Entwicklung und Programmierung einer Robot Remote Control in LabVIEW: Anwendungen in der Nanostrukturierung (eBook)

Textprobe: Kapitel 2.0, Details des Roboters: Zunächst sollen Routinen und das Verarbeiten von Befehlen in LabVIEW an einem makroskopischen Modell, einem Robotersystem 'RP6' der Firma Arexx Engineerings, erprobt und angewendet werden. Dieses System wird gewählt, da die darauf befindlichen Mikrocontroller aus der ATmega-Reihe stammen und daher in den Programmiersprachen 'C' und 'CompactC' beschrieben werden können. Die Systeme sind auch an ein I²C genanntes Kommunikationssystem angeschlossen. Dieser serielle Datenbus bildet die Hauptverkehrsader für alle Sensor- und Befehlsdaten zwischen den Mikrocontrollern. Außerdem bieten die drei zum RP6 gehörenden kommerziellen Plattformen umfangreiche Hardware, Sensoren und vorbereitete Anschlussmöglichkeiten, sowie eine umfangreiche Bibliothek zum Ansteuern der Aktoren, zum Auslesen der Sensordaten und zur Verwendung serieller Schnittstellen und des Bussystems I²C. Ein weiteres Merkmal dieses Robotersystems ist der modulare Aufbau: Jedes weitere Modul kann ohne weitere Umstände auf das Vorhergehende gesteckt werden. Die Verbindung wird dabei durch zwei getrennte Bussysteme gewährleistet, den XBUS und den USRBUS [17]. Während der XBUS (von Expansion Bus, dem Erweiterungsbus) vom Hersteller Arexx bereits belegt ist mit den Leitungen des I²C, mit der Betriebs- und der Batteriespannung sowie mit einigen weiteren, für die kommerziellen Module wichtigen Leitungen, steht der USRBUS (von User Bus, dem Benutzerbus) mit seinen 14 Leitungen vollständig dem Anwender frei. Im Folgenden wird der Roboter in Hard- und Software erläutert, Aktoren und Sensoren werden beschrieben und die auf die einzelnen Mikrocontroller geschriebenen Programme werden erklärt. Danach werden eigene mechanische wie elektronische Erweiterungen aufgezeigt. Es soll darauf hingewiesen werden, dass die auf den Mikrocontrollern befindlichen Programme grundsätzlich sogenannte 'Open Source Software' sind, also öffentliche, nicht durch Rechte geschützte Programme, welche teilweise vom Hersteller des RP6 selbst veröffentlicht werden. Sie sind den Anforderungen dieser Arbeit angepasst und erweitert sowie teilweise umstrukturiert worden. 2.1, Grundsätzliche Strukturen eines C-Programms für Mikrocontroller: Zunächst soll eine allgemeine Struktur eines auf einem Mikrocontroller befindlichen Programms erläutert werden. Ein Programm besteht aus einem Hauptteil, den Bibliotheken, dem Makefile und dem Hexfile. Der Hauptteil (das sogenannte Mainfile) sowie die Bibliotheken sind hier in den Hochsprachen 'C' und 'CompactC' geschrieben. In den Bibliotheken werden häufig verwendete Funktionen ausgelagert, wodurch eine einzige Funktion an einer Vielzahl von weiteren Ereignissen beteiligt sein kann. Das Makefile beinhaltet alle für das Beschreiben eines Mikrocontrollers wichtigen Argumente. Dies sind unter Anderem die Mikrocontrollerklasse, die Taktrate und die verwendeten Bibliotheken. Diese Kenntnisse sind wichtig, wenn das Programm kompiliert wird zu einem für den Mikrocontroller verständlichen Maschinencode, welcher in einem Hexfile gespeichert wird. Dieses Hexfile wird dann in den Hauptspeicher des Mikrocontrollers geladen. Den wichtigsten Programmabschnitt stellt dabei der sogenannte Mainloop dar, eine Schleife, welche bis zum Zurücksetzen des Programms ununterbrochen abläuft. Sie kann folgendermaßen aussehen: while (1) {...Programmfunktionen...} Diese Schleife nennt sich while-Schleife und wird solange ausgeführt, bis ihr Argument, hier (1), nicht mehr wahr ist, also Null ist. Da die Eins stets verschieden von Null ist, wird die Schleife immer von Neuem ausgeführt. In dieser Schleife werden alle wichtigen Programmfunktionen aufgerufen, welche dann abgearbeitet werden. Bei den hier verwendeten Programmen sind dies vorwiegend Funktionen zum Lesen oder Beschreiben der seriellen Schnittstelle und der Kommunikationssysteme zwischen den Mikrocontrollern, zum Auslesen von Sensordaten und zum Schalten von Aktoren wie den Motoren, den LEDs oder den Servomotoren. Dabei können die im Mainloop aufgeführten Funktionen natürlich ihrerseits selbst Funktionen aufrufen, wobei die Funktionen sowohl im Mainfile als auch in den Bibliotheken stehen können [18, 19, 20].