Archiv der Kategorie: Aktoren

Aktoren und Peripherie die zum ansteuern von Aktoren nötig ist

Motor Platine V1

Die Motorplatine ist perfekt für kleine Roboter-Projekte geeignet, bei denen 2 bis 4 Antriebsmotoren verwendet werden.

Zusätzlich bietet sie Anschlüsse für zwei Servos und die analogen Ports und mit ihnen auch der I2C Bus, sind durchgeschleift.

Überblick

Hier die wichtigsten Daten im Überblick:

  • 2 Servoanschlüsse
  • 2 Motorbrücken
  • 1 Schieberegistert
  • 1 Resetschalter
  • 1 Externer Spannungsanschluss
  • 1 Power LED
  • Jumper – zur Unterbrechung der Boardspannung

Ansicht

Beschaltung

Einsatz

  • Zwei-Achs-Plotter
  • 2 oder 4 Rad-Roboter
  • Pan/Tilt Stativ

Motorbrücken

Mit Hilfe der Motorbrücken können 4 Gleichstrommotoren oder 2  Schrittmotoren (mit 4 Leitungen) betrieben werden. Die L293D Motorbrücken können Motoren bis zu einem Strom vom 600mA versorgen. (Kurzzeitig bis zu 1,2 A). Wird ein höherer Strom benötigt können weitere L293D IC’s huckepack auf die vorhandenen aufgelötet und parallel betrieben werden.

Das Schieberegister, ermöglicht es mit nur 3 Pins des Arduinos die Drehrichtungen der Motoren zu bestimmen.

(evtl. mal einen Beitrag zum Scheiberegister einfügen…).

Für die Ansteuerung der Motoren gibt es unteranderem eine Bibliothek von Adarfruit. Diese kann über Git oder die Arduino GUI herunter geladen werden (siehe unten).

https://github.com/adafruit/Adafruit-Motor-Shield-library/zipball/master

Die Motorbrücken belegen die folgenden Pins am Arduino:

  • Pin 11 Motor 1 – Geschwindigkeit
  • Pin   3  Motor 2 – Geschwindigkeit
  • Pin   5  Motor 3 – Geschwindigkeit
  • Pin   6  Motor 4 – Geschwindigkeit
  • Pin   4, 7, 8, 12 Richtungsvorgabe für alle Motoren über 74HC595 Register.

Servoanschlüsse

Das Bord verfügt über zwei Steckplätze für Standardservos. Jeder Steckplatz hat drei Pins jeweils einen für Strom, Masse und den Steuereingang.

Die Steuereingänge belegen die folgenden Pins am Arduino:

  • Pin 9    – Servo 1
  • Pin 10 – Servo 2

Externe Spannungsversorgung

Hier können von 4.5V bis zu 25V an Schraubklemmen angelegt werden. Bitte auf die Polung achten sonst rauchts …

Kompatibilität

Der Shield kann mit folgenden Boards verwendet werden.

Arduino Uno

Arduino Uno

Arduino Leonardo

Arduino Leonardo

Uno + WiFi

Bedingt kompatibel, es wird eine externe Spannungquelle benötigt um mehr als einen Servo zu betreiben.

Arduino Uno + WiFi

Software

Bibliothek installieren

Ich habe mir die Bibliothek über GitHub herunter geladen und sie manuell installiert. Über die Arduino GUI geht es etwas einfacher.

Bibliotheksmanger aufrufen:

Nach „motor“ suchen und die „Adafruit Motor Shield Library“ in der letzten Version installieren.  Aufgepasst es gibt eine „Adafruit Motor Shield V2“ diese kann leider nicht für die V1 Platine verwendet werden. (Motorplatine V2).

Servos ansteuern

Im Grunde werden die Servos ganz normal über die Arduino Bibliothek angesprochen. Wichtig für die Motorplatine ist nur, dass hier die Servos an Port 9 und 10 angeschlossen sind.

Meine Billigservos, harkeln einwenig an den Endpunkten, diese könnte man noch ausschliessen indem man die Konstanten min und max anpasst.

Über den Faktor kann die Schrittgröße bestimmt werden und über wait die wartezeit zwischen den einzelnen Schritten.

[gistpen id=“629″]

ServoTest.ino

Motoren Ansteuern

Für einen ersten Test habe ich das vorhandene Beispielprogramm verwendet.

Einfach auswählen, kopilieren und schon läuft Motor 1.

Um alle 4 Motoren zu testen, was nützlich erscheint um die Drehrichtungen (Polung) zu überprüfen, habe ich die Datei wie folgt angepasst.

MotorTest2.ino

Die Ausgabe sollte dann wie folgt aussehen.

Quellen

https://playground.arduino.cc/Main/AdafruitMotorShield

https://learn.adafruit.com/adafruit-motor-shield/library-install

https://learn.adafruit.com/adafruit-motor-shield

https://learn.adafruit.com/adafruit-motor-shield/faq

 

Motorbrücken

Die Ausgänge von Mircrocontroller sind meist nur mit wenigen milli Ampere Strom belastbar. Dies reicht zur Ansteuerung einer LED aus ,ist aber für Motoren und andere Bauteile die mehr Leistung benötigen, nicht ausreichend.

Weiterhin ermöglicht die Motorbrücke eine Erhöhung der Betriebspannung, so können an Microcontrollern die mit 3.3V oder 5V betrieben werden, auch Motoren mit einer Spannung von beispielsweise 12V angeschlossen werden.

Unter folgenden Link ist die Funktion der Motorbrücke sehr gut beschieben, weswegen ich hier auf eine erneute Beschreibung verzichte.

http://www.asurowiki.de/pmwiki/pmwiki.php/Main/Motorbruecke

Schaltung

http://www.asurowiki.de/pmwiki/pmwiki.php/Main/Motorbruecke Copyright GNU FDL

Ansicht

Einfache Motorbrücke für zwei Motoren

Motorbrücken zum Aufstecken auf den Arduino UNO. Hat Ausgänge für 4 Motoren oder 2 vierpolige Schnrittmotoren.

Link zum Artikel

Weitere Bilder folgend …

Quellen

http://www.asurowiki.de/pmwiki/pmwiki.php

https://de.wikipedia.org/wiki/ASURO

 

Motor Platine V2

Die Motorplatine V2 ist eingetroffen. Ich habe gleich mal das Testprogramm der V1 angepasst und die Platine auf den Wemos Uno gesteckt, um zu sehen ob die Beiden zusammen hormonieren.

Überblick

Hier die wichtigsten Daten im Überblick:

  • 2 Servoanschlüsse
  • 2 Motorbrücken
  • 1 Wire (I2c) ansteuerung für die Motoren
  • 1 Externer Spannungsanschluss
  • 1 Power LED
  • Jumper – zur Unterbrechung der Boardspannung
  • Platz für zusätzliche Schaltungen
  • Möglichkeit eine weitere Platine aufzustecken

Ansicht

 

 

Beschaltung

Kompatibilität

Die Platine kann mit folgenden Boards verwendet werden.

Arduino Uno

Arduino Uno

Arduino Leonardo

Arduino Leonardo

Wemos d1 d2 esp8266

Da die Platine über den I2c Bus betrieben funktioniert sie auch mit dem WeMos. Allerdings gibt es die bekannten Einschränkungen bei den Analogen Ports, hier ist nur einer durchgeführt.

WeMos D1 R2 ESP8266

Software

Bibliothek installieren

Installation über die Ardurino GUI.

Bibliotheksmanger aufrufen:

Nach „motor“ suchen und die „Adafruit Motor Shield Library V2“ in der letzten Version installieren. In meinem Fall ist das die 1.0.5.

Achtung es gibt auch eine Biliothek „Adafruit Motor Shield Library“  diese ist für die alte Version des Boards.

Servos ansteuern

Ist gleich zur V1 Platine.

Motoren Ansteuern

Ich habe einfach das Testprogramm des V2 Boards angepasst. Weitere Erleuterungen findet ihr hier.

MotorSchieldV2Test.ino

Quellen

https://learn.adafruit.com/adafruit-motor-shield-v2-for-arduino/overview

https://github.com/adafruit/Adafruit_Motor_Shield_V2_Library

https://store.arduino.cc/adafruit-motor-stepper-servo-shield-v2-3

Raspberry PI + Servo

Ansteuerung eines Standard Servos mit dem Raspberry PI 3.

Für die spätere Verwendung auf einem Roboter soll der Servo in +/- Grad mit Bezug zur Mittelstellung gesteuert werden.

Weiterhin soll für den Servo, da die beiden Hardware PWMs schon für einen anderen Zweck verwendet werden, der Software PWM zur Anwendung kommen.

Auf die Funktionsweise eines Servos gehe ich hier nicht ein, dies kann bei Bedarf bei http://rn-wissen.de/wiki/index.php/Servos oder anderen Websites nachgelsen werden.


Hardware

PI3 (oder älter bitte auf die richtigen Pins achten)
Standard-Servo
Diverse Kabel ( Vorgefertigte Pin-Header Kabel)


Aufbau

GPIOs

  • Ansteuerung des Servos GPIO 27

(Die GPIOs gelten nur in Verbindung mit pi4j und wirePi)

 

Plan

 


Software

Entwicklungsumgebung

Als Entwicklungsumgebung verwende ich BlueJ auf dem PI selbst. Hiermit habe ich die folgenden Klassen erstellt.


Code

Erste Testklasse

Hier die erste Testklasse welche alle Positionen des Servos mal abfährt.

[gistpen id=“232″]

Servo-Klasse

Klasse zur Steuerung des Servos. Die zwei wichtigsten Methoden sind:

  • setPos – Setzen der Position, Wertebereich von posMin bis posMax wobei (posMax-posMin+1)  die Mittelstellung ist.
  • setDeg – Diese Methode projeziert die eingegebende Gradzahl auf die möglichen positionen (sehr ungenau 🙁 )

[gistpen id=“228″]

Test-Klasse

Klasse mit Main-Methode zum Testen des Servos. In der Main-Methode werden alle Positionen abgefahren wobei die Positionierung über den Winkel relativ zur 0 Position erfolgt.

[gistpen id=“230″]


Tips

Das Positionieren über die PI4j Lib ist sehr ungenau für die 180° Bewegungspielraum des Servos stehen gerade mal rund 20 (+-2) Positionen zur Verfügung. Das sind rund 9° pro Position.  Evtl. sollte man vorher testen welche Positionen für den Aktuellen Zweck am besten geeignet sind. Sollte der genaue Winkel wichtig sein, ist es besser diesen vorab zu messen als ihn über die setDeg Methode berechnen zu lassen.

Es gibt noch weitere Lib’s (Servoblast, … ) die evtl genauer sind, evtl müsste man auch überlegen die Programmiersprache zu wechseln und dann den Ensprechenden Code über das Nativ-Interface anzusprechen bzw. irgendwie anders 😉 .


Einen anderen Weg gehen …

Ich habe versucht den Software PWM innerhalb eines Threads laufen zu lassen, jedoch ohne Erfolg. Der Servo weigert sich zu funktionieren.  Über die Ursache hierfür bin ich mir noch im unklaren ich nehme allerdings an, dass hierdurch der Timer zerschossen wird.

Nach diversen Tests mit unterschiedlichen Frequenz-Einstellungen habe ich mich entschlossen ServoBlaster od.  besser die PI variante (PiBits) zu verwenden. Die Installation gestaltet sich einfach wie folgt.

[gistpen id=“257″ ]

Jetzt muss der ServoBlaster nur noch über Java angesprochen werden. Hier ein einfaches Beispiel zum testen.

… kommt noch

Die Implementierung in anständigen Klassen sieht dann wie folgt aus.

… kommt noch


Tips für den neuen Weg

Wenn die exec Funktion von Java nix macht ist hier ein guter Link zum Bugfixing.

http://www.javaworld.com/article/2071275/core-java/when-runtime-exec—won-t.html

Weiterhin könnte es helfen nicht die Println Methode zu verwenden, da zumindest mein PI den Abschluss der Zeile nicht richtig interpretieren konnte. (Beispiel „5=100\n)“ sollte funktionieren).

 

Quellen

http://razzpisampler.oreilly.com/ch05.html
https://github.com/Pi4J/pi4j/blob/master/pi4j-example/src/main/java/MaestroServoExample.java
https://www.bluej.org/raspberrypi/ServoMotor.html
https://phyks.me/2015/05/controlling-servomotors-on-a-raspberry-pi.html
http://rn-wissen.de/wiki/index.php/Servos
https://github.com/richardghirst/PiBits/tree/master/ServoBlaster

Raspberry Pi Servo Motor Steuerung

Between 0 and 1 – PWM with Raspberry Pi

 


Anhang

Pin-Belegung

 

Pi4J + BlueJ

Da ich am liebsten im Java programmiere, verwende ich die Bibliothek Pi4J zur Ansteuerung der GPIOs am Raspberry Pi 2 und 3.

Auf die Installation der Bibliothek werde ich nicht näher eingehen, da dies auf den folgenden Webseiten schon erschöpfend beschrieben wurde.

http://pi4j.com/install.html
http://pi4j.com/utility/pi4j.html
http://www.forum-raspberrypi.de/Thread-tutorial-ansteuerung-der-gpio-ports-mit-pi4j

Auch wichtig zu wissen ist, dass Pi4J auf der wiringPI Bibliothek aufbaut und diese natürlich mit installiert werden muss.

Als Entwicklungsumgebung verwende ich BlueJ, weil man hier auch gleich noch ein Klassendiagramm mit bekommt.

Also Doku gibts genug, warum dann dieser Beitrag?

Ich möchte nach und nach eine kleine FaQ erstellen mit den Problemen die ich während der Nutzung dieser beiden Tools hatte, habe und haben werde.

Die Ports machen nix

In der alten Version vom BlueJ, scheint in den Einstellungen das Flag zur Auführung als Root nicht richtig initialisiert zu sein. Nach dem Start von BlueJ einfach das Flag entfernen und wieder rein machen dann gehts. Dieses Problem scheint in der aktuellen Version behoben zu sein.

Sollte es dann immer noch nicht klappen einfach mal die IOs auf der Console testen. Hilfe gibts hier oder hier.

Soweit ich weiss muss man zur Ansteuerung der GPIOs root (od. sudo) rechte besitzen. Der Benutzer pi ist ensprechend gut ausgestattet und eignet sich am Besten für erste Tests. (Man soll sich ja nicht mehr als root anmelden ;( ).

Nach dem Upgrade geht nix mehr

Ich habe meinen Raspberry auf die neuste Version aktualisiert. Hierbei wurde auch der Kernel auf die Version 4.9.32 aktualisiert. Danach gingen die GPIOs nicht mehr. Ein Downgrade des Kernels auf die Version 4.4.50 hat das Problem erstmal gelöst. Hilfe hierzu gibt es hier und hier.

Software PWM beim Servo

Für ca. 180° stehen beim Software PWM leider nur 20 Stellungen/Schritte für den Servo zur Verfügung was ca. 9° pro Schritt entspricht.
Weiterhin gibt es durch andere Funktionen im Betriebssystem oft gewackel am Servo (jitter). Man sollte ihn so programmieren, dass die entsprechende Stellung angefahren wird und dann den PWM wieder ausschalten.

Eine bessere Möglichkeit ist natürlich einen Hardware PWM zu verwenden, wenn man noch einen frei hat ;).

Andere Bibliotheken die besser funktionieren sollen habe ich noch nicht getestet hier eine kleine Auflistung, diese müssten dann gegebenen Falls mit dem Java Native Interface angesteuert werden:

Weiteres zu PWM [1] [2] [3]

Weiter Probleme werden sicherlich folgen ….

Raspberry PI 3 + Motorsteuerung

Ziel ist es mit dem Raspberry PI 3 unter Zuhilfenahme einer Motorbrücke, 2 Gleichstrommotoren zu betreiben.

Dies soll später genutzt werden um einen zweirädrigen Roboter anzutreiben.


Hardware

PI3 (oder älter bitte auf die richtigen Pins achten)
Motorbrücke L9110s
2x DC Motor
Diverse Kabel ( Vorgefertigte Pin-Header Kabel)


Testaufbau

GPIOs am Raspberry

  • Motor1 Richtung GPIO 26
  • Motor1 Geschwindigkeit GPIO 1
  • Motor2 Richtung GPIO 24
  • Motor3 Geschwindigkeit GPIO 23

(Die GPIOs gelten nur in Verbindung mit pi4j und wirePi)

Plan


Software

Entwicklungsumgebung

Als Entwicklungsumgebung verwende ich BlueJ auf dem PI selbst. Hiermit habe ich vier Klassen erstellt. Diese werden im folgenden Abschnitt kurz erklärt.


Code

Da ich anfänglich ein paar Probleme hatte und die Motorbrücke nicht wie erwartet reagierte, habe ich mich langsam an das Thema herangetastet.

Digitale Ansteuerung

Zuerst habe ich eine kleine Testklasse geschrieben, welche die Motoren digital ansteuert. Hiermit konnte ich die richtige Verkabelung sicherstellen. Mit diesem Test ist noch keine Geschwindigkeitsregulierung möglich.

[gistpen id=“197″]

PWM Ansteuerung

Als nächstes habe ich eine Testklasse erstellt, die den Hardware PWM benutzt und ebenfalls die Richtungen wechselt.

[gistpen id=“205″]

Funktionalität in Klasse gepackt

Als letzten Schritt habe ich eine Klasse Drive zur Steuerung beider Motoren und die dazu gehörende Testklasse erstellt.

Drive Klasse

Klasse zur Steuerung der zwei Motoren.

[gistpen id=“207″]

Test-Drive Klasse

Klasse zum Testen der Motoren. Diese testet, wie auch im vorhergehenden Beispiel,  unterschiedliche Geschwindigkeiten und Richtungen.

[gistpen id=“209″]

 


Tips

Motoren drehen nicht in die richtige Richtung

Sollten die Motoren nicht in die richtige Richtung drehen, einfach die polarität am Anschluss an der Motorbücke vertauchen bis es passt. Sollte das nicht möglich sein, die Methoden forwardLeft/Right() und backwardLeft/Right() entsprechend anpassen.

Raspberry rebooted bei Aktivierung/Betrieb der Motoren

Sollte beim Einschalten/Betrieb der Motoren der Raspberry neu booten, kann dies am hohen Stromverbrauch der Motoren liegen. Dann sollte man überlegen die Motoren entweder über eine zusätzliche Spannungsquelle zu versorgen oder zumindest die Motoren mit einer Spule zu entstören. Condensatoren können zusätzlich Spannungspitzen abfangen.

Mehr zur Entstörung:

http://www.bnhof.de/~ho1645/entstoer.htm
https://www.mikrocontroller.net/articles/Motoransteuerung_mit_PWM

Schaltung mit zusätzlicher Spannungsquelle:

Hier wird der L9110 mit einem LiPo versorgt, wichtig ist es die Masse des Lipo mit der des Raspberries zu verbinden, sonst funktioniert es nicht. Der Lipo sollte im Bereich 3.7v und < 12V liegen (Beschränkung des L9910).

 


Quellen

Beispiel auf GitHub
PI4j Webseite
PWM + Motoren allgemein beim RoboterNetz

Einige andere Webseiten waren auch noch nützlich, einfach mal Google bemühen.


Anhang

Pin-Belegung

http://www.pi4j.com

Motorbrücke L9110s

Hier ein paar Informationen über die Motorbrücke L9110s. Ich habe ein Modul mit zwei dieser Treiber im Einsatz. Ein Hauptvorteil dieses Moduls ist der geringe Preis. Ein Nachteil ist die geringe Stromabgabe die ihn für größere Motoren unbrauchbar macht.

Zur Steuerung der Motoren sind jeweils zwei Pins pro Motor nötig.

Pinbelegung

Laut dateblatt ist die Beschaltung wie folgt:

Vorwärts:

Pin1 – PWM-Signal für die Geschwindigkeit
Pin2 – Auf Masse

Rückwärts:

Pin1 – Auf Massse
Pin2 – PWM-Signal für die Geschwindigkeit

! Die Beschaltung wie bei Anderen Motorbrücken z.B. L293 .. :

Pin1 – gibt die Geschwindigkeit mit Hilfe einen PWM Signals vor
Pin2 – gibt die Richtung mit digital High/Low vor.

Hat mit diesem Modul nicht funktioniert.

Es gibt jedoch einen Trick um trotzdem nur 2 PWM Pins verwenden zu können:

Vorwärts:

Pin1 – PWM-Signal für die Geschwindigkeit
Pin2 – Auf Masse

Rückwärts:

Pin1 – PWM-Max – PWM-Signal für die Geschwindigkeit
Pin2 – Auf VCC.

PWM-Max ist hierbei der maximale Wert bei dem Der PWM über die komplette Periodendauer auf High ist. Beispiel PWM von 0-255. dann ist PWM-Max = 255.

Technische Daten

BeschreibungWert
Anz. Motor2
TreibershipL9110s
VCCmin2,5V
VCCmax12V
Imax0,8A
Größe2,8 cm x 2,1 cm
Preis~ 0,60€

Beschaltung des Modules

Laut Datenblatt

Vorwärts

A-1A – PWM signal gibt die Geschwindigkeit an
A-1B – auf Masse

B1A – PWM signal gibt die Geschwindigkeit an
B1B- auf Masse

Rückwärts

A-1A – auf Masse
A-1B – PWM signal gibt die Geschwindigkeit an

B1A – auf Masse
B1B- PWM signal gibt die Geschwindigkeit an

Links? drehen

A-1A – PWM signal gibt die Geschwindigkeit an
A-1B – auf Masse

B1A – auf Masse
B1B- PWM signal gibt die Geschwindigkeit an

Rechts? Drehen

A-1A – auf Masse
A-1B – PWM signal gibt die Geschwindigkeit an

B1A – PWM signal gibt die Geschwindigkeit an
B1B – auf Masse

Schaltung mit nur 2 PWMs

PWM-Max = 1000

Vorwärts

A-1A – PWM Signal gibt die Geschwindigkeit an
A-1B – auf Masse

B1A – PWM Signal gibt die Geschwindigkeit an
B1B- auf Masse

Rückwärts

A-1A – 1000 – PWM Signal gibt die Geschwindigkeit an
A-1B – auf Vcc

B1A – 1000 PWM Signal gibt die Geschwindigkeit an
B1B- auf Vcc

Links? drehen

A-1A – PWM Signal gibt die Geschwindigkeit an
A-1B – auf Masse

B1A – 1000 – PWM Signal gibt die Geschwindigkeit an
B1B – auf Vcc

Rechts? Drehen

A-1A – 1000 – PWM Signal gibt die Geschwindigkeit an
A-1B – auf Vcc

B1A – PWM Signal gibt die Geschwindigkeit an
B1B – auf Masse

Quellen

Datenblatt l9110
Datenblatt Platine