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Roboter-Autos mit dem Raspberry Pi

Roboter Autos mit dem Raspberry Pi - 2019

Im Roboter Auto werden zwei kleine Getriebemotoren verbaut. Damit alles mit Strom versorgt wird müssen diverse Kabel angelötet und gesteckt werden. Daher fürht die Anleitung wieder Schritt für Schritt durch die Verkabelung des Roboter Autos und zeigt anhand von Bildern wie und wo die Kabel angesteckt werden. Die Beschreibung der Verkabelung des Roboter Autos ist in verschiedene Kapitel aufgeteilt und sollte recht einfach nachvollzogen werden können.

Als erstes wird das soweit vorbereitete Chassis mit den Getriebemotoren verkabelt.

Getribemotoren verkabeln

An den Getriebemotoren müssen jeweils zwei Kabel für die Stromversorgung angelötet werden. Wichtig dabei ist, dass vor dem anlöten der Kabel die Motoren aus dem gelben Plastikgehäuse ausgebaut werden. Andernfalls kann es passieren, dass das Gehäuse der Getriebemotoren mit dem heißen Lötkolben etwas beschädigt wird. Daher bitte mit einer Zange die Lasche hinten an dem Motor lösen mit der die Motoren im Gehäuse fest gehalten werden. Wenn die beiden Motoren ausgebaut sind, jeweils ein rotes und ein schwarzes Kabel am Motor bzw. an den jeweiligen Kupferlaschen anlöten.

Nach dem die Kabel angelötet sind und die Motoren wieder im Gehäuse stecken können diese wieder fest im Chassis eingebaut werden. Das nachfolgende Bild zeigt die beiden Motoren mit den angelöteten Kabeln schon fertig verbaut im Roboter Auto Chassis.

Hinweis: Beim Zusammenbau der Motoren mit dem Gehäuse unbedingt darauf achten, dass die Kabel in das Innere des Gehäuses zeigen. Also nicht am Rand des Chassis sind.

ESP8266 NodeMCU robot car dc motor mount final

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Jetzt legst Du wieder die Pappe mit den restlichen Komponenten auf die beiden Motoren und führst durch ein kleines Loch die beidne Kabel der Motoren nach oben durch.

Motortreiber verkabeln

Der Motortreiber verfügt über sechs Anschlüsse die als Pinleiste heraus geführt sind. Über diese sechs Pins erfolgt die logische Ansteuerung des Motortreibers vom Servo Kontroller aus. Die sechs Pins haben die Bezeichnung ENA, IN1, IN2, IN3, IN4 und ENB. Über diese sechs Anschlüsse wird z. B. die Drehrichtung der Motoren gesteuert und auch die Geschwindigkeit mit der das Roboter Auto fahren soll.

Motoren Geschwindigkeit steuern

Am Motortreiber L298N können zwei DC Motoren angeschlossen werden oder ein Schrittmotor mit vier Kabeln. In dem hier vorgestellten Roboter Auto werden DC Motoren verwendet. Damit sich die beiden Motoren auch unterschiedlich schnell drehen können wird am ENA und ENB Pin ein PWM Signal angelegt welches über den Servo Kontroller erzeugt. So lassen sich die Motoren ansteuern das sich diese von Stillstand bis zur maximale Umdrehungszahl schnell drehen.

Motoren Drehrichtung steuern

Soll die Drehrichtung gesteuert werden damit z. B. Roboter Auto auch rückwärts fahren kann kommen die Pins IN1 bis IN4 ins Spiel. Die Pins IN1 und IN2 sind für Motor 1 relevant (z. B. der linke Motor) und die Pins IN3 und IN4 für den Motor 2 (welches dann der rechte Motor wäre).

Nachfolgend wird die Ansteuerung am Beispiel des Motors 1 erklärt.

  • Je nachdem ob an IN1 oder IN2 ein HIGH Signal anliegt dreht sich der Motor vorwärts oder rückwärts.
  • Liegt an IN1 und IN2 ein HIGH Signal an ist der Motor kurzgeschlossen und so erreicht man eine Art Motorbremse. Dann sollte aber am Pin ENA kein PWM Signal anliegen.
  • Sind IN1 und IN2 low dann steht der Motor und dreht sich nicht.

Verkabelung zwischen Motortreiber und Servo Kontroller

In der nachfolgenden Tabelle wir die Verkabelung des Motortreibers aufgeführt. Da sich der PCA9685 Servo Kontroller so steuern lässt das dieser ein PWM, low (0) oder high (1) Signal ausgibt kann über diese Funktion die Drehrichtung und auch die Geschwindigkeit der Motoren gesteuert werden. Mehr dazu dann im Abschnitt Programmierung und hier im speziellen zu der Programmierung mit dem PCA9685 Servo Kontroller.

Die nachfolgende Tabelle zeigt an welchen Pin welches Kabel angeschlossen wird

L298N Motortreiber PCA9685 Servo Kontroller
ENA Kanal 0
IN1 Kanal 1
IN2 Kanal 2
IN3 Kanal 3
IN4 Kanal 4
ENB Kanal 5

Um die Verbindung herstellen zu können kommen sechs Female-to-Female Jumper Kabel zum Einsatz. Fertig verkabelt sieht jetzt der Aufbau im Roboter Auto wie nachfolgend gezeigt aus.

ESP32-CAM PCA9685 wires

ESP32-CAM PCA9685 wires

Motoren am Motortreiber anschließen

Die Motoren müssen am Motortreiber angeschlossen werden. Dazu wird der Motor der linken Seite als Motor 1 angeschlossen. Der Motor der rechten Seite des Roboter Autos als Motor 2. Wichtig ist, dass die Kabel von den Farben vertauscht angeschlossen werden. Also vertauscht in dem Sinne zwischen Motor 1 und Motor 2 von den Farben und wie der Motor im Roboter Auto eingebaut ist. Der Hintergrund ist, dass sich die Motoren in die gleiche Richtung drehen sollen. Wenn dem nicht so ist und sich das Roboter Auto z. B. im Kreis dreht wenn es eigentlich vorwärts fahren soll dann müssen genau hier die Kabel getauscht werden von dem Motor der sich in die falsche Richtung dreht.

ESP32-CAM L298N H-Bridge wires

ESP32-CAM L298N H-Bridge wires

Jetzt ist soweit die Verkabelung der elektronischen Komponenten abgeschlossen und die Stromversorgung des Roboter Autos muss noch hergestellt werden.

Stromversorgung herstellen

Es fehlt lediglich noch das USB Kabel das abgeschnitten wird um den Motortreiber mi +5V / GND aus z. B. einer Power Bank zu versorgen damit sich die Motoren auch drehen können. Alte USB Kabel bekommt man z. B. auf dem lokalen Wertstoffhof im Container für den Elektronikschrott. Hier z. B. von einer alten Tastatur das USB Kabel abschneiden.

Hast Du das Kabel abgeschnitten, dann sind jetzt die vier Adern des USB Kables zu sehen. Das rote Kabel ist das für die +5V und das schwarze ist das GND Kabel. Diese beiden Kabel also rot und schwarz sind die Kabel die benötigt werden. Die weiße und grüne Ader sind die Leitungen für die Daten und diese werden nicht benötigt. Daher können diese so knapp wie möglich abgeschnitten werden.

Das folgende Bild zeigt das gelbe abgeschnittene USB Kabel wie ich es am Motortreiber angeschlossen habe. Mit am Motortreiber angeschlossen sind noch zwei Kabel die so die 5V Spannungsversorgung für den ESP32-CAM realisieren.

ESP32-CAM power supply USB wire

ESP32-CAM power supply USB wire

Kommt keine Power Bank zum Einsatz dann muss noch ein Step-Down Konverter verbaut werden. Dieser erzeugt aus der ca. 7,2V Spannung des sechser Batteriepacks dann die passenden 5V für unser Roboter Auto.

Zusammenfassung

Jetzt sind fast alle Kabel im Roboter Auto angeschlossen. Es fehlt noch die Verkabelung des I2C Bus zwischen ESP32-CAM und dem I2C-Hub. Diese Verkabelung wird in einem extra Beitrag beschrieben. Weiter fehlt noch die Software für die Steuerung des Roboter Autos die auf den ESP32-CAM aufgespielt werden muss. Damit das klappt muss der ESP32-CAM mit einem USB-Serial Adapter am PC angeschlossen werden. Mehr wie genau das alles funktioniert erfährst Du im nächsten Bericht.


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