Maker Projekte – Seite 4 – Blog für Maker

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 Pretzelboards 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 Pretzelboards 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!

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.

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” ist Open Source und kann über github 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.

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 ebenfalls über github kostenlos bezogen werden kann.

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

UMS-85 Monitorprogramm

UMS-85 Mikrocomputer-System mit Intel 8085

Vor einiger Zeit habe ich bei ebay ein UMS-85 Mikrocomputer-System erworben. Das System wurde in der Elektronikzeitschrift ELO aus dem Franzis Verlag Anfang der 80’er Jahre vorgestellt und es gab ein Sonderheft Nr. 70 mit dem Titel “Vom Bit zum Beispiel”, in dem das System beschrieben ist.

Meine Version war mit einem 2708 EPROM (1k bei 8 Bit- Datenlänge) bestückt und funktionsfähig. Allerdings sind mir bei der Beschäftigung mit dem System einige Unschönheiten aufgefallen, die ich beheben wollte.

Da ein 2708 EPROM aufgrund der zahlreichen Programmierspannungen von heute gängigen Programmierern nicht mehr unterstützt wird, habe ich die Systemleiterplatte durch umlöten von zwei Drahtbrücken – wie in der Beschreibung vorgesehen – auf den Einsatz eines 2716 EPROM, das auch vom meinem Programmierer unterstützt wird, hochgerüstet.

Die Übertragung des originalen EPROM Inhalts in das neue, größere EPROM war problemlos möglich und ich konnte danach mein angepasstes Monitorprogramm einbauen.

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.

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.

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

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

Android Based Robotics

Auf der Suche nach einer geeigneten Plattform für eigene Roboter-Experimente bin ich auf Android Based Robotics gestoßen. Die Idee, die Sensoren, die Kamera und die Rechnerperformance eines Android Smartphone zur Steuerung eines Roboters zu verwenden, hat mich angesprochen.

Die Ansteuerung der Roboterhardware, wie beispielsweise der Motoren, erfolgt über ein IOIO Board, das ja speziell dazu entwickelt wurde, über ein Android Smartphone Aktoren zu steuern. Die Verbindung zwischen IOIO und Phone wird über Bluetooth realisiert.

Der Aufbau der Hardware ist nicht besonders schwierig und erfolgte in meinem Fall auf einer Pertinaxplatte. Das aktuelle PCB-Release des IOIO-Boards hat nur noch einen micro-USB Port, so dass der zur Kommunikation verwendete USB BT Dongle über das mitgelieferte (rote) Kabel adaptiert werden musste.

Die gesamte Verdrahtung kann wesentlich vereinfacht werden, wenn eine Prototyp-Leiterplatte, wie im Bild gezeigt, eingesetzt wird.

Das komplette Android Based Robotics Projekt ist Open Source; allerdings war der verfügbare Source Code hinsichtlich der Entwicklungsumgebung und verwendeten Libraries für die Videoverarbeitung und IOIO Ansteuerung nicht auf dem neuesten Stand. Ein aktualisierter Stand des ABR_client ist bei github verfügbar.

Modellfernsteuerung mit Joystick

Die Möglichkeit, ein Modell mit Joystick zu steuern, gibt es schon viele Jahre. Üblicherweise wird hierzu der Joystick mit einem Notebook mit einer entsprechenden Steuersoftware verbunden, die dann wiederum über eine serielle Schnittstelle – heutzutage ein USB Port – einen Fernsteuersender mit einem PPM-Signal über die Schüler-Buchse ansteuert.

Für das Notebook sind zwei “Open Source”-Programme erhältlich: das im Titelbild dargestellte “Flytron Compufly Joystick Interface” und eine neuere Java-Version “Joystick-to-ppm”.

Für die Verbindung zwischen USB Port und Fernsteuersender steht nun neben dem Original “Flytron USBtoPPM Converter” eine “Single Chip” – Selbstbaulösung “USB2PPM” zur Verfügung, die beide Programme unterstützt.

Der sehr einfache Aufbau dieser Lösung ist deshalb möglich, weil der verwendete, moderne PIC-Microcontroller 16F1455 bereits über eine USB-Schnittstelle und einen sehr genauen internen Oszillator (0,25% Genauigkeit) verfügt und damit nur eine entsprechende Firmware erforderlich ist.

Weitere Informationen und Bezugsquellen befinden sich auf der USB2PPM-Webseite.

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. Diese App steuert einen PiKoder/SSC direkt an. Nähere Informationen zum Aufbau des Empfängers finden Sie auf der PiKoder Bluetooth-Fernsteuerseite.

Servoansteuerung mit der Arduino Servo Library

Genauigkeit der Impulserzeugung

Ich habe mich gefragt, wie genau die Erzeugung der Impulslänge der Arduino Servo Library ist, da in der Beschreibung auf entsprechende Limitations hingewiesen wird:

“Limitations

This library does not stop your interrupts, so millis() will still work and you won’t lose incoming serial data, but a pulse end can be extended by the maximum length of your interrupt handles which can cause a small glitch in the servo position. If you have a large number of servos there will be a slight (1-3 degrees) position distortion in the ones with the lowest angular values.”

Quelle: http://playground.arduino.cc/ComponentLib/Servo

Hierzu habe ich zunächst mit einem Logikanalysator die Impulslängen von 1.000 aufeinanderfolgenden Impulsen im unbelasteten Zustand, also auf dem Arduino wurde nur die Servo Library ausgeführt, gemessen. Bei einer Soll-Impulslänge von 1.500 µs ergibt sich folgende Verteilung der Impulslängen:

Die erzeugten Impuls sind zwar etwas zu lang, aber die Streuung ist relativ gering und der Längenunterschied zwischen dem kürzesten und dem längstem Impuls beträgt nur 0,6 µs.

Die Verteilung der Impulslängen ändert sich deutlich, wenn auf dem Arduino weitere Anwendungen ablaufen und so zusätzliche Last erzeugt wird. Im folgenden Beispiel wird parallel zur Impulserzeugung der Programmspeicher eines PIC Controllers mit dem ArdPicProg ausgelesen und über die USB Schnittstelle an einen PC übertragen.

Wie im Bild sichtbar ist, nimmt damit die Streuung der Impulslängen deutlich zu, da der Arduino immer wieder durch andere Aufgaben abgelenkt wird; der längste Impuls in dieser Messreihe hatte eine Länge von 1.508 µs.

Von daher ist bei einer hohen Anforderung an die Genauigkeit der Impulslänge und einer entsprechenden Prozessorauslastung des Arduino der Einsatz eines intelligenten Servo Controllers anzuraten – zumal davon auszugehen ist, dass sich die Genauigkeit und die Streuung beim Einsatz von mehr als einem Servo weiter verschlechtert.

Kalibrator 0 dBm (50 Ω)

Für einige meiner Projekte habe ich einen HF Kalibrator benötigt. Bei meinen Recherchen im Internet bin ich auf den Kalibriergenerator von Andreas Lindenau, DL4JAL (www.dl4jal.de), gestoßen, der eine Schaltung von Thomas Moliere, DL7AV, überarbeitet und auf SMD umgestellt hat. Besonders ansprechend fand ich die Möglichkeit, den HF Pegel mit einem Vielfachmessgerät einzustellen.

Mit den Layout-Daten, die Andreas Lindenau mir freundlicherweise zur Verfügung gestellt hat, konnte ich eine Musterserie Leiterplatten fertigen lassen. Die Beschaffung der Bauteile war ebenfalls kein Problem.

Die Leiterplatte wurde mit Hilfe einer einglöteten und verklebten BNC-Einbaubuchse an der Frontplatte des vorgesehenen Gehäuses befestigt. Zusätzlich habe ich als Einschaltkontrolle noch eine LED mit Konstantstromquelle auf einer Lochrasterplatte eingebaut.

Die folgenden Bilder zeigen das Gerät von vorne und hinten.

Das Signal macht – im Rahmen meiner Messmöglichkeiten – einen sehr stabilen und guten Eindruck.

P.S.: Ich habe noch einige Leiterplatten übrig, die ich gerne zu Selbstkosten (5 Euro plus Porto und Verpackung) abgebe. Wenn Sie Interesse haben, dann bestellen Sie direkt über PayPal im Shop.

Baudrate Bluetooth shield mit Arduino einstellen

Im Rahmen der Realisierung meiner digitalen OpenSource Bluetooth-Fernsteuerung ergab sich die Anforderung zum Einsatz eines Arduino Bluetooth Shield auf der Senderseite. Da dieser Shield defaultmäßig mit 38400 Baud arbeitet, aber mein Controller 9600 Baud benötigt, musste die Baudrate umgestellt werden. Diese Anpassung wollte ich nur mit einem Arduino vornehmen und keine weiteren Hilfsmittel, wie USB-Serial-Adapter einsetzen – zumal der Arduino bereits die benötigten 3,3 V Betriebsspannung für den Shield zur Verfügung stellt. Der einfachste Weg hierzu ist der Einsatz der USB-Schnittstelle des Arduino selber, da bei dieser Schnittstelle die Baudrate über den Arduino Serial Monitor vom Bediener angepasst werden kann.

Um jegliches “Störfeuer” an den Digitalpins zu vermeiden, wird der Reset-Eingang des Arduino fest mit GND verbunden und der Controller so “still gelegt”.

Danach habe ich den Bluetooth Shield aufgesetzt und die Jumperstellung für RX und TX gemäß dem folgenden Bild vorgenommen.

Jumpereinstellungen — Stellung der Jumper auf dem Bluetooth-Shield

Jetzt wird der Serial Monitor gestartet. Die Baudrate wird auf 38400 eingestellt. Zur Einhaltung des Protokolls ist es außerdem wichtig, dass am Zeilenende sowohl NL als auch CR übertragen werden. Nachdem ich einige leere Zeilen geschickt habe, erschien nach diversen unlesbaren Zeichen die Meldung “ERROR”.

Screenshot 1 — Screen Shot: Beginn der Programmierung

Nun wird die Programmierung durch die Übertragung einer weiteren leeren Zeile (entsprechend NL und CR) gestartet und das Kommando zur Umstellung der Baudrate auf 9600 eingegeben.

Screen Shot 2: Eingabe des Kommandos zur Baudratenumstellung

Nach dem Senden wird die erfolgreiche Ausführung mit “OK” quittiert Die folgenden Statusmeldungen werden mit der neuen Baudrate 9600 ausgegeben und sind daher hier nicht zu lesen.

Screen Shot 3: Quittierung der neuen Baudrate

Zur Überprüfung kann die Baudrate am Serial Monitor nun auf 9600 umgestellt werden. Nach einem Reset des Arduino wird dann ein Kommando eingegeben – ich habe die Baudrate einfach nochmal auf 9600 gestellt – und der Shield meldet sich nun mit einer lesbaren Statusmeldung.

Screen Shot 4: Prüfung der Programmierung mit neuer Baudrate

Damit ist die Programmierung abgeschlossen.