Hardware

Der LDVBOT ist ein zweirädriger Roboter der von zwei Schrittmotoren angetrieben wird. Er besitzt 11 Infrarotsensoren zur Erkennung von Hindernissen und unterschiedlichen Untergründen. Seine Chassis und Räder wurden mit einem 3D-Drucker gefertigt. Er kann per Funk von einem Computer gesteuert werden. Um die Kosten des Roboters erheblich zu senken, wurde der Microcontroller und das Funkmodul ersetzt. Der Teensy 3.1 wurde gegen einen Arduino Pro Mini und das Xbee-Modul gegen ein nRF24L01+ getauscht. Dadurch wurden die Kosten des LDVBOTs von ca. 80 € auf 44 € gesenkt.

 

 

Hauptplatine

 

Die zentrale Einheit des LDVBOTs ist der Arduino Pro Mini. Dieser ist mit der Hauptplatine steckbar verbunden. Der Microcontroller besitzt 14 digitale I/O Pins und acht analoge Input Pins, wovon sechs auch als digitale I/O Pins genutzt werden können. Für den Roboter werden alle Pins benötigt (s. Pinbelegung).

Für Erweiterungen ist eine I2C Schnittstelle herausgeführt. Diese ist über eine JST Buchse auf der Hauptlatine erreichbar. Außerdem verfügt die Buchse noch über +5 V und Masse.

Der Roboter besitzt vier LEDs. Die Grüne leuchtet, sobald der Roboter mit Strom versorgt wird. Die rote LED kann entweder frei verwendet werden oder um eine kritische Akkuspannung von unter 7,4 V zu signalisieren. Die Gelbe und Blau können anstatt der I2C Schnittstelle frei verwendet werden. Dafür müssen zwei Jumper auf die Hauptplatine gesteckt werden. Die Nutzung dieser zwei LEDs und der I2C Schnittstelle gleichzeitig ist nicht möglich.

Die Versorgungsspannung von +5 V wird von dem Step down Modul bereitgestellt. Das Modul und der Spannungsteiler zur Messung der Akkuspannung wurden auf die Hauptplatine integriert.

Für das nRF24L01+ Funkmodul wurde vorne an der Hauptplatine eine gewinkelte Buchsenleiste angebracht. Da das Funkmodul eine Versorgungsspannung von 3,3 V benötigt, befindet sich ein weiterer Spannungsregler auf der Platine.

 

 

 

Sensoren

 

Abstandssensoren:

Um Hindernisse zu erkennen besitzt der Roboter jeweils acht Infrarot Sende- und Empfangsdioden vom Typ SFH 409 und SFH 309 FA. Damit am Mikrocontroller keine acht analogen Eingänge belegt werden, wurde der acht Kanal Multiplexer 4051 verwendet. Dadurch ist es möglich, die gewünschte Empfangsdiode mit drei Steuerleitungen auszuwählen und über einen Analogeingang auszulesen.

Bodensensoren:

Für die Erkennung von unterschiedlich stark refelektierenden Untergründen steht ein Bodensensormodul mit drei Infrarot Empfangsdioden zur Verfügung. Die Funktion beruht auf dem gleichen Prinzip wie die Abstandssensoren. Um eine asymmetrische Beleuchtung des Bodens zu verhindern wurden allerdings nur zwei Infrarot Sendedioden verbaut.

Aufgrund der Verschaltung der Empfangsdioden steigt der vom Arduino ausgelesene Wert eines Sensors mit zunehmender Reflektion. Um den Stromverbrauch der Sensoren gering zu halten, wurden zwei Mosfets IRF 7103 verbaut. Der Mosfet für die Bodensensoren befindet sich auf der Hauptplatine, der für die Abstandssensoren auf der Abstandssensorplatine. Die beiden Mosfets sorgen dafür, dass die Infrarot Dioden nur während des Auslesens eingeschaltet sind. Beide Mosfets werden über den gleichen Pin des Arduinos aktiviert.

 

 

Motoren

 

Der Roboter wird von zwei unipolaren Schrittmotoren 28BYJ-48 angetrieben. Als Motortreiber wurde jeweils eine doppelte H-Brücke L293DD verbaut. Um die Motoren mit jeweils zwei statt vier Pins des Arduinos ansteuern zu können, wurde noch ein Inverter HC 04  verbaut. Zur Verringerung der Stromaufnahme und der Erwärmung der Motoren können die Motortreiber über einen Pin des Microcontrollers aktiviert werden.

 

 

Anhänge:
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