V3

Formula-Flowcode is een complete hardware- en software-oplossing voor het onderwijzen in elektronica en programmeren.
Dit artikel beschrijft wat Formula-Flowcode is, hoe het werkt en hoe het kan worden ingezet om alles over robotica te leren.

In figuur 1 zien we de Formula Flowcode Buggy met een lijst van componenten en eigenschappen.

Figuur 1. De verschillende onderdelen van Formula-Flowcode

Hoe werkt hij?
Laten we bij het begin beginnen.
De hele robot is ontworpen rond de nieuwe, krachtige PIC18F4455-microcontroller van Microchip.
Deze zit in een behuizing met 40 pennen en werkt op een klokfrequentie van 24 MHz. Zodoende voert hij programma’s uit met de snelheid van 6 MIPS.

 

Figuur 2. Vereenvoudigd schema van de PIC18F4455.
Alleen de pennen die hier gebruikt worden zijn weergegeven.
D staat voor digitaal en A staat voor analoog.

In figuur 2 staan bij wijze van kennismaking de belangrijkste gegevens op een rij.
De chip kan rechtstreeks op de USB-bus worden aangesloten en bevat een bootloader-programma
waarmee hij geprogrammeerd kan worden vanuit Flowcode 3.
De PIC18F4455 heeft:

  • twee onafhankelijke hardware-bestuurde PWM-uitgangen
  • een UART
  • I2C
  • analoge ingangen
  • pen-, poort- en timer-interrupts
  • veel digitale I/O-lijnen.

Aansturen van gelijkstroommotoren
De twee gelijkstroommotoren zijn elk voorzien van een eigen tandwieloverbrenging. Ze worden gevoed vanuit een L293D-IC met twee volledige H-bruggen (zie figuur 3).
De draairichting en snelheid van elke motor kan apart bestuurd worden vanuit het Flowcode-programma en dat maakt de meest fantastische bewegingen mogelijk.
Zoals blijkt uit het schema, gebruikt de L293D vier output-lijnen van de PIC.
Twee uitgangen (RE0 en RE1) bepalen de draairichting en de beide andere uitgangen leveren het PWM-signaal van RC1 en RC2 en bepalen daarmee de draaisnelheid van de wielen.

 

Figuur 3. Schema van de dubbele H-brug
op basis van de L293D.

 

Figuur 4. Twee schakelaars, acht LED’s en een E-Blocks-connector.

 LED’s, schakelaars en uitbreidingen met E-Blocks
Het schema van de I/O-hardware is te zien in figuur 4.
De acht LED’s en twee schakelaars aan de voorkant van de robot zullen goed van pas komen bij de eerste oefeningen in het programmeren met Flowcode, maar zijn ook later erg handig bij het debuggen van ingewikkelde programma’s.

Geluid, I/O en lichtsensor
De robot kan reageren op geluid (in de handen klappen) met
behulp van een microfoon met versterker die is aangesloten op
RB2. Zoals te zien is in figuur 5 kan deze ingang gebruikt worden
als digitale input, als interrupt-ingang en zelfs als analoge ingang.
De robot bevat ook een hoogohmig luidsprekertje waarmee tonen
van 100...17.000 Hz kunnen worden weergegeven.
Aan de voorkant van de robot zit een kleine lichtsensor die naar voren gericht
is en informatie geeft over de hoeveelheid licht voor de robot.

 

Figuur 5. Schema van de microfoon, luidspreker en lichtsensor.

 

Figuur 6. Afstandsmeter aan boord van de Formula Flowcode Buggy.

 Infrarode afstandsmeting
De robot heeft ook drie afstandssensoren aan boord, één aan de voorkant en twee aan weerskanten van de hoofdprint (zie het schema in figuur 6). Elk van deze sensoren bestaat uit een IR-LED die infrarood licht uitstraalt en een infrarood sensor die een analoog signaal genereert dat omgekeerd evenredig is met de gereflecteerde hoeveelheid licht.
Lijnvolger
Aan de voorkant is ook een klein hulpprintje aanwezig met twee intelligente infrarood-sensoren die via de I2C-bus bestuurd worden.
Deze sensoren kunnen een zwarte of witte ondergrond foutloos herkennen op een afstand van 1...6 mm. Met deze sensoren kan de robot een witte lijn op de ondergrond volgen. Het schema is te zien in figuur 7.

 

Figuur 7. Lijnvolger.

 

Figuur 8. De eenvoudige maar o-zo-belangrijke extra voeding.

 Voeding
Dit deel van het schema is weergegeven in figuur 8. De schakeling wordt gevoed met vier oplaadbare NiMH-accu’s in penlite-formaat, die een spanning leveren van 4...6,2 V. Er is op de print ook ruimte
om grotere accu’s aan te sluiten en een 5-V-spanningsregelaar te gebruiken.

 

Toevoegingen
Naast de standaard uitrusting die we tot nu toe besproken hebben, zijn er nog verschillende uitbreidingsconnectors aanwezig.
Dat zijn onder meer een I2C-aansluiting, ingangen voor wiel-encoders, servo-ingangen en nog veel meer.


Gebruik van de Formula Flowcode Buggy
Het zou inmiddels duidelijk moeten zijn hoe de hardware werkt en wat de belangrijkste elementen zijn.
Maar hoe zit het met de programmering en het gebruik?
En hoe weten leerlingen wat ze ermee moeten aanvangen?
Formula Flowcode wordt geleverd met een gratis versie van Flowcode (met een beperkte functionaliteit).
Flowcode is een ontwerpprogramma voor microcontroller-software met een grafische gebruikersinterface.
Programma’s kunnen vanuit Flowcode rechtstreeks gedownload worden naar de robot via de
USB-kabel.
Als na het downloaden de USB-kabel wordt losgenomen en de reset-knop wordt ingedrukt,
begint de uitvoering van het programma.

Figuur 9. En nu maar aan het werk

.