Беспроводная связь arduino и lego ev3

Каждая электронная система обладает своими преимуществами и недостатками. В робототехнике часто возникает потребность объединения систем. Для этого их необходимо связать между собой. Например, связь мощной подвижной платформы с системой обрабатывающей большое количество датчиков. Поэтому стало актуальным разработка универсального связующего модуля между различными электронными системами.

Цель работы:

Разработать модуль связи между Ev3 и микроконтроллером Arduino,  использующий световые сигналы.

Задачи:

1.      Разработать модуль связи Ev3 и микроконтроллером Arduino.

2.      Собрать подвижную платформу на Ev3

3.      Запрограммировать для управления платформой со стороны микроконтроллера чрез модуль связи.

Объект исследования: Электронные системы

Предмет исследования: модули связи между электронными системами

Методы исследования: конструирование, программирование

Цель проекта: Разработать пульт с цветовым датчиком, для управления манипулятором.

Задачи:

1.      Разработать и собрать пульт с датчиками касания и цветовым датчиком

2.      Собрать манипулятор

3.      Написать и протестировать программу для управления манипулятором с помощью пульта

Описание проекта.

Микроконтроллер Arduino все шире используется в образовательной робототехнике.  Это обусловлено тем, что  к микроконтроллеру можно подключать множество датчиков(датчик газа, влажности, счетчик гейгера, RFID сканер и множество других), плат  существенно расширяющих возможности  робототехнических систем.  Например,  звуковые платы, платы беспроводной связи, платы, распознающие звуковые команды. Кроме того, через реле микроконтроллер может управлять  электроприборами, подключенными к напряжению 220 вольт. Таким образом,  даже в рамках образовательной робототехники на микроконтроллерах ученики могут  построить  достаточно сложные и практически значимые автоматизированные системы.

Однако определённую сложность для  роботов, построенных на микроконтроллерах Arduino , вызывает создание мощных подвижных платформ.  Необходимо устанавливать дополнительные платы, заботится о питании моторов.

Конструктор Ev3 обладает достаточно мощными сервоприводами, питание  и управление их осуществляется  через блок. Поэтому с помощью конструктора Ev3  можно    собирать очень мощные передвижные платформы, манипуляторы.

Возникает вопрос, как связать микроконтроллер Arduino и подвижную платформу собранную на Ev3, чтобы совместить преимущества каждой системы.

Простой связи не предусмотрено. Поэтому предлагаемые варианты связи через Bluetooth, Wi Fi  и непосредственное подключение, требуют перепрошивку  программного обеспечения Ev3 .  В рамках школьной лаборатории робототехники не всегда такие сложные способы приемлемы. Оказывается можно  связать  Arduino  и Ev 3 доступным способом  с использованием цветовых датчиков.

Идея соединения следующая.

Ардуино посылает управляющие сигнал с помощью светодиодов, EV3 принимает данные сигналы с помощью датчиков освещённости (цвета), работающих в режиме внешней освещенности. Данные датчики должны быть подведены  к соответствующим диодам Arduino.

Если сигнал от Arduino идет, то светодиод загорается, уровень внешней освещенности у подведенного датчика существенно увеличивается. Данное событие обрабатывается программой для EV3 , полученный сигнал расшифровывается и  согласно расшифрованному коду выполняется та или иная команда.

Техническая реализация. Соберем стандартную подвижную платформу для Ev3, например,  ТАНКОБОТ .  Можно собрать любую схему. Подсоединим к нему два датчика  освещенности(цвета). Датчики цвета, прикрепим к  платформе, так чтобы между ними была перегородка, это необходимо, чтобы сигнал от соседнего  светодиода  не влияли на  показание датчика. Пример  крепления датчиков приведен на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема крепления датчиков освещенности.

Соберем  простейшую схему для Arduino, с двумя светодиодами. Подсоединим светодиоды к цифровым выходам  (например, выходы 12 и13). Схема соединения  светодиодов приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема со светодиодами.

Прикрепим плату к пластмассовой пластине с помощью двустороннего скотча,  плату  Arduino прикрепим к пластине  на специальные болты. Присоединим  пластину со светодиодами и Arduino  к креплению датчиков, так, чтобы светодиоды разместились напротив датчиков освещенности. Между светодиодами должна быть разделительная стенка. Пластину с Arduino можно дополнительно прикрепить к платформе  на двусторонний скотч. На рисунке 4 приведен пример собранной системы.

В данном примере используется только два светодиода. Это позволило нам управлять подвижной платформой. Если использовать три светодиода, то количество команд увеличится до 7 (одна команда ноль это остановка всех моторов). 7  команд  более чем достаточно для многих проектов образовательной робототехники. К примеру,  четыре команды используются для управления движением платформы, три команды используются для управления манипуляторам (взять, положить, повернуть объект).

На данном примере можно познакомить учеников  с перспективной темой передачи сигналов в электронике с помощью света. Данное направление является одним из перспективных в построении компьютеров нового поколения.

Выводы:

Выводы, новизна (если есть), значимость работы

1.      Собран модуль связи между EV3 и микроконтроллером Arduino

2.      Запрограммирована  кодировка основных  команд для управления движением в среде IDE Arduino

3.      Запрограммирован обработчик сигналов в среде EV3

В работе использовалось всего два светодиода их количество можно увеличить до 4 , это существенно увеличит количество передаваемых команд.

Преимущество данного типа связи заключается в том что оно не требует существенного изменения  связанных электронных систем, необходимо обеспечить только подключение светопередающих и светопринимающих  устройств, которые подключаются стандартным образом практически ко всем системам. Таким образом . здесь представлена  универсальная методика простой  связи любых электронных систем.

Литература:

1. Курс программирования робота Lego Mindstorms EV3 в среде EV3 : основные подходы, практические примеры, секреты мастерства  / Л. Ю. Овсяницкая, Д. Н. Овсяницкий, А. Д. Овсяницкий. - Челябинск: Мякотин И.В.. - 2014. - 203 с.

2.Робототехника для детей и родителей. / Филиппов С. А. — СПб.: Наука, 2013. 319 с.

3. Lego Mindstorms: Создавайте и программируйте роботов по вашему желанию. Руководство пользователя.

4.Улли Соммер – Программирование микроконтроллерных плат Arduino Freeduino 2012г.

5. Чарльз Платт -Электроника для начинающих «БХВ-Петербург» 2012 г.

Познакомиться с другими проектами  по робототехнике и компьютерному моделированию

Поделиться: