1 Issues v L A TEX

1

Issues v LATEX

Odsazeni prvniho radku v kazdem odstavci. Graficka uprava a oramovani tabulky. I2C upravit nejak rozumeji na I 2 C doplnit kde je DOPLNIT vlozit obrazek nebo jiny objekt kde je OBRAZEK trosku dost lita jedna tabulka z papiru uvozovky oramovani tabulek a styl Reference: ftp://ftp.tex.ac.uk/tex-archive/macros/latex/contrib/listings/listings.pdf http://www.it.cas.cz/manual/latex/g.html - bibliografie Kˇr´ıˇzové odkazy – odkazy napˇr´ıˇc uvnitˇr textu http://vavricek.cs.vsb.cz/index.php/LaTeX/Drobeˇcky http://www.root.cz/clanky/jak-na-latex-plovouci-prostredi/ Datasheety: ATmega128, GPS, accelerometer, compass, souˇcástky na desce, Bluetooth modul, WiFi modul, Odkazy: SD card protokol, PWM ˇr´ızen´ı, Podobná zaˇr´ızen´ı: arduino, ZigBee, Kecy: systém PWM (– kde???) ¿1A vypadá jako ˇsipka

1

Obsah 1 Issues v LATEX

1

2 Motivace, vyuˇ zit´ı a v´ yhody

3

3 Uˇ zivatelsk´ a specifikace Yunifly 3.1 Instalace a implementace hardwaru . . . . . . . 3.1.1 Deska Basic . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.2 Deska Main . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.3 Baterie – nap´ ajen´ı . . . . . . . . . . . . 3.1.4 Motory, serva, regul´ atory . . . . . . . . 3.1.5 Analogové vstupy . . . . . . . . . . . . 3.1.6 Digit´ aln´ı vstupy/v´ ystupy . . . . . . . . 3.1.7 Komunikace . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Funkce hardwaru . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1 Komunikace desky Basic a Main . . . . 3.2.2 MicroSD/SDHC karta . . . . . . . . . . 3.2.3 Serva a regul´ atory ˇr´ızené pomoc´ı PWM 3.2.4 RC pˇrij´ımaˇc . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.5 GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.6 Akcelerometr . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.7 Kompas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.8 Bluetooth . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.9 WiFi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.10 Tabulka testovan´ ych extern´ıch zaˇr´ızen´ı . 3.3 Náklady na poˇr´ızen´ı elektroniky Yunifly . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 6 6 6 6 7 7 7 7 7 8

4 Podrobn´ a specifikace Yunifly – Datasheet 4.1 Hmotnost a rozmˇery . . . . . . . . . . . . 4.2 Pinová konfigurace . . . . . . . . . . . . . 4.3 Schéma zapojen´ı elektroniky . . . . . . . . 4.4 Knihovna funkc´ı pro Yunifly . . . . . . . . 4.4.1 Ovl´ ad´ an´ı konektor˚ u . . . . . . . . 4.4.2 Komunikace s deskou Basic . . . . 4.4.3 Komunikace s extern´ımi moduly . ˇ ızen´ı stability letounu . . . . . . 4.4.4 R´ 4.5 Firmware pro desku Basic . . . . . . . . . 4.5.1 Pouˇzit´ı firmwaru . . . . . . . . . . 4.5.2 Nouzov´ y reˇzim . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

8 8 8 10 10 10 12 12 13 14 14 14

5 Swarm robotics a elektronika Yunifly 5.1 Základn´ı algoritmus umˇelé inteligence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Diagramy architektury algoritmu umˇelé inteligence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Pouˇzit´ı umˇelé inteligence pro Yunifly . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14 14 15 15

6 Shrnut´ı

16

2

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

2

Motivace, vyuˇ zit´ı a v´ yhody

Stále ˇcastˇeji se setk´ av´ ame s mnoh´ ymi typy robot˚ u od ruˇcnˇe ovládan´ ych stroj˚ u aˇz po autonomn´ı mobiln´ı roboty ˇci v´ yrobn´ı linky. Samostatnou kategorii pˇredstavuj´ı bezpilotn´ı letouny, ponorky nebo jiné stroje s moˇznost´ı pohybu ve vˇsech rozmˇerech. Pokud vyv´ıj´ıme nebo jiˇz vlastn´ıme zaˇr´ızen´ı s podobn´ ym u ´ˇcelem, potˇrebujeme lehkou, v´ ykonnou a mechanicky odolnou elektroniku, která bude n´ aˇs stroj ˇr´ıdit. Elektronika Yunifly je dvouprocesorov´ a programovatelná ˇr´ıdic´ı elektronika, která je primárnˇe urˇcen´ a pro ˇr´ızen´ı lehk´ ych, n´ızkon´ akladov´ ych letoun˚ u. Hmotnost i rozmˇery desky jsou minimalizovány (podrobnˇe v kapitole DOPLNIT Datasheet – rozmˇery“). Poˇr´ızovac´ı cena Yunifly je srovnatelná s cenou ” bˇeˇzného RC pˇrij´ımaˇce. M˚ uˇzeme ji vyuˇz´ıt jako rozˇsiˇruj´ıc´ı autonomn´ı ˇr´ızen´ı standartn´ıch RC model˚ u nebo pro létán´ı v reˇzimu uˇcitel/ˇz´ ak, nebot’ k ˇr´ıdic´ı desce m˚ uˇzeme pˇripojit aˇz ˇctyˇri na sobˇe nez´ avislé RC pˇrij´ımaˇce. Vzhledem k tomu, ˇze Yunifly je moˇzné libovolnˇe programovat dle vlastn´ıho uváˇzen´ı, m˚ uˇzeme celou elektroniku povaˇzovat také za v´ yvojov´ y kit pro u ´ˇcely bezpilotn´ıho létán´ı. Pokud Yunifly srovn´ ame s jiˇz existuj´ıc´ımi v´ yvojov´ ymi kity, jako napˇr´ıklad DOPLNIT Arduino, nebo jedno´ uˇcelov´ ymi model´ aˇrsk´ ymi moduly, shledáme mnoho zásadn´ıch v´ yhod. 1. Autorovi nen´ı zn´ am ˇz´ adn´ y finanˇcnˇe dostupn´ y v´ yvojov´ y modul nab´ızej´ıc´ı real-time ochranu proti selhán´ı ˇci poˇskozen´ı, které m˚ uˇze n´ aˇs letoun nevratnˇe zniˇcit. 2. Rozmˇery a hmotnost Yunifly je minimalizována tak, aby mohla b´ yt pouˇzita i v mal´ ych RC modelech. 3. Pˇriloˇzen´ y software i knihovna jsou kompatibiln´ı se vˇsemi procesory ˇrady ATmega. 4. Desku je moˇzné libovolnˇe pˇreprogramovat vlastn´ım programem bez jak´ ychkoliv omezen´ı. D´ıky vestavˇenému bootloaderu je moˇzné oba ˇcipy programovat pˇres sériovou linku napˇr´ıklad bezdr´ atovˇe pomoc´ı technologie bluetooth. 5. Pokud pouˇz´ıv´ ame podporu nouzového reˇzimu, m˚ uˇzeme jeden z procesor˚ u pˇreprogramovat dokonce za letu. 6. Yunifly je kompaktibiln´ı s libovoln´ ych softwarem urˇcen´ ym pro procesory Atmel. D´ıky tomu m˚ uˇzeme vyuˇz´ıvat jiˇz existuj´ıc´ı vlastn´ı knihovny. 7. D´ıky technologii bluetooth m˚ uˇze Yunifly komunikovat s mobiln´ım telefonem nebo b´ yt ˇr´ızena pˇres mobiln´ı internet. Souˇcást´ı hardwaru je i knihovna z´ aklan´ıch funkc´ı v jazyce C++, urˇcená pro obsluhu pˇripojen´ ych zaˇr´ızen´ı, a ˇr´ıdic´ı program pro z´ akladn´ı desku, kter´ y podporuje nouzov´ y reˇzim. Nouzov´ y reˇzim je automaticky spuˇstˇen v pˇr´ıpadˇe hardwarového nebo softwarového v´ ypadku ˇr´ıdic´ıho procesoru. Pokud je letoun ˇr´ızen ze zemˇe, nouzov´ y reˇzim je spuˇstˇen právˇe v dobˇe ztráty signálu. Knihovna d´ ale obsahuje funkce pro udrˇzen´ı stability bˇehem letu, které jsou pouˇzity pˇri autonomn´ım letu v nouzovém reˇzimu. Stabilizaˇcn´ı funkce ˇr´ıd´ı letoun na základˇe sdˇelené orientace v˚ uˇci smˇeru gravitace a poˇzadovaného smˇeru letu. V´ıce informac´ı o stabilizaci letounu je uvedeno v sekci DOPLNIT ”stabilizace”. K Yunifly je moˇzné pˇripojit ˇradu dalˇs´ıch zaˇr´ızen´ı, nˇekterá z nich byla otestována a do knihovny Yunifly byly pˇrid´ any funkce, které tato zaˇr´ızen´ı obsluhuj´ı. Podrobn´ y popis tˇechto zaˇr´ızen´ı nalezneme v kapitole DOPLNIT Uˇzivatesl´ a specifikace Yunifly“. Tato kapitola se dˇel´ı na obecn´ y popis a moˇznosti ” pouˇzit´ı, které jsou pops´ any v sekci DOPLNIT Instalace a implementace hardwaru“. Seznam testo” van´ ych pˇripojen´ ych zaˇr´ızen´ı vˇcetnˇe popisu je uveden v sekci DOPLNIT Funkce hardwaru“. ” Pˇredpoklád´ a se také vyuˇzit´ı Yunifly vˇcetnˇe pˇriloˇzeného softwaru k praktickému testován´ı umˇelé inteligence a robotického uˇcen´ı popsaného v práci DOPLNIT Inteligence robotické populace ve ” virtuáln´ım svˇetˇe – Bedˇrich Said, 2011“. V´ıce infomac´ı je uvedeno v kapitole DOPLNIT AI testo” vané programy“.

3

3

Uˇ zivatelsk´ a specifikace Yunifly

3.1

Instalace a implementace hardwaru

Elektronika Yunifly se skl´ ad´ a ze dvou ˇcást´ı, z desky Basic a desky Main. Obˇe desky jsou na sobˇe nezávislé a lze je pouˇz´ıt jak samostatnˇe, tak v n´ıˇze DOPLNIT znázornˇeném propojen´ı. Desky mezi sebou mohou komunikovat pomoc´ı rozhran´ı I2C nebo USART. (DOPLNIT I2C a USART zdroj) Pˇripojen´ı jednotliv´ ych zaˇr´ızen´ı k Yunifly nen´ı povinné. Nutné je pouze pˇripojen´ı napájen´ı a deskou ovládan´ ych zaˇr´ızen´ı. Podrobn´ a specifikace vˇ sech zaˇ r´ızen´ı je uvedena v DOPLNIT Datasheetu.

3.1.1

Deska Basic

Deska Basic je ˇr´ızena jedn´ım AVR CPU ATmega128 (DOPLNIT odkaz na datasheet), které disponuje 4KB EEPROM, 4KB SRAM a 128KB flash pamˇeti. Pokud pouˇz´ıváme desku Basic propojenou s deskou Main, m˚ uˇzeme m´ıt na Basic desce nahran´ y operaˇcn´ı systém, kter´ y pln´ı pˇr´ıkazy od Main desky. V pˇr´ıpadˇe, ˇze Main deska pˇrestane fungovat d´ıky hardwarovému nebo softwarovému selhán´ı, je Basic deska pˇrepnuta do nouzového reˇzimu a cel´ y systém ˇr´ıd´ı sama nezávisle na Main desce. D´ıky tomu pˇredejdeme zbyteˇcné hav´ arii letounu nebo jiného zaˇr´ızen´ı. Deska Basic disponuje 8 PWM v´ ystupy, kde kaˇzd´ y v´ ystup m˚ uˇze b´ yt pˇripojen but’ pˇr´ımo k regulátoru, nebo k decodéru, kter´ y zajist´ı pˇripojen´ı v´ıce na sobˇe nezávisl´ ych zaˇr´ızen´ı na jeden PWM v´ ystup. Dále jsou vyvedeny dvˇe sériové linky a sloty pro pˇripojen´ı I2C, které umoˇzn ˇuj´ı komunikaci s libovoln´ ym extern´ım zaˇr´ızen´ım. V neposledn´ı ˇradˇe jsou vyvedeny dva ICP vstupy, které zpracov´ avaj´ı signál z RC pˇrij´ımaˇce. D´ıky tomu je moˇzné letoun ovládat dvˇema nezávisl´ ymi RC vys´ılaˇci. Tato skuteˇcnost m˚ uˇze b´ yt vyuˇzita napˇr´ıklad pˇri létán´ı v reˇzimu uˇcitel/ˇzák. Kaˇzd´ y z v´ yˇse zm´ınˇen´ ych slot˚ u lze také pouˇz´ıt jako obecn´ y digit´ aln´ı vstup nebo v´ ystup. Jednotlivé piny nebo sloty lze konfigurovat programovˇe za provozu desky.

3.1.2

Deska Main

Deska Main je ˇr´ızena obdobnˇe jako deska Basic jedn´ım AVR CPU ATmega128 (DOPLNIT odkaz na datasheet), Pˇr´ımo na desce se nach´ az´ı port pro vloˇzen´ı microSD nebo microSDHC karty. Na desce je vyvedena sada osmi nap´ ajec´ıch konektor˚ u, které m˚ uˇzeme pouˇz´ıt jako vstup pro nap´ ajen´ı desky a jako v´ ystup pro nap´ ajen´ı dalˇs´ıch PWM zaˇr´ızen´ı jako jsou napˇr´ıklad serva. Dalˇs´ı napájec´ı konektory, které jsou vyvedeny k jednoliv´ ym komunikaˇcn´ım slot˚ um jsou stabilizovány na 3,3V. Sada osmi napájec´ıch konektor˚ u nen´ı nijak stabilizov´ ana. Pˇredpokládá se pˇripojen´ı 5V v´ ystupu od modeláˇrského regulátoru. M˚ uˇzeme ale pˇripojit libovolné napájen´ı do 3,3 – 12V. Dále jsou vyvedeny dvˇe sériové linky a jedna I2C sbˇernice urˇcená pro komunikaci s libovoln´ ym zaˇr´ızen´ım. Dalˇs´ı ˇctyˇri piny m˚ uˇzeme pouˇz´ıt jako analogové vstupy, které mˇeˇr´ı vstupn´ı napˇet´ı v rozsahu GND – AVCC (od nuly po pˇripojené napˇet´ı) s rozliˇsen´ım na 1024 stupˇ n˚ u. Vˇsechny v´ yˇse uvedené piny lze pouˇz´ıt obdobnˇe jako u Basic desky jako digitáln´ı vstupy/v´ ystupy.

3.1.3

Baterie – nap´ ajen´ı

Kaˇzdá deska odeb´ır´ a za provozu 3,3V / 100mA. Napájen´ı m˚ uˇzeme pˇripojit but’ pˇr´ımo, nebo pˇres vestavˇen´ y stabiliz´ ator TS1117CW33 (DOPLNIT odkaz na datasheet), kter´ y lze pˇripojit maxim´ alnˇe na 12V/1A. Obˇe desky jsou mezi sebou propojeny stabilizovan´ ym napájen´ım, postaˇc´ı tedy pˇripojen´ı pouze jedné desky k nap´ ajen´ı.

4

Deska Basic/Main Maxim´ aln´ı nap´ ajen´ı 12V / 1A Stabilizované nap´ ajen´ı 3,3V / 1A Nutné minim´ aln´ı nap´ ajen´ı 3,3V / 100mA Klidov´ y reˇzim 3,3V / 20mA (DOPLNIT doplnit korektn´ı u ´daje) 3.1.4

Motory, serva, regul´ atory

Vˇsechna zaˇr´ızen´ı ovl´ adan´ a pulsn´ı ˇs´ıˇrkovou modulac´ı (PWM) jsou pˇripojena k jednomu z osmi PWM konektor˚ u nebo k decodéru. Zaˇr´ızen´ı je moˇzné ovládat ve dvou reˇzimech, jako serva nebo jako libovolné PWM zaˇr´ızen´ı s pln´ ym rozsahem hodnot.

3.1.5

Analogov´ e vstupy

Analogové piny mˇeˇr´ı na svém vstupu napˇet´ı v rozsahu od nuly do napájec´ıho napˇet´ı. Lze takto mˇeˇrit napˇr´ıklad stupeˇ n vybit´ı bateri´ı a zavˇcas tak varovat pˇred jejich vybit´ım. Dále tyto konektory m˚ uˇzeme vyuˇz´ıt pro ˇcten´ı analogov´ ych sensor˚ u a dalˇs´ıch zaˇr´ızen´ı.

3.1.6

Digit´ aln´ı vstupy/v´ ystupy

Kaˇzd´ y konektor na desce je moˇzné naprogramovat jako standartn´ı digitáln´ı vstup nebo v´ ystup. V kaˇzdém taktu procesoru tak m˚ uˇzeme pˇreˇc´ıst nebo zapsat na kaˇzdém pinu jednu logickou nulu nebo jedniˇcku.

3.1.7

Komunikace

Desky podporuj´ı komunikaci pomoc´ı linek USART, SPI a sbˇernice I2C. Komunikaci lze konvertovat mnoˇzstv´ı dalˇs´ıch protokol˚ u vˇcetnˇe bezdr´ atové komunikace. Maximáln´ı podporovaná rychlost komunikace je 512Kb/s. Schéma ukazuje zapojen´ı samostatnˇe bˇeˇz´ıc´ı desky Basic (pˇr´ıpadnˇe Main). Deska Basic zachov´ av´ a vˇsechny funkce desky Main, avˇsak nedisponuje slotem pro pˇripojen´ı microSD karty.

3.2

Funkce hardwaru

Základn´ı elektronika Yunifly je navrˇzena tak, aby bylo moˇzné pˇripojit co nejvyˇsˇs´ı poˇcet r˚ uzn´ ych komponent, se kter´ ymi je Yunifly kompaktibiln´ı. N´ıˇze je uveden seznam testovan´ ych komponent, které u ´spˇeˇsnˇe spolupracovali s elektronikou Yunifly. Softwarová implementace jednotliv´ ych komponent je popsána v kapitole (DOPLNIT Podrobn´ a specifikace softwaru?).

3.2.1

Komunikace desky Basic a Main

Komunikace mezi obˇema deskami prob´ıhá po sbˇernici I2C. Tato sbˇernice je také vyvedena na desce jako konektor. Je tedy moˇzné do komunikace zapojovat i dalˇs´ı zaˇr´ızen´ı podporuj´ıc´ı tuto sbˇernici. Pokud pouˇz´ıv´ ame desku Basic s operaˇcn´ım systémem Yunifly, zas´ıláme veˇskeré poˇzadavky a pˇr´ıkazy z desky Main pˇres sbˇernici I2C desce Basic. Pˇri podpoˇre nouzového reˇzimu programujeme pouze desku Main. Deska Basic obsahuje program Yunifly, kter´ y je schopen autonomˇe ˇr´ıdit cel´ y stroj, pˇr´ıpadnˇe poslouchat pˇr´ıkazy od desky Main.

5

Obr´ azek 1: Schéma samostané desky Main 3.2.2

MicroSD/SDHC karta

Slot pro vloˇzen´ı microSD karty se nacház´ı na desce Main. Je pˇripojen k SPI portu, kter´ y umoˇzn ˇuje komunikaci nejen s SD kartou, ale s libovoln´ ym zaˇr´ızen´ım, které podporuje tuto sériovou linku. Komunikace byla testov´ ana s kartou microSD 2GB a kartou microSDHC 4GB. Maximáln´ı rychlost ˇcten´ı i zápisu je omezena rychlost´ı CPU na 512 kb/s.

3.2.3

Serva a regul´ atory ˇ r´ızen´ e pomoc´ı PWM

Deska obsahuje 8 PWM v´ ystup˚ u, které umoˇzn ˇuj´ı ˇr´ızen´ı serv a regulátor˚ u k motor˚ um ˇci jin´ ym zaˇr´ızen´ım. Regul´ atory m˚ uˇzeme ovl´ adat but’ v reˇzimu servo nebo v celém rozsahu hodnot. Nemus´ıme ruˇcnˇe pˇrepoˇc´ıtávat hodnoty ekvivalentn´ı pro ˇr´ızen´ı serv. Pˇri testován´ı byla vyuˇzita modeláˇrská serva Hitec 8.0g HS-55 Feather Standard Micro RC Servo“. (DOPLNIT odkaz na datasheet) ” 3.2.4

RC pˇ rij´ımaˇ c

Obˇe desky podporuj´ı pˇripojen´ı aˇz dvou RC pˇrij´ımaˇc˚ u. Yunifly postupnˇe ˇcte data, která jsou pˇrij´ımaˇcem zas´ıl´ ana a m˚ uˇze je d´ ale libovolnˇe zpracovávat. M˚ uˇze pˇr´ımo na základˇe dat z pˇrij´ımaˇce ovládat dalˇs´ı zaˇr´ızen´ı nebo data z pˇrij´ımaˇce nˇejak upravovat. (DOPLNIT odkaz na datasheet) D´ıky tomu deska Yunifly nab´ız´ı lét´ an´ı v reˇzimu uˇcitel/ˇzák, kde jsou pˇripojeny dva pˇrij´ımaˇce. Jeden pˇrij´ımaˇc je veden jako prioritn´ı. Pokud ˇz´ ak udˇelá pˇri létán´ı nˇejakou chybu nebo ˇr´ızen´ı pˇrestane zvl´ adat, uˇcitel m˚ uˇze jedn´ım pohybem pˇrevz´ıt celou kontrolu nad letounem, aniˇz by si s ˇzákem vymˇen ˇovat ovládac´ı zaˇr´ızen´ı. Yunifly m˚ uˇze data z RC pˇrij´ımaˇce vyuˇz´ıvat za u ´plnˇe jin´ ym u ´ˇcelem. M˚ uˇzeme ovládat napˇr´ıklad aktuáln´ı pohled extern´ı kamery pˇri autonomn´ım letu, coˇz by bez procesorem ˇr´ızené elektroniky bylo zcela nemyslitelné.

3.2.5

GPS

Kompaktibilita Yunifly byla testov´ ana s GPS modulem GPS smart antenna module, LS20032“. ” GPS je k Yunifly pˇripojena pˇres universal asynchronous receiver/transmitter (USART). V knihovnˇe

6

Yunifly v jazyce C++ je implementov´ ana tˇr´ıda GPS, která umoˇzn ˇuje komunikaci s v´ yˇse uveden´ ym GPS modulem. (DOPLNIT odkaz na datasheet)

3.2.6

Akcelerometr

Kompaktibilita Yunifly byla testov´ ana s trojos´ ym akcelerometrem CHR-6d Digital Inertial Me” asurement Unit“, kter´ y komunikuje po sbˇernici I2C. V knihovnˇe Yunifly je implementována tˇr´ıda accelerometer“, kter´ a umoˇzn ˇuje ˇcten´ı aktuáln´ıho zrychlen´ı a pˇrep´ınán´ı citlivosti akcelerometru. (DO” PLNIT odkaz na datasheet)

3.2.7

Kompas

Pˇri testován´ı byl pouˇzit elektronick´ y kompas CMPS03 - Compass Module“ komunikuj´ıc´ı po ” sbˇernici I2C. Knihovna Yunifly umoˇzn ˇuje ˇcten´ı aktuáln´ıho smˇeru pomoc´ı tˇr´ıdy compass“, kter´ a ” uˇzivateli vrac´ı u ´hel odklonu od severn´ıho smˇeru. (DOPLNIT odkaz na datasheet)

3.2.8

Bluetooth

S deskou Yunifly je moˇzné komunikovat pomoc´ı bluetooth modulu napˇr´ıklad s poˇc´ıtaˇcem, kter´ y umoˇzn ˇuje nové naprogramov´ an´ı elektroniky Yunifly nebo pˇrepsán´ı intern´ı pamˇeti. D´ıky tomu m˚ uˇzeme s Yunifly pracovat absolutnˇe bezdr´ atovˇe vˇcetnˇe programován´ı. Pokud pouˇz´ıváme obˇe desky s podporou nouzového reˇzimu, m˚ uˇzeme desku Main pˇreprogramovávat dokonce za letu. Dále bluetooth modul umoˇzn ˇuje standartn´ı komunikaci, avˇsak nev´ yhodou jeho pouˇzit´ı je kr´ atk´ y dosah signálu. Pokud chceme naˇse zaˇr´ızen´ı ovládat napˇr´ıklad mobiln´ım telefonem, m˚ uˇzeme bluetooth modul pouˇz´ıt pro vz´ ajemnou komunikaci. Deska Yunifly m˚ uˇze b´ yt d´ıky tomu ˇr´ızena pˇres internet, ke kterému se pˇripoj´ı pr´ avˇe pˇres mobiln´ı telefon. Kompaktibilita Yunifly byla testov´ ana s bluetooth modulem SERIAL PORT ADAPTER OEM ” 310I – CB-OEMSPA310I-04“. (DOPLNIT odkaz na datasheet)

3.2.9

WiFi

WiFi modul je pouˇzit obdobnˇe jako bluetooth modul. Funkce a implementace je totoˇzná. Kompaktibilita byla testov´ ana s modulem WIFI 802.11 B/G/N 3.3V - SG901-1059-3C - RF and RFID“. ” (DOPLNIT odkaz na datasheet)

3.2.10

Tabulka testovan´ ych extern´ıch zaˇ r´ızen´ı

Typ zaˇ r´ızen´ı GPS Akcelerometr Kompas Bluetooth WiFi RC pˇrij´ımaˇc Servo MicroSD karta

N´ azev zaˇ r´ızen´ı GPS smart antenna module, LS20032 CHR-6d Digital Inertial Measurement Unit CMPS03 - Compass Module SERIAL PORT ADAPTER OEM 310I – CB-OEMSPA310I-04 WIFI 802.11 B/G/N 3.3V - SG901-1059-3C - RF and RFID Spektrum DSM2 AR6100 Hitec 8.0g HS-55 Feather Standard Micro RC Servo KINGSTON Micro Secure Digital (Micro SD) 2GB

7

Komunikaˇ cn´ı protokol USART I2C I2C USART USART ICP PWM SPI

D

3.3

N´ aklady na poˇ r´ızen´ı elektroniky Yunifly

Jedn´ım z c´ıl˚ u v´ yvoje Yunifly bylo udrˇzet co nejniˇzˇs´ı poˇrizovac´ı náklady a umoˇznit tak spolupr´ aci v´ıce robot˚ u. V´ yhodou n´ızk´ ych poˇrizovac´ıch náklad˚ u je také vˇetˇs´ı dostupnost programovatelné elektroniky pro model´ aˇre a jiné kon´ıˇcky zab´ yvaj´ıc´ı se stavbou mal´ ych mobiln´ıch stroj˚ u. N´ıˇze uveden´ a tabulka shrnuje poˇrizovac´ı náklady jedné kopie elekroniky Yunifly. V této práci nejsou popsány náklady na vyvinut´ı prototypu a dalˇs´ıch spolupracuj´ıc´ıch zaˇr´ızen´ı. Ceny jednotliv´ ych komponent jsou platné k 15.2.2011. DOPLNIT DATA Deska Basic/Main 12V / 1A 3,3V / 1A 3,3V / 100mA 3,3V / 20mA (DOPLNIT doplnit korektn´ı u ´daje) Deska Basic/Main 12V / 1A 3,3V / 1A 3,3V / 100mA 3,3V / 20mA (DOPLNIT doplnit korektn´ı u ´daje) Zdroj: GM electronic Czech Republic – http://www.gme.cz/

4

Podrobn´ a specifikace Yunifly – Datasheet OBRAZEK fotky Yunifly obe desky zvlast + dohromady + top view - merge to one

4.1

Hmotnost a rozmˇ ery

Elektronika Yunifly je sloˇzena ze dvou samostatn´ ych ˇcást´ı, které m˚ uˇzeme pouˇz´ıt jako jeden dvouprocesorov´ y celek. V tabulce (DOPLNIT cislo) jsou uvedeny hmotnosti jednotliv´ ych ˇcást´ı elektroniky. Hmotnost elektroniky Yunifly N´ azev souˇcásti Hmotnost [g] Deska Basic DOPLNIT hmotnost Deska Main DOPLNIT hmotnost Yunifly celá DOPLNIT hmotnost Obˇe desky jsou navrˇzeny tak, aby jejich vzájemné propojen´ı bylo co nejv´ıce kompaktn´ı. Desku Main m˚ uˇzeme nasadit na konektor desky Basic a z´ıskáme tak dvˇe propojené desky stejn´ ych rozmˇer˚ u, které se dohromady uzav´ıraj´ı do kv´ adru. Jsou tak odolnˇejˇs´ı v˚ uˇci vnˇejˇs´ımu mechanickému poˇskozen´ı. OBRAZEK spojovaciho konektoru OBRAZEK rozmery

4.2

Pinov´ a konfigurace

OBRAZEK Pinova konfigurace obou desek vcetne legendy Propojovaci konektor

8

Pin VCC

GND SDA, SCL CONTROL-XCK

CONTROL-PWM

RESET

Popis Nap´ ajen´ı 3.3V, které je rozvedeno po celé desce od stabiliz´ atoru. Konektor je moˇzné vyuˇz´ıt pro napájen´ı dalˇs´ıch zaˇr´ızen´ı do 500mA. Ground I2C linka, která je vyuˇzita ke komunikaci mezi deskou Basic a deskou Main. Pin, kter´ ym je propojena deska Main s deskou Basic. Pokud nastane selhán´ı desky Main, nabyde tento pin hodnoty LOW a deska Basic je pˇrepnuta do nouzového reˇzimu. Pin, kter´ ym je propojena deska Main s deskou Basic. T´ımto pinem pˇredáváme desce Basic informaci o jednom ze dvou stav˚ u, jejichˇz v´ ybˇer nastav´ıme programovˇe. Reset procesoru dané desky.

Deska Basic Pin BATT VCC

GND PWM0..7 ACC-RXD, ACC-TXD

FREERX-RXD, FREERX-TXD

KOMPAS-SDA, KOMPAS-SCL OTHER-SDA, OTHER-SCL ICP1..2 START

Popis Napájen´ı desky 5-12V a detekce stavu vybit´ı bateri´ı. Napájen´ı 3.3V, které je rozvedeno po celé desce od stabilizátoru. Konektor je moˇzné vyuˇz´ıt pro napájen´ı dalˇs´ıch zaˇr´ızen´ı do 500mA. Ground Konektory pulsn´ı ˇs´ıˇrkové modulace (PWM), ke kter´ ym je moˇzné pˇripojit serva a jiné regulátory. Konektor sériové linky, primárnˇe urˇcen´ y k pˇripojen´ı akcelerometr˚ u. (Lze pˇripojit libovolné zaˇr´ızen´ı s podporou USART.) RXD-receiver, TXD-transmitter Konektor sériové linky. Lze pˇripojit libovolné USART zaˇr´ızen´ı, napˇr´ıklad bluetooth. RXD-receiver, TXDtransmitter Konektor I2C sbˇernice. Primárnˇe urˇcen´ y pro pˇripojen´ı kompasu. Druh´ y paraleln´ı konektro I2C sbˇernice. Dva nezávislé konektory pro zpracován´ı multi PWM signálu od RC pˇrij´ımaˇce nebo jiného zaˇr´ızen´ı totoˇzného protokolu. Testpad, ke kterému lze pˇripojit programovˇe detekovatelné tlaˇc´ıtko.

Deska Main

9

Pin BATT VCC

GND GPS-RXD, GPS-TXD

ZEM-RXD, ZEM-TXD ADC0..3

SD OC0..3 ICP3 START2

Popis Nap´ ajen´ı desky 5-12V a detekce stavu vybit´ı bateri´ı. Nap´ ajen´ı 3.3V, které je rozvedeno po celé desce od stabiliz´ atoru. Konektor je moˇzné vyuˇz´ıt pro napájen´ı dalˇs´ıch zaˇr´ızen´ı do 500mA. Ground Konektor sériové linky, primárnˇe urˇcen´ y k pˇripojen´ı GPS. (Lze pˇripojit libovolné zaˇr´ızen´ı s podporou USART.) RXDreceiver, TXD-transmitter Konektor sériové linky. Lze pˇripojit libovolné zaˇr´ızen´ı s podporou USART. RXD-receiver, TXD-transmitter 10bit analogové vstupy. Namˇeˇrené napˇet´ı je programu pˇred´ ano jako 10bit ˇc´ıslo v rozsahu od GND po hodnotu VCC. Slot microSD karty. Yunifly je kompaktibiln´ı s microSD/SDHC kartami. Testpady, které lze pouˇz´ıt pro pˇripojen´ı dalˇs´ıch zaˇr´ızen´ı ovl´ adan´ ych pomoc´ı PWM. Testpad, kter´ y lze pouˇz´ıt jako pˇr´ıj´ımaˇc multiPWM signálu. Testpad, ke kterému lze pˇripojit programovˇe detekovatelné tlaˇc´ıtko.

Kaˇzd´ y z v´ yˇse uveden´ ych pin˚ u lze pouˇz´ıt jako digitáln´ı vstup nebo v´ ystup. Pouˇzit´ı kaˇzdého pinu je dáno programem. Pokud chceme pouˇz´ıt jednotlivé piny jako digitáln´ı vstupy nebo v´ ystupy, pouˇzijeme oznaˇcen´ı PORT A..G (PA0..PA7..PF0..PF7..PG0..PG4). DOPLNIT Viz datasheet ATmega128 strana 5-6.

4.3

Sch´ ema zapojen´ı elektroniky

OBRAZEK schema Main OBRAZEK schema Basic OBRAZEK obe desky eagle

4.4

Knihovna funkc´ı pro Yunifly

Yunifly je moˇzné naprogramovat libovoln´ ym programem urˇcen´ ym pro procesory Atmel ˇrady ATmega. V této sekci jsou pops´ any funkce, které m˚ uˇzeme pouˇz´ıt k usnandnˇen´ı tvorby naˇseho programu pro elektroniku Yunifly. 4.4.1

Ovl´ ad´ an´ı konektor˚ u

Digit´ aln´ı porty Digit´ aln´ı porty jsou ovládány totoˇzn´ ym zp˚ usobem, jako je uvedeno s DOPLNIT datasheetu ATmega128. Kaˇzd´ y z pin˚ u m˚ uˇzeme pouˇz´ıt v reˇzimu ˇcten´ı a v reˇzimu zápisu. V reˇzimu ˇcten´ı m˚ uˇzeme ˇc´ıst hodnotu vybraného pinu jako LOW (0V) nabo HIGH (3.3V) a v reˇzimu z´ apisu m˚ uˇzeme nastavit vybranému pinu hodnotu LOW nebo hodnotu HIGH. USART, I2C Vzhledem k tomu, ˇze obˇe desky vyuˇz´ıvaj´ı totoˇzn´ y procesor, je moˇzné pomoc´ı jedné knihovny ovládat porty na obou desk´ ach. Kaˇzdá deska má vyvedeny dvˇe sériové linky USART (USART0 a USART1), dále jednu I2C sbˇernici (I2C), která m˚ uˇze b´ yt paralelizována a jednu SPI linku, kter´ a poskytuje komunikaci s microSD kartou. Knihovna nab´ız´ı komunikaci pomoc´ı tˇr´ıd, které obsluhuj´ı jednotlivé linky. N´ıˇze je uvedena uk´ azka pouˇzit´ı tˇr´ıdy USART0. Kaˇzdá tˇr´ıda obsahuje tyto funkce:

10

Funkce char C = USART0 . r e a d ( ) ; bool A = USART0 . peek ( char & C ) ; USART0 . w r i t e ( c ) ; USART0 . w r i t e ( ” any s t r i n g ” ) ; USART0 . writeNumber ( int I ) ;

Popis Pˇreˇcte prvn´ı pˇr´ıchoz´ı znak ve frontˇe. Pokud je pˇr´ıchoz´ı fronta prázdná, ˇceká se na pˇrijet´ı nového znaku. Pokud je fronta prázdná, A==false, jinak A==true a do promˇenné C je uloˇzen prvn´ı znak ve frontˇe. Znak v promˇenné C je odeslán. Odesláno pole znak˚ u. Funkce je obdobná jako cyklické vol´ an´ı funkce USART0.write(c). Odesláno 32bit ˇc´ıslo, které je pˇrevedeno na pole odpov´ıdaj´ıc´ıch znak˚ u v dekadickém zápisu.

Ovl´ ad´ an´ı PWM zaˇ r´ızen´ı PWM zaˇr´ızen´ı ovládáme nastaven´ım hodnoty, která je pˇrevádˇena na signál PWM. Nastaven´ a hodnota je zas´ıl´ ana aˇz do jej´ıho dalˇs´ıho pˇrepsán´ı programem. Signál PWM je generován hardwarovˇe, nen´ı tedy tˇreba dalˇs´ı softwarová obsluha. Pro obsluhu pouˇzijeme funkci setPWM( int val ue , int i d ) ; kde promˇenná id oznaˇcuje zaˇr´ızen´ı, pro které nastavujeme aktuáln´ı hodnotu v promˇenné value. ICP a pˇ r´ıjem sign´ alu z RC pˇ rij´ımaˇ ce Procesor disponuje dvˇema ICP porty (ICP0 a ICP1), které jsou na sobˇe nez´ avislé. Knihovna Yunifly obsahuje totoˇzné struktury ICP0 a ICP1, které obsluhuj´ı pˇr´ıjem dat pˇres ICP port. DOPLNIT jde to tak vubec? c l a s s ICP0 { public : void setNumberOfChannels ( int count ) ; int v a l u e = getChannelValue ( int i d ) ; }; MicroSD karta Pˇripojenou microSD kartu m˚ uˇzeme ˇc´ıst, pokud je naformátována jako FAT32. Knihovna Yunifly podporuje tyto funkce: DOPLNIT popis funkc´ı bool formatSD ( ) ; bool e r a s e B l o c k s ( int s t a r t , int end ) ; bool w r i t e B l o c k s ( int s t a r t , int end , char ∗ data ) ; char ∗ r e a d B l o c k s ( int s t a r t , int end ) ; class f i l e L i s t { public : char ∗ f i l e N a m e ; bool f o l d e r ; char ∗ type ; int s i z e ; }; fileList ∗ getFileList (); bool c r e a t e F i l e ( char ∗ f i l e N a m e ) ; bool d e l e t e F i l e ( char ∗ f i l e N a m e ) ; char ∗ r e a d F i l e ( char ∗ fileName , int s t a r t , int end ) ; bool w r i t e F i l e ( char ∗ fileName , int s t a r t , int end ) ; AD pˇ revodn´ıky Procesor ATmega128 má 8 vyveden´ ych AD pˇrevodn´ık˚ u. Elektronika Yunifly m´ a z kapacitn´ıch d˚ uvod˚ u vyvedeny pouze 4 piny. Je vyveden kaˇzd´ y sud´ y AD pˇrevodn´ık. Softwarovˇe ale m˚ uˇzeme ˇc´ıst vˇsech 8 pˇrecodn´ık˚ u pomoc´ı funkce 11

int g e t S e n s o r V a l u e ( int i d ) ; kde promˇenná id ud´ av´ a identifikaˇcn´ı ˇc´ıslo daného AD pˇrevodn´ıku. Funkce vrac´ı pln´ y rozsah 10bit ˇc´ısla. Ovl´ ad´ an´ı LED na desce Kaˇzd´ a deska obsahuje dvˇe LED, které m˚ uˇzeme programovˇe ovládat. K dispozici máme funkce pro rozsv´ıcen´ı a zhasnut´ı ˇcervené a zelené LED. Dále potom funkce ke zjiˇstˇen´ı aktuáln´ıho stavu obou LED. void void bool bool

setRedLED ( bool l i g h t ) ; setGreenLED ( bool l i g h t ) ; getRedLED ( ) ; getGreenLED ( ) ;

Stav bateri´ı Aktu´ aln´ı stav bateri´ı je na desce Baisc mˇeˇren na ADC7 (AD pˇrevodn´ık). Baterie je k ADC7 pˇripojena pˇres rezistorov´ y dˇeliˇc 15kΩ na 5kΩ. Stav bateri´ı m˚ uˇzeme ˇc´ıst jako 10bit ˇc´ıslo, kde 0 odpov´ıdá 0V a 1023 odpov´ıd´ a 3.3 · 4 = 13.2V . 4.4.2

Komunikace s deskou Basic

Obˇe desky spolu komunikuj´ı pomoc´ı I2C linky a pin˚ u CONTROL-XCK a CONTROL-PWM. Knihocna Yunifly obsahuje funkce pro desku Main urˇcené ke komunikaci s firmwarem na desce Basic. Nouzov´ y reˇ zim Pokud nechceme, aby deska Basic pracovala v nouzovém reˇzimu, mus´ı deska Main drˇzet pin CONTROL-XCK na hodnotˇe HIGH. Pokud deska Basic zaznamená zmˇenu na hodnotu LOW, je automaticky pˇrepnuta do nouzového reˇzimu. Nastaven´ı PWM PWM zaˇr´ızen´ı obsluhuje deska Basic z d˚ uvodu moˇznosti ˇr´ızen´ı pˇri v´ ydadku desky Main. Pˇres I2C zaˇsle deska Main zpr´ avu, jak se má zmˇenit nastaven´ı PWM regulátor˚ u. Pouˇzijeme funkci bool sendBasicPWM ( int val ue , int i d ) ; kde id je identifikator PWM regul´ atoru, kter´ y nastavujeme na 10bit hodnotu value. Funkce vrac´ı true, pokud bylo nastaven´ı u ´spˇeˇsné. Pˇ r´ıjem dat od RC pˇ rij´ımaˇ ce Funguje obdobnˇe, jako nastavován´ı hodnot PWM. Prvn´ı funkce nastav´ı poˇcet kan´ al˚ u, které jsou naslouch´ any na ICP portu desky Basic. Druhá funkce z´ıská aktu´ alnˇe pˇrijatou hodnotu na kan´ ale v promˇenné id. bool se ndB a s i c I C P P o r t s ( int count ) ; int getBasicICP ( int i d ) ; 4.4.3

Komunikace s extern´ımi moduly

Zde jsou pos´ any funkce, které slouˇz´ı pro obsluhu konkrétn´ıch zaˇr´ızen´ı uveden´ ych v sekci DOPLNIT tabulka s typem GPS, ACC atd. GPS Pro komunikaci s GPS je podporována funkce pro z´ıskán´ı souˇradnic severn´ı ˇs´ıˇrky a v´ ychodn´ı délky jako celé ˇc´ıslo v desetimiliontin´ ach stupnˇe (v pˇr´ıpadˇe jiˇzn´ı ˇs´ıˇrky a západn´ı délky jsou hodnoty záporné), dále funkce pro z´ısk´ an´ı nadmoˇrské v´ yˇsky v metrech, pˇresnosti mˇeˇren´ı v metrech a ˇcas v poˇctu uplynul´ ych sekund od 1.1.1970. Posledn´ı funkce zjist´ı, zda je GPS pˇripojena a pˇr´ıpravena na zaslán´ı aktuáln´ıch souˇradnic.

12

int GPSgetNorth ( ) ; int GPSgetEast ( ) ; int GPSgetAltitude ( ) ; int GPSgetAccurary ( ) ; int GPSgetTime ( ) ; bool GPSrunning ( ) ; Pˇri selhán´ı GPS jsou vˇsechny n´ avratové hodnoty nulové. Akcelerometr Pouˇzit´ y trojos´ y akcelerometr komunikuje s deskou Main pomoc´ı sbˇernice I2C. Pomoc´ı tˇr´ı funkc´ı m˚ uˇzeme z´ıskat aktu´ aln´ı akceleraci. Vˇzdy je vrácena hodnota akcelerace v ose X, Y nebo Z v rozliˇsen´ı 16bit ˇc´ısla do pˇret´ıˇzen´ı 60G. int ACCgetXValue ( ) ; int ACCgetYValue ( ) ; int ACCgetZValue ( ) ; Kompas Kompas elektronice Yunifly vrac´ı odchylku od severn´ıho smˇeru v ose X, Y a Z jako 8bit signed int ˇc´ıslo, kde kladn´ a hodnota znaˇc´ı odchylku v kladném smˇeru. Hodnota ±255 znaˇc´ı jiˇzn´ı smˇer. int COMPASgetX ( ) ; int COMPASgetY ( ) ; int COMPASgetZ ( ) ; WiFi, Bluetooth WiFi a bluetooth moduly jsou k elektronice Yunifly pˇripojeny pˇr´ımo k sériové lince. Nepotˇrebuj´ı dalˇs´ı obsluhu ze strany Yunifly. Automatcky se pˇripoj´ı k zaˇr´ızen´ı nebo k PC, které o pˇripojen´ı poˇzád´ a a odeˇslˇe spr´ avn´ y p´ arovac´ı kl´ıˇc. Automaticky se zpracuje veˇskerá komunikace zaslan´ a a pˇrijatá na pˇr´ısluˇsnou linku USART. 4.4.4

ˇ ızen´ı stability letounu R´

´ celem ˇr´ızen´ı stability je udrˇzet letoun v nulovém zrychlen´ı vzhledem k vybran´ Uˇ ym osám akcelerometr˚ u. Stabilizaci pˇred´ av´ ame ˇctyˇri hodnoty, které reprezentuj´ı aktuáln´ı smˇer letu. 1. V´ ykon motoru, kter´ y nen´ı d´ ale regulován. 2. Naklonˇen´ı ve smˇeru osy Y. 3. Naklonˇen´ı ve smˇeru osy X. 4. Naklonˇen´ı ve smˇeru osy Z. OBRAZEK naklopen´ı ve smˇeru dan´ ych os a klapky na kˇr´ıdlech - ktere osy ktere klapky Na základˇe hodnot z akcelerometr˚ u je urˇcena aktuáln´ı poloha letounu v˚ uˇci smˇeru gravitaˇcn´ıho zrychlen´ı. Na z´ akladˇe tohoto smˇeru jsou vypoˇc´ıtány chyby od poˇzadované polohy letounu. Následuje PID regulace, kter´ a nastav´ı polohy pˇr´ısluˇsn´ ych smˇerov´ ych klapek. void s t a b i l i z a t i o n ( unsigned int f u e l , signed int rotX , signed int rotY , signed int rotZ , signed int a c c e l e r o m e t e r X , signed int a c c e l e r o m e t e r Y , signed int a c c e l e r o m e t e r Z , signed int & PWMfuel , signed int & PWMrotX, 13

signed int & PWMrotY, signed int & PWMrotZ, ); OBRAZEK schema VUE postupu vypoctu stabilizace

4.5

Firmware pro desku Basic

4.5.1

Pouˇ zit´ı firmwaru

Firmware pro desku Basic je urˇcen zejména pro létán´ı s podporou nouzového reˇzimu. V opaˇcném pˇr´ıpadˇe zpracov´ av´ a pokyny a poˇzadavky desky Main, které jsou podrobnˇe posány v sekci DOPLNIT komunikace s deskou Basic. 4.5.2

Nouzov´ y reˇ zim

Nouzov´ y reˇzim je spuˇstˇen pr´ avˇe v tˇechto pˇr´ıpadech: 1. Port CONTROL-XCK je nastaven na hodnotu LOW. 2. Deska Main je vypnuta. 3. Deska Basic obdrˇz´ı poˇzadavek od extern´ıho zaˇr´ızen´ı - nastavena událost, která uvede nouzov´ y reˇzim v aktivitu. V nouzovém reˇzimu je obsluhov´ an pouze RC pˇrij´ımaˇc, kter´ y je pˇr´ımo propojen s PWM regulátory. Pokud je RC pˇrij´ımaˇc nedostupn´ y, tak je primárnˇe vypnut motor a letoun je stabilizován do pˇrist´ avac´ı polohy. Uˇzivatel m˚ uˇze desce Basic pˇredat funkci, která je cyklicky volána pˇri spuˇstˇen´ı nouzového reˇzimu. Funkce m´ a k dispozici ovl´ ad´ an´ı PWM regulátor˚ u a dalˇs´ıch funkˇcn´ıch zaˇr´ızen´ı pˇripojen´ ych k desce Basic. DOPLNIT staci takto? - me sem nic dalsiho nenapada, vse uz je receno vyse

5

Swarm robotics a elektronika Yunifly

Jak jiˇz bylo zm´ınˇeno, elektroniku Yunifly lze libovolnˇe programovat. Máme k dispozici dva procesory ATmega128 a pamˇet’ovou kartu microSD/SDHC, která nám slouˇz´ı jako u ´loˇziˇstˇe dat. Obˇe desky Yunifly splˇ nuj´ı poˇzadavky pro testov´ an´ı základn´ıho algoritmu umˇelé inteligence, která je doposud vyv´ıjena na simul´ atoru Yunimin (DOPLNIT odkaz na práci).

5.1

Z´ akladn´ı algoritmus umˇ el´ e inteligence

Algoritmus byl vyvinut tak, abychom pˇri uˇcen´ı nemuseli znát správné ˇreˇsen´ı problému. Algoritmu cyklicky pˇredáv´ ame vstupn´ı data a jeho aktuáln´ı u ´spˇeˇsnost, pro jej´ıˇz v´ ysledek nepotˇrebujeme zn´ at ´ eˇsnost zjist´ıme na z´ ˇreˇsen´ı problému. Uspˇ akladˇe odchylky od stavu, kterého chceme dosáhnout. Inteligence jiˇz sama najde postup, pomoc´ı kterého dosáhne ideáln´ıho stavu. Je tak sama schopna zjistit, co je jej´ım u ´kolem. Problémy, které ˇreˇs´ı zm´ınˇen´ a umˇel´ a inteligence, lze pˇredat k ˇreˇsen´ı vˇetˇs´ımu mnoˇzstv´ı stroj˚ u zároveˇ n. V´ ypoˇcet prob´ıh´ a obdobnˇe jako parallel computing“ nebo multitasking u v´ıceprocesorov´ ych poˇc´ıtaˇc˚ u. ” Kaˇzd´ y stroj dost´ av´ a vlastn´ı vstupn´ı a v´ ystupn´ı data, avˇsak s ostatn´ımi sd´ıl´ı nˇekteré globáln´ı informace. Za pouˇzit´ı swarm intelligence lze pozorovat i kolektivn´ı chován´ı robot˚ u v neznámém prostoru. Kaˇzd´ y robot pracuje s´ am na z´ akladˇe své inteligence, ale jeho vstupn´ı data jsou ovlivˇ nována polohou a ˇcinnost´ı ostatn´ıch robot˚ u. D´ıky tomu jsou roboti na sebe vázáni a m˚ uˇzeme sledovat vzájemné interakce v jejich chován´ı. Vˇsichni roboti mohou ˇreˇsit stejn´ yu ´kol, kter´ y závis´ı na spolupráci vˇsech. Na základˇe jejich interakc´ı z´ıskaj´ı zkuˇsenosti, které jim pomohou v kolektivn´ım jednán´ı.

14

5.2

Diagramy architektury algoritmu umˇ el´ e inteligence

Popis algoritm˚ u a vˇsech souˇc´ ast´ı umˇelé inteligence je popsán v práci (DOPLNIT odkaz na Swarm Yunimin). N´ıˇze jsou uvedeny diagramy, které ukazuj´ı základn´ı architekturu zm´ınˇené umˇelé inteligence. (OBRAZEK 2 schemata funkcnosti)

5.3

Pouˇ zit´ı umˇ el´ e inteligence pro Yunifly

Abychom byli schopni napsat libovoln´ y ovládac´ı software, mus´ıme disponovat souborem základn´ıch funkc´ı a procedur, jejichˇz vhodn´ ym vol´ an´ım spln´ıme zadan´ yu ´kol. Pokud chceme, aby naˇsi práci zastala zm´ınˇená umˇel´ a inteligence, mus´ıme j´ı pˇredat soubor základn´ıch funkc´ı a procedur jako datab´ azi axiomatick´ ych zkuˇsenost´ı. Na základˇe tˇechto zkuˇsenost´ı a funkce, která vrac´ı aktuáln´ı u ´spˇeˇsnost robota, bude umˇelá inteligence hledat ˇreˇsen´ı daného problému. Pomoc´ı elektroniky Yunifly se bude testovat, zda je zm´ınˇen´ a inteligence schopna se samostatnˇe nauˇcit ˇr´ıdit letoun tak, jak je ˇzádáno uˇzivatelem na základˇe fitness funkce.

15

6

Shrnut´ı

´ eˇsnˇe se podaˇrilo navrhnout, vyrobit a odzkouˇset prototyp elektroniky Yunifly. Deska byla Uspˇ otestována na RC modelu akrobatického letounu. Jako souˇcást elektroniky byl napsán firmware pro desku Basic, kter´ y podporuje spolupr´ aci obou desek s podporou nouzového reˇzimu, kter´ y je spuˇstˇen pˇri hardwarovém nebo softwarovém selh´ an´ı ˇr´ıdic´ı elektroniky. Souˇcást´ı je dále knihovna v jazyce C++, která obsahuje z´ akladn´ı funkce pro ˇr´ızen´ı elektroniky, konektor˚ u a podporovan´ ych externˇe pˇripojen´ ych zaˇr´ızen´ı. Dalˇs´ı v´ yvoj desky Yunifly pˇredpokl´ adám zejména v ˇsirˇs´ım spektru softwarové podpory externˇe pˇripojen´ ych zaˇr´ızen´ı. Pokud bude deska Yunifly strojnˇe osazována, bude moˇzné pouˇz´ıt menˇs´ı pouzdra nˇekter´ ych souˇcástek, jako napˇr´ıklad procesoru. D´ıky tomu bude moˇzné celou elektroniku jeˇstˇe zmenˇsit a z´ıskat tak niˇzˇs´ı hmotnost a vyˇsˇs´ı pouˇzitelnost v jeˇstˇe menˇs´ıch stroj´ıch.

16

1 Issues v L A TEX

Recommend Documents