2. Popis robota NXT Cílem této kapitoly je seznámit s parametry a moduly stavebnice NXT. Klíčové pojmy: Stavebnice, moduly, CPU, firmware, komunikace, brick.
Nejdůležitější součástkou stavebnice je kostka „Brick“, která obsahuje procesor a komunikační rozhraní. K této kostce se dají připojit různé moduly s různými vlastnostmi.
Obr. 1: Brick s moduly [3] Kostka – Brick Jedná se o nejdůležitější součást stavebnice, která se stará o spuštění programů, komunikaci s okolím a napájení sestavy. Kostka obsahuje procesor, který má dostatečný výkon na jednoduché aplikace. Procesor je jedno jádrový, ale umožňuje pseudo-paralelní provádění příkazů. Vývojové prostředí popsané v pozdější kapitole umožňuje provádět až 3 příkazy současně (ve skutečnosti se ale tak pouze tváří).
2015 SPŠEIT Brno
2_LEGO_NXT // Stránka 1 z 5
Parametry NXT v2.0: Display – monochromatický 100x64 pixel CPU • 32-bit Atmel AT91SAM7S256 (48MHz, ARM7, 256KB Flash, 64KB RAM) • 8-bit Atmel AVR ATmega48 (4MHz, 4KB Flash, 512B RAM) Paměť – 64 KB RAM, 256 KB Flash (hlavní uC) Komunikace – BT, USB (pouze programování, přímé ovládání, čtení senzorů) Zvuk – 8kHz vzorkovací frekvence Napájení – 6xAA (1.5V) nebo Li-ion akumulátor Firmware Poslední dostupná verze: 1.31 Firmware je v podstatě operační systém kostky. Nainstalováním novější verze může dojít k přidání nových funkcí, nebo k opravě chyb. Tento firmware umožňuje spuštění našich nahraných programů. Existují i alternativní firmware, které umožňují spouštět programy v jiných jazycích, které nejsou přímo podporovány firmou LEGO (může dojít ke ztrátě kompatibility) a mohou rozšířit funkce kostky. Vstup/výstup • BT Jedná se o vnitřní součást kostky, která umožňuje komunikace s okolím. Může zasílat textové zprávy, přijímat textové zprávy, dovoluje přímé ovládání servo-motorů z aplikací, nebo zajištuje komunikaci s dalšími kostkami. • USB Slouží převážně k uploadu/downloadu programů. Pokud je kostka připojena k vývojovému prostředí, ukazuje aktuální stav připojeních modulů. Lze také přímo ovládat robota, nebo vyčíst stav obsazení paměti a stav akumulátoru. • Reproduktor Přehrává tóny, nebo zvuky, které se kopírují současně s programem do kostky. • Servo-motor Stavebnice obsahuje 3 identická serva se zabudovanou převodovkou a optickým detektorem rotace s přesností na 1°. Servo lze také použít jako vstupní zařízení, kde na výstupu je úhel otočení. • Dotykový senzor Detekuje, zda byl stisknut, kliknutý, nebo uvolněn. • Klávesnice kostky Lze naprogramovat detekci stisknutí vlevo, enter a vpravo.
2015 SPŠEIT Brno
2_LEGO_NXT // Stránka 2 z 5
• Světelný senzor Detekuje úroveň světla z jednoho směru, dále modul obsahuje osvětlovací LED (červená barva). Senzor detekuje úrovně v rozsahu <1;100>. Úroveň 100 je velmi jasná a 1 tmavá. Také záleží na kalibraci senzoru. Může detekovat barevné předměty podle úrovně šedi, nebo lze použít jako detektor vzdálenosti.
Obr. 2: Vlastnosti světelného senzoru • Ultrazvukový senzor Dokáže změřit vzdálenost k předmětu, na který je směrován v centimetrech nebo palcích v rozsahu <0, 255> cm s přesností na 3 cm. Přesnost senzoru je ovlivněna tvarem předmětu, přičemž největší přesnosti se dosáhne na rovných plochách kolmo k senzoru. • Mikrofon Tento mikrofonní modul funguje jako detektor intenzity zvuku. Intenzitu měří jak s decibelech (dB) a poskytuje i jejich procentuální vyjádření hlasitosti (dBA). Senzor zaznamenává jak hlasité, tak i poměrně tiché zvuky blížící se šumu v místnosti. Pro přiblížení 4-5% odpovídá tichu v obývacím pokoji, 5-10% odpovídá vzdálenému hovoru, 10-30% je hovor v blízkosti senzoru (1m), 30-100% odpovídá hlučnosti v prostředí s hlasitou hudbou. Hodnotu zjištěnou zvukovým senzorem může programově porovnávat s vlastním procentuálním nastavením pomocí podmínek reprezentovaný znaménky ">" (větší) nebo "<" (menší). [2] • LCD display Černobílý maticový displej 100 x 64 pixelů o velikosti 40,6 x 26 mm (programově použitelné 100 x 60 px) Existují další V/V moduly od jiných výrobců jako: RGB senzor, detektor náklonu, elektronický kompas, GPS, kamera, numerická klávesnice, zdvojený detektor vzdálenosti, detektor tlaku, reálný čas, přesný infračervený senzor vzdálenosti, ampérmetr, voltmetr, dotykový panel, multiplexor, Wi-Fi, IR přijímač, senzor magnetického pole, barometrický senzor, akcelerometr, gyroskop, senzor síly, Geigerův počítač, případně další moduly na sběrnici I2C.
2015 SPŠEIT Brno
2_LEGO_NXT // Stránka 3 z 5
Propojovací kabel Kabel je zakončen modifikovaným konektorem RJ-12. Propojovací kabel obsahuje tyto vodiče: • analog +9V • GND • GND • +4.3V • I2C Clock (SCL) • I2C Data (SDA) Nový model EV3 Dne 1. září 2013 vyšla v obchodech novější verze označená LEGO Mindstorms EV3 která je evolucí NXT. Největších změn doznala kostka, která místo ARM7 dostala výkonnější jádro ARM9 běžící na Linux-u. Dále microSD slot, větší RAM, větší Flash a možnost připojení WiFi.
Display Main Processor
Main Memory USB Host Port WiFi Bluetooth Connect to Apple devices
EV3 Monochrome LCD 178 x 128 pixels 300 MHz Texas Instruments Sitara AM1808 (ARM9 core) 64 MB RAM 16 MB Flash microSDHC Slot Yes Optional dongle via USB port Yes Yes
NXT Monochrome LCD 100 x 64 pixels 48 MHz Atmel AT91SAM7S256 (ARM7TDMI core) 64 KB RAM 256 KB Flash No No YES No
Tab. 1: Porovnání modelů [1] Tento výkonnější model bude vhodnější pro programování složitějších úloh (paměťově náročných) ve vyšším programovacím jazyku.
2015 SPŠEIT Brno
2_LEGO_NXT // Stránka 4 z 5
Závěr: V této kapitole je přehled nejdůležitějších parametrů stavebnice (robotická část). Dále informace, že existuje již novější verze stavebnice „EV3“, která je výkonnější verzí, vhodnou pro náročnější úkoly. Literatura: [1] http://en.wikipedia.org/wiki/Lego_Mindstorms_EV3 [2] https://lego.zcu.cz/web/zakladni-moduly/zvukovy-senzor [3] http://www.lego.com/en-us/mindstorms/
2015 SPŠEIT Brno
2_LEGO_NXT // Stránka 5 z 5
