Servo Tester digital und präzise

Übersicht

Der hier vorgestellte Servo Tester ist mit einem Controllerbaustein versehen und ermöglicht so gegenüber einem einfachen Aufbau mit RC-Gliedern eine stabile Impulserzeugung (Impulsbreite: 1 ms – 2 ms). Hierzu wird der interne Oszillator heran gezogen, der im gewählten Bereich der Versorgungsspannung mit einer Genauigkeit von 1% spezifiziert ist.

Weiterhin zeichnet sich der Servotester dadurch aus, dass im Gegensatz zu anderen einfacheren digitalen Geräten der Versorgungsspannungsbereich von 4,8 V – 6 V abgedeckt wird; damit kann der Servotester auch mit dem BEC-Anschluß eines Fahrtreglers verbunden werden. Die Polarität des Impulses zur Servoansteuerung kann hardwaremäßig eingestellt werden.

Darüber hinaus ermöglicht der Servo Tester den Einsatz von Servos für andere Einsatzzwecke wie z.B. zum Drehen und Schwenken von Überwachungskameras.

Schaltung

Die Schaltung basiert auf dem PIC12F675, der den Servotester steuert. Die Versorgungsspannung des Controllers wird durch einen entsprechenden Regler auf 3,3 V abgesenkt; damit wird einerseits die höchste Genauigkeit des internen Oszillators erreicht und andererseits kann so der große Versorgungsspannungsbereich des Testers gewährleistet werden.

Allerdings erfordert dieser Ansatz einen Treibertransistor Q1, der die Pegelanpassung zur Ansteuerung des Servos vornimmt. Die Versorgungsspannung des Servos ist direkt durch geschleift, so dass Servos oder Motorregler entweder mit der bereits im Modell vorhandenen Batterie / BEC-Versorgung durch den Fahrtregler oder mittels einer zusätzlichen Spannungsversorgung getestet werden können (in dieser Konfiguration ist sicherzustellen, dass keine Versorgung über den Servostecker erfolgt).

Über den Jumper JP3 wird die Polarität des Steuerimpulses für das Servo eingestellt. Bitte beachten Sie, dass es sich bei der LED um eine Bi-Color-LED handelt.

Bedienung

Die Bedienung ist einfach und intuitiv. Der Servotester verfügt über zwei verschiedene Betriebsarten: der Manual-Mode, bei dem die Steuerung des Servos per Drehknopf P1 erfolgt und die Neutralstellung eingestellt werden kann und dem Exercise-Mode, in dem das Servo automatisch zwischen den Anschlägen hin- und her gefahren wird. Der Wechsel zwischen den beiden Betriebsarten erfolgt durch die Betätigung des Tasters S1. Über die LED kann jeweils erkannt werden, in welchem Modus sich der Servotester befindet.

Nach dem Einschalten befindet sich das Gerät im Manual-Mode und die Servoposition wird durch Drehung des Potentiometers P1 eingestellt. Im Impulsbereich außerhalb des Fensters von 1,45 ms und 1,55 ms leuchtet die LED grün. Um die Neutralstellung definiert anzufahren, wechselt die Farbe der LED innerhalb dieses Fensters auf gelb bzw. beide Farben der LED leuchten und bei Erreichen der Neutralstellung von 1,5 ms wird schließlich rot angezeigt; es muss also kein Taster gedrückt werden und beide Hände sind frei, um ggf. Justagearbeiten durchführen zu können.

Im Exercise Mode stehen zwei Geschwindigkeiten zur Auswahl. Die LED blinkt in dieser Betriebsart rot und zeigt über ihre Blinkfrequenz an, welche Geschwindigkeit gewählt wurde (0,25 s entsprechend 2 x blinken/Sekunde oder 15 s (entsprechend einmal 2 s an, dann 2 s aus) von Endausschlag zu Endausschlag). Die Umschaltung der Geschwindigkeit erfolgt durch Verdrehung des Potentiometers: wird eine Impulslänge größer als 1,5 ms eingestellt, dann wird der Exercise Mode mit hoher Geschwindigkeit gewählt, ansonsten erfolgt die langsame Ansteuerung des Servos.

Software Download

Die Firmware für den Servotester (Release 1.0) kann hier herunter geladen werden und für private, nicht kommerzielle Zwecke ohne Einschränkungen genutzt werden.

Servotester Bausatz und Komponenten

Im Store finden Sie einen kompletten Bausatz, die unbestückte Leiterplatte und bereits programmierte Controller.

Empfänger mit bis zu 64 Kanälen für digitale Fernsteuerung oder Roboter

Für die Fernsteuerung im Funktionsmodellbau und bei komplexeren Robotern ergibt sich häufiger die Notwendigkeit für mehr als die üblichen 8 oder 12 Fernsteuerkanäle. Eine digitale Fernsteuerung mit einem Notebook, Tablet oder Smartphone als WLAN- oder Bluetooth- Sender, der anstelle des traditionellen PPM-Impulsrahmens kanalbezogene Kommandos verwendet, bietet vielfältige Möglichkeiten zur Realisierung einer eigenen, modellspezifischen Bedieneroberfläche.

Auf der Modellseite kann ein PiKoder/SSC zum Einsatz kommen, der die Kommandos dann in entsprechende Servosignale umsetzt. Für Einsatzfälle mit bis zu acht Kanälen stehen bereits kombinierte Empfänger- und Controller-Bausteine zur Verfügung (PiKoder/SSC wRX für WLAN und PiKoder/SSC RX für Bluetooth). Dieser Beitrag beschreibt, wie Empfänger mit mehr als acht Kanälen realisiert werden.

Die serielle Schnittstelle des PiKoder/SSC verfügt mit dem miniSSC-Interface über ein Kommando, das ein Daisy-Chaining von PiKodern zur Ansteuerung von bis zu 255 Servokanälen erlaubt. Die Grundzüge des Verfahrens sind in der PiKoder/SSC Application Note „Daisy Chaining“ beschrieben.  In dieser Konfiguration übernehmen PiKoder/SSC, die im Modell verteilt und über einen Datenbus miteinander und dem UART des Empfängers verbunden sind, lokale Steueraufgaben.

Der Empfängerbaustein wird sinnvollerweise auf einer gesonderten Busplatine untergebracht, die zusätzlich noch eine Spannungsanpassung auf 3,3 Volt, die vom WLAN-Empfänger und den PiKoder/SSC benötigt wird, Bustreiber, um auch längere Verbindungswege realisieren zu können und eine Logik, die verhindert, dass eventuelle irrtümliche TX-Signale der PiKoder zu einer Zerstörung von Pins führen, aufnimmt. Die folgenden Bilder zeigen den Aufbau der Busplatine auf einer Prototypleiterplatte, den Schaltplan sowie die Pinbelegungen.

Aufbau des Prototypen

Schaltplan

Anschlussbelegungen Prototyp

Die Busplatine kann alternativ mit einem WLAN- oder einem Bluetooth-Empfänger versehen werden. Die nachfolgenden Bilder zeigen beide Konfigurationen.

Busplatine mit WLAN Empfänger …

… oder alternativ mit Bluetooth bestückt

Die PiKoder/SSC werden über vier-adrige Verbindungskabel mit der Busplatine verbunden und mit Spannung versorgt. Die Programmierung der PiKoder/SSC für diese Konfiguration ist in der oben genannten AN beschrieben.

Ergänzung: Die Busplatine ist inzwischen auch als Bausatz erhältlich. Nähere Informationen finden Sie auf der PiKoder-Webseite.

Modellfernsteuerung mit Arduino über XBee

Durch die Kombination der Arduino-basierten digitalen Open Source Fernsteuerung arduinodtx mit einem intelligenten Servocontroller wie dem PiKoder/SSC, einem XBee Shield und einem XBee Modul entsteht eine hochwertige Modellfernsteuerung.

Hierbei wird eine transparente Übrertragung eingesetzt, so dass keine Anpassungen an der Arduino Software oder der PiKoder/SSC Firmware erforderlich sind; es steht der volle Funktionsumfang der Fernsteuerung zur Verfügung.

Der prinzipielle Aufbau des Senders mit der Jumperstellung für das Arduino XBee Shield ist im Bild unten dargestellt, die Verdrahtung der Steuerknüppel entspricht dem Aufbau auf der arduinodtx Webseite.

xbee-digital-rc_404p

Der Aufbau des kompletten Empfängers bestehend aus dem XBee-Breakout Adapter, dem PiKoder/SSC und einem Spannungswandler zur Erzeugung der benötigten 3,3 Volt Versorgungsspannung sowie die Programmierung der XBee Module ist in der PiKoder/SSC Application Note #3: XBee Communication detailiert beschrieben.

complete-receiver-unit

Prototyp Empfängeraufbau

Modellfernsteuerung über WLAN mit Smartphone

Dieser Beitrag zeigt, wie einfach es ist, ein ferngesteuertes Modellauto – hier einen Crawler – auf eine Fernsteuerung mit dem Smartphone und WLAN umzurüsten. Durch die Verwendung des Pretzelboardes als Empfänger beschränkt sich der Hardware-Bauaufwand auf eine Prototyp-Leiterplatte zur elektrischen und mechanischen Adaption des Boardes. Der benötigte Sketch sowie die Android App stehen im Beitrag zum Download bereit.

Aufbau Empfänger

Die Schaltung des Empfängers kann durch den Einsatz des Pretzel Boardes sehr einfach gehalten werden. Die Spannungsversorgung  erfolgt über den Fahrtregler, der normalerweise auch den „traditionellen“ Empfänger mit 5 Volt versorgt (BEC – Battery Elimination Circuit) und ausreichend Leitung bereitstellt.

Achtung: bitte immer sicherheitshalber nachmessen, um eine Zerstörung des Pretzelboardes durch zu hohe Spannung zu vermeiden!

Schematic Receiver Crawler

Von daher wird der Empfänger zweckmäßigerweise unter Verwendung einer Lochrasterplatine, die über zwei Buchsenleisten das Pretzelboard aufnimmt und zwei dreipolige Stiftleisten für den Anschluss des Lenkservos und den Fahrtregler (ESC) realisiert.

Einbau Empfänger

Der Empfänger wird mechanisch mit Klettband an einer geeigneten Stelle im Modell befestigt.

Schließlich ist der Controller Sketch „UDP_RC.ino“ zu laden, der über github bereit gestellt wird.

Installation Android App „udpRC4NanoESP“

Die als Sender benötigte Android App „udpRC4NanoESP“ kann über den folgenden Link im Google Play Store kostenlos bezogen werden.

Start der Fernsteuerung

Zunächst wird der Empfänger eingeschaltet, der nach dem Booten den Hotspot „NanoESP“ anbietet. Das Android Smartphone ist über die Einstellungen mit diesem Hotspot zu verbinden.

Dann wird die udpRC4NanoESP-App gestartet und die gewünschte Bedieneroberfläche im Hauptmenü ausgewählt….

 

WLAN Modellfernsteuerung mit Pretzel Board und Android Smartphone (Vortrag Maker Faire 2016)

Auf der Maker Faire 2016 in Hannover habe ich vorgestellt, dass sich mit dem Pretzel Board und einer geeigneten Android App mit geringem Aufwand eine einfache Modellfernsteuerung über WLAN realisieren lässt.

Der Empfänger kann auf einem Prototypboard aufgebaut werden.

UDP_Receiver-Pretzelboard

Dann wird das Pretzelboard  über das Arduino IDE mit dem nachfolgenden Sketch „udp_RC.ino“ programmiert, der als Open Source bei github verfügbar ist.

Nun wird nur noch die Android App „udpRC4NanoESP“ benötigt, die über den Google Play Store kostenlos bezogen werden kann.

Wer einen dauerhafteren Aufbau des Empfängers realisieren möchte, findet im folgenden Beitrag weitere Informationen.

Modellfernsteuerung mit Tablet oder Smartphone 2.0

Benutzen Sie Ihr Android Tablet oder Smartphone als Fernsteuerung: mit Touch-Kommandos oder durch Bewegen des Tablets kann beispielsweise ein Roboter oder ein Modellauto über Bluetooth ferngesteuert werden. Als Basis dient die Android App picCAR, die als Open Source released wurde und in ablauffähiger Version im Play Store erhältlich ist.  

Diese App unterstützt in der aktuellen Version 1.3 nun zusätzlich zur bisherigen Robotersteuerung ( = Richtungsänderung über Geschwindigkeitsänderung der Antriebsmotoren)  auch „normale“ Fahrzeuge, bei denen ein Kanal zur Lenkung und ein Kanal zur Geschwindigkeitsregelung verwendet wird.

Foto_hoch

Das Tablet oder Smartphone steuert einen PiKoder/SSC über BlueTooth an. Der Einbau und die Verdrahtung des PiKoder/SSC ist schnell vorgenommen.

Detail Einbau PiKoder

Nähere Informationen zum Aufbau des Empfängers finden Sie auf der PiKoder Bluetooth-Fernsteuerseite.

Modellfernsteuerung mit Tablet oder Smartphone über Bluetooth

Benutzen Sie Ihr Android Tablet oder Smartphone als Fernsteuerung: mit Touch-Kommandos oder durch Bewegen des Tablets kann beispielsweise ein Roboter über Bluetooth ferngesteuert werden. Als Basis dient die Android App picCAR, die als Open Source released wurde und in ablauffähiger Version im Play Store erhältlich ist.  Diese App steuert einen PiKoder/SSC direkt an. Nähere Informationen zum Aufbau des Empfängers finden Sie auf der PiKoder Bluetooth-Fernsteuerseite.

Servosteuerung mit Raspberry Pi über I2C

Dieser Beitrag beschreibt die Ansteuerung von Modellbauservos durch den Raspberry Pi über den I2C-Bus. Hierbei wird, wie auch im vorherigen Beitrag, ein PiKoder/SSC PRO als I2C Slave eingesetzt, der die präzise Erzeugung der Impulse zur Servoansteuerung übernimmt.

Die erforderlichen Verbindungen zwischen dem Raspberry Pi und und dem PiKoder/SSC PRO sind im nachfolgenden Bild dargestellt. Der Raspberry Pi übernimmt die Spannungsversorgung.

Belegung Connector Raspberry Pi

Die Ansteuerung der Servos erfolgt über Python-Programme (Version 2.x). Das folgende Beispiel zeigt den prinzipiellen Ablauf:

# Control of RC servos by I2C with PiKoder/SSC PRO
#
# Please refer to www.pikoder.com for more information #
# Imports
import smbus, os
import time
import subprocess
#
# Init variables
ServoPosition = 0
ReturnCode = 0
bus = smbus.SMBus(1)
#
# Main Loop
while 1:
    try:
        bus.write_byte_data(0x40,0x1,ServoPosition)
        ReturnCode = 0
        ServoPosition = (ServoPosition + 20) % 255
    except IOError as err:
        ReturnCode = err.errno
        subprocess.call('i2cdetect','-y','1') print ("Servo position: ", ServoPosition, " - Return code: ", ReturnCode)
    time.sleep(1)

Weitere Informationen zum PiKoder/SSC PRO wie ein ausführliches USER’s Manual und Schaltungsvorschläge finden Sie auf der PiKoder/SSC PRO Webseite.

Servosteuerung mit Arduino über I2C

Modellbauservos sind in unzähligen Varianten erhältlich und können aufgrund hoher Stückzahlen preiswert angeboten werden. Daher finden Servos in großem Umfang über den Bereich des Modellbaus hinaus in Robotern, Drohnen und anderen Projekten, in denen Bewegungen realisiert werden muss, Verwendung.

Bei zeitkritischen Anwendungen realisieren Serielle Servo Controller die Schnittstelle zwischen einem PC oder einem Microcontroller wie einem Raspberry Pi oder Arduino als Hostrechner und den Modellbauservos. Außerdem spart ein SSC Controller PINs, von denen es ja nie genug geben kann, da mehrere Servos über einen PIN gesteuert werden können.

Die Auswahl des richtigen Servo Controllers hängt von der Anwendung ab. Für kleinere Projekte kommen überwiegend SSC mit einer UART Schnittstelle zum Einsatz.

Für größere Systeme mit mehreren eigenintelligenten Baugruppen (Beispiel Roboter) bietet der I2C Bus der PiKoder/SSC PRO Familie gegenüber einer UART-Verbindung den Vorteil, dass nur zwei Pins des Host-Controllers benötigt werden, um ein gesamtes Netzwerk anzusteuern. Ein einfaches, dem miniSSC sehr ähnliches Protokoll, steuert die einzelnen Servos.

Der I2C Bus bringt weitere Vorteile:

  • die bidirektionale Kommunikation und Konfliktauflösung wird über die vorhandene Buslogik sicher gestellt und
  • die Buslogik ist bereits in der Hardware realisiert, so dass der Rechenzeitbedarf aller Baugruppen für Kommunikationsaufgaben minimal ist.

Mit vorhandenen Baugruppen und fertigen Libraries ist die Ansteuerung einfach zu realisieren. Der folgende Sketch zeigt die Ansteuerung eines Modellbauservos mit dem Arduino über I2C.

// Control of RC servos by I2C with PiKoder/SSC PRO
// For more details on the PiKoder/SSC PRO goto www.pikoder.com
#include Wire.h
int x = 0;
int rc = 0;
void setup() {
  Serial.begin(9600); // Setup of host communication
  Wire.begin(); // Start I2C communication
}

void loop() {
  do { // make sure to sent message
    Serial.print("Servo position = ");
    Serial.print(x);
    Wire.beginTransmission(byte(0x40)); // Address Pikoder/SSC PRO
    Wire.write(byte(0x1)); // Servo @ channel 1
    Wire.write(byte(x)); // Transmit new servo position
    rc = Wire.endTransmission();
    Serial.print(" - Return code: ");
    Serial.println(rc);
    } while (rc != 0);
  x = (x + 20)% 255;
  delay(1000);
}

Weitere Informationen zum PiKoder/SSC PRO wie ein ausführliches USER’s Manual und Schaltungsvorschläge finden Sie auf der PiKoder/SSC PRO Webseite.