Autoren:
Datum: 23.05.96
Zusammenfassung:
Dieser Bericht beschreibt die auf dem Rollstuhl im 19-Zoll-Rack enthaltenen Platinen, den Schnittstellenkasten und die Stecker für das SAUS- und das Analogneuronen-Projekt. Dabei wird im wesentlichen auf die Pinbelegung und die Verkabelung eingegangen. Die zahlreichen Abbildungen sind leider aus technischen Gründen unter html nicht vorhanden. In der Postscriptvariante "Schnittstelle.ps" sind sie dafür fast alle ans Ende des Berichtes gerutscht. Bisher konnte ich das noch nicht beheben, so daß das fürs erste so gehen muß. Man lasse sich also nicht von Ankündigungen wie "die folgende Grafik zeigt..." irritieren, sondern schaue gleich am Ende nach.
Die folgende Tabelle zeigt die in diesem Bericht verwendeten Abkürzungen für Pinbelegungen und Kabel- und Steckerfarben. Für Farben gilt generell, daß Steckerfarben groß und Kabelfarben klein geschrieben, bzw. abgekürzt, werden.
(Abbildung:
)
Das 19-Zoll-Rack auf dem Rollstuhl enthält zahlreiche Platinen, deren Bedeutung und Pinbelegung hier beschrieben wird. Dabei wird die Funktionsweise der CAN-Bus-Knoten nur grob beschrieben. Näheres ist den Beschreibungen zu den einzelnen Knoten zu entnehmen.
Hier zunächst eine Übersicht über die Anordnung der Knoten im Rack. Die Reihenfolge ist von der Rückseite aus gesehen.
(Abbildung:
)
Die beiden Platinen zur Stromversorgung wandeln die 24 Volt der Batterie in +12 Volt um, die z.B. die CAN-Bus-Knoten benötigen, und erzeugen außerdem -12 Volt, die für die Analogneuronen gebraucht werden. Während Platine 1 die eigentliche Ansteuerung übernimmt, ist Platine 2 dieser vorgeschaltet und sorgt dafür, daß beim Wechseln der Richtung das Start-Stop-Signal kurz auf null gesetzt wird, da der Motor sonst nicht umschaltet. Dies hat rein elektrotechnische Gründe und ist für die Ansteuerung von außen nicht wichtig.
(Abbildung:
)
Der CAN-Bus-Knoten Alpha ist für die Auswertung der vorderen und seitlichen Bumper zuständig. Außerdem steuert er die Geschwindigkeit und das Vorwärts-, bzw. Rückwärtsfahren.
(Abbildung:
)
Die beiden Adapterplatinen gehören unmittelbar zum Knoten Alpha hinzu. Sie enthalten Buchsen, über die früher die Bumper hinein und die Motorsignale herausgeführt wurden. Da diese Signale jetzt über den Schnittstellenkasten und die Centronics-Stecker gehen, werden die Buchsen nicht mehr benutzt, obwohl sie auch weiterhin alternativ zu diesen benutzt werden können. Die Platinen haben aber auch noch einen weiteren Zweck: Die Schaltungen auf ihnen bewirken, daß an den Alpha-Knoten LOW-Signale geliefert werden, wenn Bumper gedrückt sind, und HIGH-Signale, wenn sie nicht gedrückt sind. Dies ist ein wichtiger Sicherheitsaspekt, da ein nicht richtig angeschlossener Bumper somit kein Sicherheitsrisiko darstellt.
(Abbildung:
)
Die Steuerplatinen 1 und 2 sind über den runden Stecker mit dem Motor verbunden. Sie wurden von Ulf Burmester, einem Techniker hier an der Universität gefertigt und über ihre Funktionsweise ist im wesentlichen zu sagen, daß sie Eingänge für Geschwindigkeit, Vor-/Rückwärts, Links und Rechts haben und diese an den Motor (mit einigen elektrotechnischen Details dazwischen) weiterleiten.
Ohne daß diese Platinen über den runden Multistecker mit dem Gegenstück an der rechten Seite des Rollstuhls verbunden ist, tut sich gar nichts, sprich der Rollstuhl fährt und lenkt nicht.
(Abbildung:
)
Diese beiden CAN-Bus-Knoten sind für die Lenkung(Gamma) und die Induktivsensoren(Beta) zuständig. Die Induktivsensoren gehen nicht über die Centronics-Stecker, sondern sind fest an den Beta-Knoten angelötet.
(Abbildung:
)
Eine Platine, die Andreas und ich für das Analogneuronen-Projekt "gebastelt" haben. Sie dient unter anderem dazu, einstellbare Spannungen zu generieren und ein Zufallssignal zu erzeugen. Für das SAUS-Projekt hat sie keinerlei Bedeutung.
(Abbildung:
)
Der Delta-Knoten ist für das Abfragen der Ultraschallsensoren verantwortlich. Dazu kommuniziert er über seine serielle Schnittstelle mit der Auswerteelektronik, an die die Sensoren (fest gelötet) angeschlossen sind. Diese kann bis zu 8 Ultraschallsensoren ansprechen und verfügt über diverse Funktionen, mit denen man einstellen kann, welcher Sensor feuert, welcher empfängt, usw.
(Abbildung:
)
Die folgende Grafik zeigt eine Übersicht über den Aufbau des Schnittstellenkastens mit den Buchsen für die Bananenstecker und den Centronics-Buchsen.
(Abbildung:
)
Über die 100 Bananensteckerbuchsen sind sämtliche Sensoren und der Motor mit der Schnittstelle verbunden. Die einzelnen Stecker sind jeweils beschriftet. Die Bedeutung läßt sich im Zweifelsfalle der Abkürzungsübersicht weiter oben entnehmen. Zu beachten ist, daß die Sichtweise von innerhalb des Schnittstellengehäuses ist. Von auserhalb gesehen ist also alles spiegelverkehrt! Wen das zu sehr verwirrt, der werfe noch mal einen Blick auf die vorhergehende Übersicht zum Schnittstellenkasten. In Klammern stehende Abkürzungen geben die Farben der STECKER (nicht der Kabel) an.
(Abbildung:
)
Über die beiden Centronics-Buchsen können die Sensorinputs und Motorkommandos je nach Bedarf von den verschiedenen Projekten abgegriffen werden. Die beiden Buchsen haben zusammen genau 100 Pins, es können also alle 100 Bananenstecker-Inputs weitergeleitet werden. Von ihnen wird für das SAUS-Projekt im Moment nur Buchse 1 benutzt. Das Analog-Projekt benutzt Buchse 1+2. Erläuterungen zu den Pinbelegungen:
Pin 12 an Buchse 1 hatte eigentlich keine Belegung. Er ist nur deshalb mit Pin 13 verbunden, also auf 0V gelegt, weil sich gezeigt hat, daß im Stecker, wo mehrer Pins mit 0V verbunden werden müssen, ein Pin ein bißchen wenig "Angriffsfläche" bietet.
Die Pins 33 bis 36 an Buchse 1 sind mit Pin 37 verbunden. Dies bringt zunächst einmal keinen wesentlichen Effekt. Da aber Pin 37 auf der Steckerseite mit der Referenzspannung für die Bumper belegt wird, werden dadurch alle Bumper mit ihr beliefert. Diese Verbindung hätte man auch auf der Steckerseite machen können, aber erstens ist sie ist für alle Endabgreifer, die mit Centronics-Steckern an die Schnittstelle gehen, sinnvoll und zweitens ist hier auf der Buchsenseite einfach mehr Platz.
Das gleiche Prinzip bei Buchse 2 und den Pins 4, 6, 8 usw. Hier werden die Infrarots mit einer Referenzspannung beliefert. Welche das ist, wird auf der Steckerseite festgelegt. Zusätzlich werden noch die Pins 28, 30, 32 usw. mit 0V beliefert.
(Abbildung:
)
Dies sind die zwei Stecker, die für das SAUS-Projekt an die Schnittstelle angeschlossen werden müssen. Im Moment wird allerdings nur der erste Stecker benutzt. Der zweite wird voraussichtlich hauptsächlich die Infrarotsensoren abdecken. In Klammern ist hier jeweils angegeben, zu welcher Platine die Kabel an den Pins gehen. Genaueres ist den Beschreibungen zu den jeweiligen Platinen zu entnehmen.
Erläuterungen zu Verbindungen im Stecker:
An Stecker 1 sind die Pins 14 (BSR) und 39 (BSL) mit Pin 13 (U0V) verbunden. Dadurch wird in die Seitenbumper als Input 0V gegeben, d.h. sie liefern 0V Output, wenn sie gedrückt sind.
Ebenfalls ist Pin 37 (UREFBV/H) an Stecker 1 auf 0V gelegt. Dadurch schalten auch die vorderen und hinteren Bumper 0V durch, wenn sie gedrückt werden. Dies allerdings nur annäherungsweise, da sie noch einen Innenwiderstand haben. Hierbei spielen auch die Schaltungen auf der Adaperplatine A eine Rolle, da die Bumperoutputs zunächst noch über diese laufen, bevor sie in den Knoten Alpha gehen und dort ausgewertet werden. Ein Schaltplan der Adapterplatine befindet sich in der Beschreibung zum Knoten Alpha (ist aber auch wirklich nur für den wichtig, der es ganz genau wissen will).
(Abbildung:
)
Diese zwei Stecker werden vom ANALOG-Neuronen-Projekt von Andreas benutzt. Wie am Schaltplan zu sehen ist, sind an Stecker 1 die Pins 14, 39 und 37 alle auf 12V gelegt, statt auf 0V wie beim SAUS-Projekt. Dadurch verhalten sich die Bumper hier andersherum, d.h. sie schalten auf HIGH (also 12V), wenn sie gedrückt werden. Daß noch Widerstände von den Ausgängen der Bumper (Pin 8-11) zu 0V gehen, hängt mit dem Innenwiderstand der Bumper zusammen. Diese Widerstände, die aus Platzgründen tatsächlich im Inneren des Steckers untergebracht sind, haben vergleichbare Gegenstücke im SAUS-Projekt auf der Adapterplatine A.
Auf Stecker 2 sind für jeden Infrarotsensor jeweils zwei Pins verbunden. Über diese wird eingestellt, daß die Infrarotsensoren als Hellschaltung funktionieren, also die Referenzspannung durchleiten, wenn sie ein Hindernis sehen.
(Abbildung:
)
Was muß angeschlossen sein, damit der Rollstuhl benutzt werden kann? Was muß man wieder abziehen nach Benutzung?