der Welle). Prüft man bei jedem Impuls (Flanke) noch gleichzeitig den aktuellen Pegel des zweiten Ausganges, so kann daraus die Drehrichtung abgeleitet werden.

Der Signalverlauf an den Sensorausgängen ist phasenversetzt:
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http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/inkremental1.gif
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==Optische Sensoren==
===Helligkeit===
!!! Anwendung
Die Hauptanwendung solcher Sensoren ist, den hellsten Fleck im Raum zu finden.
Dies ist auch Teil vieler Roboterwettbewerbe. (Robo Callenge (2002 sic!), 'Ein Platz an der Sonne')

Solche Sensoren können einfache [[LDR]]s oder [[Photodioden]] bzw. [[Phototransistoren]] sein.
LDRs haben den Vorteil, dass sie relativ hoch aussteuern, der große Nachteil ist aber, dass diese Sensoren ziemlich Wärmeempfindlich und etwas träge.
Photodioden und Phototransistoren aheb den Vorteil, dass sie sehr genau sind, aber nicht besonders hoch aussteuern. Diese sollte man evtl. über einen OpAmp verstärken.

http://www.alscomposants.com/boutique/images_produits/vMPY7P510.jpg

Ein Typischer LDR, der LDR07

http://www.diotronic.com/images/productos/optoelectronica/bpw42.jpg

Der BPW42, ein typischer Phototransistor.

Dioden kenne ich jetzt keine in dem Farbbereich.

Die Suche nach dem Hellsten Fleck im raum ist wie ich finde ein gutes Einsteigerthema!

'-by tobimc-'

===Distanzsensor IS471F===

IS471F - Hindernisserkennung mit Infrarot Distanzsensor

Das hier vorgestellte IC IS471F erlaubt eine einfach und sogar recht preisgünstige Hinternisserkennung per Infarot. Dazu muß im wesentlichen nur noch eine Infrarot-Diode an das IC angeschlossen werden. Das modulierte Licht wird von einem Gegenstand direkt auf das IC zurückgeworfen und somit das Hinterniss erkannt. Tageslicht/Fremdlicht stört den IS471 überhaupt nicht, da das Licht mit einer bestimmten Frequenz moduliert wird.

http://www.roboternetz.de/bilder/IS471_grundschaltung.jpg

Der normale Schaltungsaufbau sieht also wie oben abgebildet aus!
Das englische Datenblatt findet man im Roboternetz-Download-Bereich

Die normale Reichweite ist in gewissen Grenzen abhängig von der Farbe des Hinternisses. In der Regel reicht es jedoch durchaus einige cm so das langsame Roboter durchaus sehr gut damit zurecht kommen. Durch besonders helle Infrarot LED´s und durch zusätzlich LED-Fassungen kann man die Reichweite erhöhen. Wem das noch nicht reicht, der kann über einen zusätzlichen Transistor die Strahlungsleistung der LED noch weiter erhöhen.
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http://www.roboternetz.de/bilder/IS471_IRSchalter.jpg

http://www.roboternetz.de/bilder/mehrereis471.gif
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===Sharp Infrarotsensoren===

Sharp hat eine ganz interessante Serie von Bausteinen herausgebracht mit denen ein Roboter sogar recht genau Entfernungen messen kann. Das Meßergebnis ist nahezu unabhängig von der Farbe und Helligkeit des gemessenen Objektes. Die Ansteuerung ist sehr einfach, der Sensorausgang kann zum Beispiel direkt an einen analogen Eingang eines Mikrokontrollers angeschlossen werden. Die Sensoren sind unter den Roboter-Bastlern weit verbreitet.
Bei vielen Händlern erhältlich kosten die Sensoren derzeit je nach Typ und Händlerspanne zwischen 13 bis 25 Euro. 
<center>
http://www.roboternetz.de/bilder/gp2d12-nb.jpg
</center>

Oft werden selbst in kleinen Roboter-Projekten mehrere dieser Sensoren genutzt da sie nur einen äußerst engen Erfassungsbereich haben. Sie eignen sich daher sehr gut zur Vermessung einer Umgebung, insbesondere dann wenn Sie drehbar auf einem Servo montiert werden. Als Kollisionsschutz sind sie wegen dem engen Winkel nur bedingt geeignet, zu diesem Zweck eignen sich zum Beispiel Ultraschallsensoren besser.
Das Funktionsprinzip der Sensoren ist einfach. Der Sensor besteht aus Sender und Empfänger. Der Sender sendet einen Infrarot-Strahl aus, der vom Hindernis reflektiert wird. Je nach Entfernung trifft der reflektierte Strahl an einer unterschiedlichen Stelle auf den Empfänger (ein sog. Position Sensitive Device, PSD). Der Empfänger setzt den Auftreffpunkt in einen analogen Spannungswert um. Eine schöne Skizze dazu:

<center>
http://www.tu-chemnitz.de/etit/proaut/robotik-ag/infos/technik/sharp/funktion.jpg
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'''Einige der beliebtesten Bausteine sind:'''

====Sharp GP2D12====
Distanz 10 - 80 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt
Dies ist der am häufigsten eingesetzte Sharp Typ bei mobilen Robotern.

====Sharp GP2YA21YK====
Distanz 10 - 80 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt

====Sharp GP2D120====
Distanz 4 - 30 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt

====Sharp GP2Y0A02YK====
Distanz 20 - 150 cm - Entfernung wird durch analoge Spannung am Ausgang übermittelt

====Sharp GP2D02====
Distanz 10 - 80 cm - Entfernung wird durch 8 Bit Digitalausgang übermittelt

====Sharp GP2D150====
Distanz 3-30 cm - 1 Bit Schaltausgang

Datenblätter zu den oberen Sensoren findet man im [http://www.roboternetz.de/phpBB2/dload.php?action=category&cat_id=2 Download-Bereich] des Roboternetz.

Um die analogen Spannung der Sensoren in eine Entfernung umzurechnen, kann man sich mit Hilfe des Datenblattes oder einfacher Probemessungen Tabellen erstellen, welche dann vom Controller zur Umsetzung genutzt werden.
Bequemer ist allerdings eine Näherungsformel:

====Formel zur Entfernungsberechnung====
D = A/(X-B)

D ist die Entfernung
X ist der Ausgabewert des Sensors
A ist die Steigung der Kurve A/X
B ist der Offset der Kurve

Die Konstanten A und B ermittelt man am besten über zwei Probemessungen:

D und X sind die Entfernung und der Ausgabewert der ersten Messung (z.B. bei 20 cm)
D' und X' sind die Entfernung und der Ausgabewert der zweiten Messung (z.B. bei 60 cm)

A = ((X' - X) * D' * D) /(D - D' )
B = (D' * X' - D * X) /(D' - D)

====GP2D12 Messkurve====
<center>
http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/gpd12kurve.gif
</center>

====GPD120 Messkurve====
<center>
http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/gpd120kurve.gif
</center>

==Ultraschall Sensoren==
===Ultraschallsensoren SRF04 und SRF08===
Die Firma '''Devantech''' hat eine Serie von sehr günstigen und kleinen Ultraschallsensoren entwickelt, die sich im Bereich "autonome Robotersysteme" durchgesetzt haben. Sie sind sehr verbreitet, da sie auch für "Hobby-Robotiker" erschwinglich sind und es sich nicht lohnen würde vergleichbare Module selber zu bauen, da diese meistens ungenauer und teurer wären.

Bekannt wurde die Serie durch den '''SRF04'''. Mit seinen kleinen Abmessungen, der niedrigen Stromaufnahme und der hohen Genauigkeit ist er für kleine Messaufgaben im Entfernungsbereich von 3cm bis 3m gut geeignet. Der SRF04 kann einen 3cm dicken Besenstiel in 2m Entfernung erkennen und wird durch ein [[PWM]]-Signal ausgewertet.

http://www.roboter-teile.de/images/srf04_400.jpg
http://www.roboter-teile.de/images/srf04b_400.jpg

Der Nachfolger des SRF04 ist der noch erfolgreichere '''SRF08''', der nun über den [[I2C]]-Bus ausgewertet werden kann und über eine Reichweite von 3cm bis 6m verfügt. Er hat eine noch kleinere Stromaufnahme und zusätzlich befindet sich auf der Platinenfront ein Fotowiderstand(LDR) dessen Lichtmesswerte sich ebenfalls über den [[I2C]]-Bus auswerten lassen. Durch den SRF08 wird es möglich auch bis zu 16 Mehrfachechos, von weiter hinten gelegenen Gegenständen, auszuwerten, die bei dem SRF04 ignoriert wurden. Über den [[I2C]]-Bus kann man die Messwerte in cm, zoll und in der Laufzeit µs auslesen und spart sich somit die externe Auswertung der Laufzeit, wie bei dem SRF04. Weiterhin können insgesamt 16 SRF08-Module an einen [[I2C]]-Bus angeschlossen werden.

http://www.roboter-teile.de/images/srf08_400.jpg
http://www.roboter-teile.de/images/srf08b_400.jpg

Fotoquelle: www.roboter-teile.de

===SRF08 Programmbeispiel===
SFR08 Programm Beispiel mit BasCom
Über die grundsätzliche Behandlung des I2C-Bus mit BasCom kann man [[Main.I2CBascom|hier]] nachlesen.

Const Sf08_adr_0 = &HE0 ' I2C Adresse
Const Sf08_c_range = 100 ' Reichweite
Const Sf08_c_gain = 1 ' Empfindlichkeit

Die Adresse ist der Default-Wert für den Sensor, und kann eingestellt werden.
Range und Gain sind anzupassen, die angegeben Werte sind aber mal grundsätzlich verwendbar.

'''Setup'''
Nach dem Reset sind einmal Range und Gain zu setzen.

'''Setzen Range'''

I2cstart
I2cwbyte Sf08_adr_0 ' Device I2C Adresse
I2cwbyte 2 ' register "range"
I2cwbyte Sf08_c_range
I2cstop

'''Setzen Gain'''

I2cstart
I2cwbyte Sf08_adr_0 ' Device I2C Adresse
I2cwbyte 1 ' register "gain"
I2cwbyte Sf08_c_gain
I2cstop

'''Abfrage Trigger'''

Die Abfrage soll laut Beschreibung in zwei Schritten erfolgen, zwischen denen ca 70 mS gewartet werden soll. Diese Zeit braucht das Gerät zum Messen.

'''Trigger'''
I2cstart
I2cwbyte Sf08_adr_0 ' Device I2C Adresse
I2cwbyte 0 ' register "Trigger"
I2cwbyte 81 ' Meßwert in Zentimetern

'''Ergebnis abholen'''
<pre>
DIM Lsb as Byte
DIM Msb as Byte
DIM IVal as word

I2cstart ' Repeated Start
I2cwbyte Sf08_adr_0 ' Device I2C Adresse
I2cwbyte 2 ' Meßwert US
I2cstop

Waitms 70

I2cstart
I2cwbyte Sf08_adr_0 + 1 ' Device I2C Adresse READ!

I2crbyte Msb , Ack ' Bit 8-15
I2crbyte Lsb , Nack ' Bit 0-7
I2cstop

Ival = Makeint(lsb , Msb) ' umwandeln in Word (16 Bit)
</pre>

==Kompaß==
===Kompaß-Modul CMPS03===
Laut der Doku ist diese Modul speziell für die Bedürnisse von Robotern gestaltet worden. Es mißt seine Lage relativ zum Erdmagnetfeld und liefert diesen Wert
* Als PWM-Signal
* Über I2C entweder 0-255 als Byte oder
* 0-3599 als 16-Bit Wert (MSB first)

In der vorliegenden Doku ist eine fixe I2C-Adresse von 0xC0 angegeben. Was leider noch fehlt, sind Angaben, ob und wie diese Adresse geändert werden kann.

Bei waagrechter Montage ist das also ein Kompaß, senkrecht kann man auch die horizontale Neigung messen.

Das Ganze ist eine Anwendung des Philips-KMZ51 Magnet-Feld-Sensors mittels eines PIC16F872

Gelegentlich sollte das Modul kalibriert werden. Das kann über den I2C-Bus, aber auch mittels einen Pins am Modul initiiert werden. Dann muß das Module langsam um 360 Grad gedreht werden. Dabei nimmt das Modul 4 Meßpunkte auf und speichert sie im EEPROM.
<center>
http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/cmps3pin.jpg
</center>

==Beschleunigung==
...

==Temperatur==
===Temperatur-Sensor LM75===
<center>
http://www.roboternetz.de/wiki/uploads/Main/lm75.gif
</center>
Dieser Chip von National Semiconductors kann die Umgebungstemperatur mit einer Genauigkeit von 0.5o Grad Celsius messen. Das angegebene Bereich ist -25o bis 100o C. Es wird zweierlei geboten:
* Ein Schaltausgang - Wenn man also z.B. einen Ventilator einschalten möchte
* I2C - Der obere Teil der Adresse ist fix 0x9n, die Bits 1-3 kann man mit Jumper einstellbar machen oder fest verdrahten.

Durch einen einfachen I2C-Lesebefehl kann man die Temperatur einlesen (16-Bit), das Format ist allerdings etwas tricky. Das erste Byte (8-Bit) ist die Temperatur in ganzen Grad, als normales signed char, vom zweiten Byte gibt das MSB an, ob noch 0.5o '''dazuzuzählen''' sind (also auch, wenn vorne eine negative Zahl steht)

Der Grund ist der: die vorzeichenbehaftete 9-Bit Zahl, die da linksbündig in zwei Datenbytes übertragen wird, gibt eigentlich an, wieviel 0.5 Grad - Einheiten gemessen wurden. Rein rechnerisch wäre also Temperatur = Wert * 0.5, das müßte man aber als float durchführen oder erweitern

===Programm-Beispiel für LM75===
Der LM75 wird über den [[I2C]]-Bus angesprochen
In BasCom, wo es ja keine signed char gibt, wird das Interpretieren auf sehr unterschiedliche Art empfohlen.

Ich empfehle:

dim Ival as integer
dim Msb as byte
dim Lsb as byte
I2cstart
I2cwbyte &H91 ' Lese-adresse !
If Err = 1 Then
I2cstop ' kein ACK vom LM75 --> irgendein Fehler
Ival = 9999 ' Zeichen, daß der Wert ungültig ist !
Else
I2crbyte Msb , Ack
I2crbyte Lsb , Nack
I2cstop
If Msb.7 = 1 Then
Ival = Makeint(msb , &HFF) ' auffüllen mit den Vorzeichen bits
Else
Ival = Makeint(msb , &H00) ' positiv, also bleibt es so
End If
Ival = Ival * 10 ' erweitern
If Lsb.7 = 1 Then
Ival = Ival + 5 ' fünf Zehntel Grad dazu
End If
End if

das ergibt die Temperatur in Zehntel-Grad (Natürlich nur, wenn's keine Fehler gab).

==Resistive Sensoren==
...
==Kapazitive Sensoren==
...
==Induktive Sensoren==
Induktiver Näherungsschalter

...
==Piezoelektrische Sensoren==
Hier ist ein Experiment dargestellt das die Funktion von Piezowandlern demonstriert.

Drückt man auf eine längliche Glasplatte (Mikroskopträger Länge 76mm), die an den Enden auf je einem Piezo Wandler gelagert ist, dann ergeben sich Signale, die von den Kräften auf die Wandler abhängig sind.

Die Summe der beiden Kräfte entspricht der Gesamtkraft. Das Verhältnis der beiden Kräfte entspricht dem Verhältnis der Abstände des Druckpunktes zum Wandler.
<center>
http://www.roboternetz.de/wissen/images/6/66/Piezowandler.jpg
</center>
Im Versuch wurde mit der Frequenz von ca. 4Hz (0,5s/div) von einem Ende bis zum anderen auf die Platte gedrückt. (Tonleiter). Die Signale der beiden Wandler sind im Oszillogramm aufgetragen und die Folge der Druck-Positionen ist auf den ersten Blick schon mal nachvollziehbar.

==PIR Passiv Infrarot Sensoren==
...

==Siehe auch==
* [[Navigation]]
* [[Sensoren]]

==Weblinks==
*[http://www.ikm.uni-karlsruhe.de/forschung/pzt_webseiten/de/grundlagen/pyro.html Piezoelektrische Sensoren]

[[Category:Robotikeinstieg]]
[[Category:Grundlagen]]
[[Category:Elektronik]]
[[Category:Sensoren]]

Benutzer:Florian

2005-11-22T20:14:27Z

Florian:

== Florian Wolling ==
Geb. am 08.07.1988 

 

Aufgaben: 
- Moderator des Roboternetzes und für das Teilforum "Atmel AVR Controller" zuständig 

 

florian@cer-online.de 
http://www.cer-online.de

Benutzer:Florian

2005-11-22T20:11:33Z

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Florian Wolling
Geb. am 08.07.1988

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