KTA Lindenlei 38 9000 Gent
GIP De computer gestuurde trein
Brecht Ramon 7 Industriële Computertechnieken Schooljaar 2004-2005
Brecht Ramon
De computer gestuurde trein
1
Hoofdstuk 1 1. Projectomschrijving
Mijn project houdt in dat ik een trein door de computer laat besturen. Het is de bedoeling om de trein te laten rijden met verschillende snelheden en hem ook in beide richtingen te laten rijden. Ik zal gebruik maken van labview voor het aanmaken van mijn programma. Doelstelling: • • •
De trein laten rijden op verschillende snelheden. De trein in beide richtingen laten rijden. Bepalen waar de trein zich bevindt op het spoor.
Hoofdstuk 2 2. Inhoud 2.1. Blokschema
Interface: De optocouplers bieden een optische scheiding tussen de parallelle poort en de voeding die de trein laat rijden, de darlington versterkt het signaal. Het relais dient om de polariteit om te wisselen. Zo is het mogelijk om de trein in beide richtingen te laten rijden. De infrarood led en ontvanger dienen om de plaats van de trein in een bepaald deel van het traject te bepalen.
Brecht Ramon
De computer gestuurde trein
2
2.2. Hardware 2.2.1. Schema’s Opstelling om de trein te laten rijden in 1 richting:
Opstelling om de trein te laten rijden in beide richtingen:
Brecht Ramon
De computer gestuurde trein
3
Opstelling om de trein te detecteren:
2.2.2. Werking
Brecht Ramon
De computer gestuurde trein
4
Werking samengevat: In LabVIEW heb ik een pulsgenerator gemaakt. Door deze puls naar de parallelle poort te verzenden is het mogelijk de snelheid van de trein te regelen. Wanneer het signaal die uit de parallelle poort komt laag is spert de optocoupler. Het spersignaal wordt door de ULN2804 geïnverteerd zodat de trein zal rijden. De parallelle poort is aangesloten op een optocoupler die op zijn beurt aan de uitgang zorgt voor een gesloten schakeling. De uitgang van de optocoupler wordt door middel van een bron gekoppeld met een versterker, die dient om een bruikbaar signaal te verkrijgen om een relais te bekrachtigen en de trein te laten rijden. De contacten gekoppeld aan de spoel van het relais zorgen voor de schakeling van de (trein)motor. Aangezien we de draaizin van de motor kunnen wijzigen door de polen te veranderen, kunnen we een tweede lijn aansturen om de motor in de andere richting te laten draaien. Als input van de schakeling maken we gebruik van een detectiesysteem (IR-LED en fotodiode elk aan een kant van de sporen, waar de trein doorrijdt). Doordat de trein bij het voorbijkomen de lichtstraal onderbreekt tussen IRLED en fotodiode, schakelt de diode om. Die schakeling wordt aangesloten aan de parallelle poort, die ook inputsignalen kan verwerken, en wordt doorgekoppeld naar het programma, die zorgt voor de dataverwerking.
Brecht Ramon
De computer gestuurde trein
5
2.2.3. Implementatie hardware 2.2.3.1. Bedradingschema
Brecht Ramon
De computer gestuurde trein
6
2.2.3.2. PC- poort(en) De computer communiceert met de interface via de parallelle poort (LPT1). De parallelle poort:
De tabel die je hier onder ziet is een weergave van wat welke pin voor functie heeft en eventueel. De extra functies. Pin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18-25
Signaal lijn Strobe Data0 Data1 Data2 Data3 Data4 Data5 Data6 Data7 Ack Busy Paper-Out Select LineFeed Error Init/Reset Select Ground
Richting Out In/Out In/Out In/Out In/Out In/Out In/Out In/Out In/Out In In In In Out In Out Out -
Uitgangs-bit Control-0 Data-0 Data-1 Data-2 Data-3 Data-4 Data-5 Data-6 Data-7 Status-6 Status-7 Status-5 Status-4 Control-1 Status-3 Control-2 Control-3 -
Invert Ja Nee Nee Nee Nee Nee Nee Nee Nee Nee Ja Nee Nee Ja Nee Nee Ja -
De printerpoort is niet kortsluitvast en kan niet overweg met stroompjes groter dan 10mA. Het handigste is om een optocoupler te gebruiken in combinatie met een 470 ohm weerstand. Na de optocoupler kunnen allerlei aanstuurschakelingen geconstrueerd worden zonder dat je nog rekening hoeft te houden met je printerpoort. Als de printerpoort door een kortsluiting of dergelijk defect gaat, en er is geen optocoupler aanwezig, is er veel kans dat het moederbord van de computer onherstelbaar beschadigd wordt. Deze schakeling kan gebruikt worden om bijvoorbeeld wissels om te zetten bij de modelspoorbaan of lampen te sturen bij een disco. De printerpoort van de computer kan maximaal 8 uitgangen sturen. De schakeling werkt heel eenvoudig. Een van de datalijnen van de printerpoort van de computer stuurt een transistor open en de bijbehorende belasting wordt aangeschakeld. De datalijnen zijn in de tabel op te zoeken.
Brecht Ramon
De computer gestuurde trein
7
•
Uitlezen via de parallelle poort: o o o
•
De snelheids regeling. De draaizin omkering. De test puls.
Inlezen via de parallelle poort: o
De plaatsbepaling van de trein.
De USB poort: •
Inlezen via de USB poort o Aan de hand van videoOCX importeer ik de beelden die de webcam maakt in labview 7.1.
Beschrijving VideoOCX: Videoocx is een ActiveX console die toestaat dat programmeurs gemakkelijk om videogevangenneming te integreren en beeld verwerkende capaciteiten in hun softwaretoepassingen met slechts een gemakkelijke stap. VideoOCX is compatibel met de meeste Video-voor-Windows apparaten, zoals USB fototoestellen (webcams) en framegrabbers samen met een CCD fototoestel of camerarecorder. VideoOCX staat toe dat u video in een eenvoudige stap gevangen te nemen.
2.2.3.3. Randapparaten Webcam: Typhoon WebShot II USB 300K is een digitale webcam voor alle computers en notebooks. Deze webcam komt met een hoge resolutie van 300K pixel. Typhoon WebShot II USB 300K gebruikt USB 1.1 die voor een gemakkelijke plug en play installatie kan gebruikt worden. Er is geen extra netadapter nodig aangezien de webcam via de USB kabel gevoed wordt. Infrarood led (LD274) Foto transistor (BPW40)
Brecht Ramon
De computer gestuurde trein
8
2.3. Software De programmatuur werd gemaakt in LabVIEW en bestaat uit 3 delen. • • •
Het genereren van pulsen Het inlezen van de plaatsbepaling Het inlezen van de webcam via VideoOCX
2.3.1. Frontpanel
Brecht Ramon
De computer gestuurde trein
9
Deel 1: Snelheid- draaizin regeling.
In dit deel van het programma kun je de volgende zaken doen. De snelheid van de trein regelen. De draaizin veranderen. Testen als de trein rijdt. Deel 2: Plaats bepaling.
De baan is verdeeld in 5 zones. Deze 5 zones worden in dit deel van het programma voorgesteld door led’s. Wanneer de trein in Wijzerzin rijdt moet u in de linkerkolom kijken en wanneer hij tegen wijzerzin rijdt moet u in de rechterkolom kijken. Op de volgende pagina vindt u een figuur die de verschillende zones weergeeft.
Brecht Ramon
De computer gestuurde trein
10
Brecht Ramon
De computer gestuurde trein
11
Deel 3: Live stream.
In dit deel van het programma kun je de trein live volgen. Om dit mogelijk te maken heb ik gebruik gemaakt van videoOCX.
2.3.2. Diagram
Brecht Ramon
De computer gestuurde trein
12
2.3.3. Analyse programma Dit deel van het programma wordt gebruikt om de beelden gemaakt door de webcam te importeren in labview.
Met dit deel van het programma wordt de trein bestuurd. Hier wordt de snelheid en de draaizin van de trein geregeld.
Dit deel van het programma verzorgt de detectie in wijzerzin. Om ervoor te zorgen dat de led van een bepaalde zone blijft branden, tot de trein deze verlaat, maak ik gebruik van een shiftregister.
Brecht Ramon
De computer gestuurde trein
13
Dit deel van het programma verzorgt de detectie in tegenwijzerzin. Om ervoor te zorgen dat de led van een bepaalde zone blijft branden, tot de trein deze verlaat, maak ik gebruik van een shift register.
Brecht Ramon
De computer gestuurde trein
14
2.3.4. Gebruikershandleiding Om het programma te starten moet je op deze knop drukken.
Daarna zal het programma starten en kan je de trein gaan besturen. Hieronder daarover meer. Snelheid- draaizin regelen
In bovenstaande figuur vind je de besturing om de trein sneller of trager te laten rijden. Ook is het hier mogelijk om de trein van draaizin te doen veranderen. De Test Puls dient om te testen als de trein wel degelijk zal rijden.
Met deze draaiknop kan de snelheid van de trein veranderd worden.
De knop draaizin omkeren maakt het mogelijk om de trein zowel vooruit als achteruit te laten rijden.
Brecht Ramon
De computer gestuurde trein
15
Detectie
In dit gedeelte van het programma is het mogelijk om de plaats van de trein te bepalen. Wanneer de trein zich beweegt in wijzerzin zal er boven de led’s een grote led branden. Dit wil zeggen dat je naar dat gedeelte moet kijken om de plaats van de trein te kunnen bepalen Live stream
In dit deel van het programma is het mogelijk om de trein te zien rijden. Dit maakt het mogelijk om de trein van in een andere kamer te besturen.
Brecht Ramon
De computer gestuurde trein
16
2.4. Testen en resultaten Het testen van de schakeling op het breadbord vormde weinig problemen, want ze functioneerde zoals het moest. Als ik de snelheid van de trein wil veranderen gebeurt dit door pulsen. Wanneer de trein niet rijdt ziet de grafiek er als volgt uit.
Wanneer de trein rijdt op stand 2 dan ziet de grafiek er als volgt uit.
Hoofdstuk 3 Besluiten Op zich kunnen we zeggen dat we redelijk geslaagd zijn in onze doelstelling voor dit project. Het elektronische gedeelte van deze GIP functioneert volledig. We kunnen de snelheid van de trein regelen in labview en dan uitlezen via de parallelle poort. Verder kunnen we bepalen waar de trein zich bevindt op de sporen. Ook kunnen we de trein live volgens tijdens het rijden.
Ik heb de volgende dingen tot een goed einde kunnen brengen. •
Snelheidsregeling van de trein: Het is mogelijk om de trein sneller en trager te laten rijden
•
Draaizin omkering: Door het gebruik van een relais is het mogelijk om de trein van rijrichting te doen veranderen.
•
Plaats bepaling: Door gebruik te maken van een infrarood led en een foto transistor heb ik het mogelijk gemaakt om te zien waar de trein zich bevind op de sporen.
•
Importeren van live beelden: Door gebruik te maken van het software programma videoOCX is het mogelijk geweest om de beelden die de webcam maakt te importeren in labview.
Brecht Ramon
De computer gestuurde trein
17
Bibliografie Hoe ik mijn webcam in labview 7.1 kon importeren heb ik gevonden om deze site: http://www.citengineering.com/pagesEN/labview/app.aspx
Optocoupler: 4N25, meer informatie vind je hier http://www.vishay.com/docs/83725/83725.pdf Darlington ULN2803, meer informatie vind je hier: http://www.alldatasheet.co.kr/datasheetpdf/view/ONSEMI/ULN2803.html Fototransistor: BPW40, meer informatie vind je hier: http://pepperoni.udg.es/pdfs/Electronica/IR/bpw40.pdf Infrarood led: LD274, meer informatie vind je hier: http://etronics.free.fr/dossiers/analog/analog13/LD274.pdf
Brecht Ramon
De computer gestuurde trein
18
