Die Idee, die hinter diesem Projekt steht, ist ein Modellschiff der Firma Graupner mit einer Mikroprozessorsteuerung auszustatten.
Einige Aufgabenschwerpunkte dieses Projektes sind:
Wie können vorhandene autonome Steuerungen verwendet werden?
Lösung : Es wurde eine komplette Eigenentwicklung verwendet, da alles vorhandene zu teuer oder nicht kompatibel ist / war.
Wie läßt sich ein Mikroprozessors mit der im Modellbau verwendeten Schiffselektrik koppeln?
Lösung : Via PWM lassen sich die Servomotoren ansteuern, aber zur sicheren Steuerung muß noch eine Backup Lösung realisiert werden.
Welche Sensoren können auf dem Wasser eingesetzt werden?
Lösung :
Bumper zur Steuerung des Anlege- und Ablegeverhaltens
Ultraschallsensoren zur Erkennung der Umwelt
Bildverarbeitung zur Erkennung der Umwelt (in Testphase)
Durchflussmesser zur Ermittlung der Geschwindigkeit (geplant)
GPS zur Positionsbestimmung (geplant)
Witterungsverhältnissen auf dem Wasser?
Lösung : nicht eindeutig spezifizierbar (Testreihen sind in Vorbereitung)
Es müssen softwareseitig einige Module zur Steuerung entwickelt werden
z.B.
Generierung einer PWM (sofern beim Mikroprozessor nicht schon vorhanden)
Erkennung der Position des Schiffes in der Hafenanlage
richtiges Reagieren in schwierigen Situationen (Astgabel, Enten usw.)
Zur Realisierung des Projektes wurde ein Modellschiff der Marke Graupner aus Privatbesitz verwendet. Dieses 1,20m lange Modell bringt die nötige Platzkapazität zum Einbau einer Versuchssteuerung mit. Als Stromversorgung wurden zwei Bleiakkumulatoren mit 12V / 7,5A und 12V / 3,2A verwendet. Dadurch war / ist eine dauerhafte Stromversorgung gewährleistet.
Als erstes wurde eine Platine zur Ansteuerung der Servos (für Lenkung) und des Fahrtenreglers (Geschwindigkeit) entwickelt. Die hier verwendeten Mikroprozessoren der Firma Renesas wurden aus Kosten- und Interessengründen verwendet. Durch die geringen Abmaße des Renesas R8c wurde ein komplexer Aufbau der Steuerplatine möglich. Ein Mikroprozessor (R8c) wurde fest im Modell installiert. Andere wurden zu Test- und Programmierzwecken auf Versuchsplatinen aufgebaut.
Anfängliche Überlegungen, Leistungstreiber zur Ansteuerung der Fahrtmotoren zu verwenden, wurde durch den Einsatz der Leistungsausgänge des R8c überflüssig. Durch einen bei Reichelt (www.Reichelt.de) erstanden Ultraschallentfernungsmesser wird die Umgebung auf Hindernisse und ihre Entfernung zum Modell abgesucht. Einige Probleme entstanden bei der Kopplung des Entfernungsmessers mit dem R8c. Da der R8c nicht mit externen Interrupts umgehen kann, wurde ein ATmel Mega 32 zur Protokollumsetzung verwendet. Der ATmega 32 hat zwei Eingänge für high und low aktive Interrupts. Beide wurden mit den RxD und TxD Ausgängen des Ultraschallentfernungsmessers verbunden. Eine Schwierigkeit hierbei war, die Signale durch den Leitungsquerschnitt und die Leitungslänge nicht zu verfälschen. Dieses gelang durch relativ kurze hochflexible Leitungen mit einem Querschnitt von 2,5mm².
Die Stromversorgung des Entfernungsmessers und der Antriebsmotoren wurde durch den größeren der beiden Bleiakkumulatoren sichergestellt. Die Größe des Akkus ermöglichte mit einer Ladung Tests über das ganze Semester lang. Zusätzlich zu dem Ultraschallentfernungsmesser wurden Bumper zur Erkennung der Hafenanlage eingesetzt.
Um ein sicheres An- und Ablegemanöver zu gewährleisten, wurden pro Seite 2 Bumper in Form von Mikroschaltern verwendet. Durch diese 4 Mikroschalter konnten die verschiedensten Gefahrensituationen abgefragt werden. Realisiert wurden hier neben dem An- und Ablegen, Ausweichmanöver bei Hindernisberührung und ein Notverhalten bei Kollision mit einer Astgabel. Durch die unzuverlässige Entfernungserkennung des Ultraschallsensors war ein verlässliches Hindernisausweichen des Modells nicht möglich.
Zur Zeit wird versucht, diesen Fehler durch verschiedene Messreihen zu ergründen und durch ein kameragestütztes Auswertesystem zu ergänzen.
Die verwendete Programmiersoftware für den jeweiligen Mikroprozessor wurde von der entsprechenden Firma beim Kauf mitgeliefert.
Hier ist noch ein kleines Video der ersten Testfahrten: Film als avi hier, Film als mp4 hier
Weitere Aufnahmen werden nach einigen Weiterentwicklungen folgen.
Auf diesem Bild ist das automatische Ausweichen zu sehen
Auf diesem Bild ist das automatische Anlegen zu sehen
RxD und TxD Signal des Ultraschallentfernungsmessers bei einer Entfernung von 11,93m zum Hindernis
Prinzipschaltbild der kompletten Steuerung des Modells
Frank Freyer
E-Mail: f.freyer (at) gmx.net
(HAW Hamburg, Fakultät Technik und Informatik, Department Informations- und Elektrotechnik)
Christian Ahlf
E-Mail: ahrensburg (at) web.de
(HAW Hamburg, Fakultät Technik und Informatik, Department Informatik)
® © Freyer, Ahlf 2006