Unterrichtseinsichten - Schuljahr 2011/2012 - Informatik-AG

Anmelden von Motoren, Sensoren und weiteren Komponenten

• Importieren der benötigten Klassen
  Beim Start bringt Java schon einige Klassen mit, die für einfache Programme ausreichen.
  Die Klassen für den NXT-Baustein sind aber gesondert zusammengefasst und müssen importiert werden.
  Die Zeilen für den Import werden direkt unter der Zeile "package ..." am Anfang des Programms eingefügt.
     import lejos.nxt.*;                         // wird immer benötigt
     import lejos.robotics.navigation.*;   // wird benötigt für den Differentialpiloten und den Navigator (siehe unten)
  
  
• Bildschirm des NXT-Bausteins
  Es gibt Befehle, um die Tasten des Bedienfeldes anzusprechen.
  Angemeldet werden muss die Klasse "Button" nicht.
     Button.ENTER     // Zentrale Taste (orange, quadratisch)
     Button.ESCAPE  // untere graue rechteckige Taste
     Button.LEFT        // linke dreieckige Taste
     Button.RIGHT      // rechte dreieckige Taste
  Meist ist es wichtig, die Tasten auf einen Tastendruck abzufragen:
     Button.LEFT.isDown();     // fragt ab, ob die linke Taste gedrückt ist
     !Button.RIGHT.isDown();  // fragt ab, ob die rechte Taste nicht (wegen des Ausrufezeichens !) gedrückt ist
  Will man zu Beginn oder zwischendurch den Roboter so lange anhalten, bis eine bestimmte Taste gedrückt ist, geht das gut mit der while-("während" oder "solange")-Anweisung:
     while (!Button.LEFT.isDown()) { };    // solange die Links-Taste nicht gedrückt ist, tue das, was in den geschweiften Klammern steht (also hier nichts)
  
  
• Bildschirmausgabe
  Der Bildschirm des NXT-Bausteins kann mit LCD angesprochen werden. Eine Anmeldung ist nicht nötig.
  Mit dem Befehl "drawString" kann Text an einer bestimmten Stelle des Bildschirms ausgegeben werden.
     LCD.drawString("Hallo!",2,5);     // gibt den Text "Hallo!" ab der 2. Spalte und der 5. Zeile aus
     LCD.drawString(""+472,4,1);      // gibt die Zahl 472 ab der 4. Spalte und der 1. Zeile aus; ""+ wandelt dabei die nachfolgende Zahl in Text um
  
  
• Motoren
  Motoren müssen nicht angemeldet werden.
  Es stehen zur Verfügung "Motor.A", "Motor.B" und "Motor.C"
  Beispiele für den Programmtext:
     Motor.A.forward();   // Motor A fährt vorwärts
     Motor.B.setSpeed(200);   // Die Geschwindigkeit des Motor B wird auf 200 gesetzt
     Motor.C.stop();   // Motor C wird gestoppt
  
  
• Berührungssensor
  Der Berührungssensor heißt "TouchSensor" und muss so angemeldet werden:
     TouchSensor <name> = new TouchSensor(<Sensor-Anschluss>);
  Beispiel:
     TouchSensor ts = new TouchSensor(SensorPort.S1);    // nun hat man einen Berührungssensor, der ts heißt und am Anschluss 1 angeschlossen ist
  Beispiel für folgende Aufgabe: Wenn der Berührungssensor gedrückt ("isPressed") wurde, soll auf dem Bildschirm "Taste" ausgegeben werden
     if (ts.isPressed())
     {
        LCD.drawString("Taste",3,5);
     }
  
  
• Lichtsensor
  Der Lichtsensor heißt "ColorSensor" und muss so angemeldet werden:
     ColorSensor <name> = new ColorSensor(<Sensor-Anschluss>);
  Beispiel:
     ColorSensor cs = new ColorSensor(SensorPort.S2);    // nun hat man einen Lichtsensor, der cs heißt und am Anschluss 2 angeschlossen ist
  Beispiel für folgende Aufgabe: Der Lichtsensor soll die Lichtstärke messen und auf dem Bildschirm ausgeben
     int helligkeit;                                 // eine Variable "hell" wird eingerichtet, um eine natürliche Zahl (=int oder integer) speichern zu können
     helligkeit=cs.getRawLightValue();   // die Lichtstärke wird gemessen und der Wert wird in der Variable "helligkeit" gespeichert
     LCD.drawString(""+helligkeit,1,1);   // der Wert, der in "helligkeit" gespeichert ist, wird auf dem Bildschirm oben links ausgegeben
  
  
• Ultraschallsensor
  Der Ultraschallsensor heißt "UltrasonicSensor" und muss so angemeldet werden:
     UltrasonicSensor <name> = new UltrasonicSensor(<Sensor-Anschluss>);
  Beispiel:
     UltrasonicSensor us = new UltrasconicSensor(SensorPort.S3); // nun hat man einen Ultraschallsensor, der us heißt und am Anschluss 3 angeschlossen ist
  Beispiel für folgende Aufgabe: Der Roboter soll losfahren und dann stoppen, wenn der Ultraschallsensor anzeigt, dass in weniger als 15 cm Entfernung ein Hindernis steht
     Motor.B.forward();                        // Motor B fährt vorwärts
     while (us.getDistance() > 15) { };   // wenn der Abstand größer als 15 cm ist, warte ab (und fahre weiter)
     Motor.B.stop();                            // stoppe den Motor B, weil jetzt der Abstand nicht mehr größer als 15 cm ist
  Beim Ultraschallsensor gibt es folgendes Problem:
     Nach dem Aufruf muss man einen Moment warten, damit das ausgesandte Signal gesendet und wieder empfangen und danach ausgewertet werden kann.
     Wieviel ein "Moment" ist, ist mir nicht ganz klar. Es dürften aber 10 ms bis 20 ms reichen.
     Die "warte"-Anweisung kann durch folgende Methode (innerhalb der Klasse, außerhalb der main-Methode) erreicht werden, wobei die Systemuhr abgerufen wird:
  
    public void warte(long zeit)    //Zeit ist die Wartezeit in Millisekunden
       {
           long jetzt=System.currentTimeMillis();
           while (System.currentTimeMillis()<jetzt+zeit){}
       }
  
  Das oben beschriebene Programm kann dann mit einer do-while-Schleife so geschrieben werden:
  
     Motor.B.forward();                        // Motor B fährt vorwärts
     int abstand;
     do { abstand=us.getDistance(); warte(15);}
     while (abstand <= 15);                 // wenn der Abstand kleiner als 15 cm oder gleich 15 cm ist, fahre nicht weiter
     Motor.B.stop();                           // stoppe den Motor B, weil jetzt der Abstand nicht mehr größer als 15 cm ist
  
  
  
• Treiber für Fahrzeuge mit 2 Motoren
  Um die beiden Motoren zu synchronisieren (= aufeinander abzustimmen), benötigt man ein Überwachungsprogramm, das "DifferentialPilot" heißt.
  Bei Autos wird mit Differentialgetrieben erreicht, dass die Räder an einer Achse bei Kurvenfahrten unterschiedlich schnell laufen können und nicht über den Boden rutschen müssen.
  Dieser "DifferentialPilot" muss so angemeldet werden:
     DifferentialPilot <name> = new DifferentialPilot(<Raddurchmesser>, <Achsenlänge von Radmitte bis Radmitte>, <Motor links>, <Motor rechts>);
  Beispiel:
     DifferentialPilot dp = new DifferentialPilot(4.3f, 12.7f, Motor.A, Motor.B); // Man hat nun einen Differentialpiloten, der dp heißt und der einen Wagen steuert, dessen Räder den Durchmesser 4,3 cm und den Radabstand 12,7 cm haben und dessen linkes Rad vom Motor A und dessen rechtes Rad vom Motor B angetrieben wird.
  Beispiel für folgende Aufgabe: Der Roboter soll auf einer Bahn fahren, die an eine 400m-Laufbahn erinnert
     dp.travel(50);      // der Roboter fährt 50 cm geradeaus
     dp.arc(20,180);   // der Roboter fährt einen Halbkreis (=180°) mit dem Radius 20 cm
     dp.travel(50);      // der Roboter fährt 50 cm geradeaus
     dp.arc(20,180);   // der Roboter fährt einen Halbkreis (=180°) mit dem Radius 20 cm
  
  
• Navigation im x-y-Koordinatensystem
  Mit Hilfe des Navigators kann man Punkte in einem x-y-Koordinatensystem direkt anfahren, ohne sich um Winkel oder Fahrstrecken kümmern zu müssen.
  Der "Navigator" muss so angemeldet werden:
     Navigator <name> = new Navigator(<Name eines Differentialpiloten>);
  Beispiel:
     Navigator navi = new Navigator(dp);
  Beispiel für folgende Aufgabe: Es soll ein rechtwinkliges Dreieck ABC vom Wagen abgefahren werden, dessen Eckpunkte folgende Koordinaten besitzen:
  A(10/30), B(60/30), C(60/70)  (Einheiten in cm, bzw. in der Einheit, die beim Differentialpiloten für den Raddurchmesser und die Achslänge benutzt wurden)
  Die Eckpunkte werden zunächst als Waypoint definiert und dann wird der Befehl zum Abfahren der Strecke gegeben. Da der Start am Punkt (0/0) liegt, wird der Wagen zunächst zum Punkt A fahren und dann mit der Fahrt auf den Dreieckseiten beginnen.
     navi.addWaypoint(10,30);  // fahre zum Punkt A
     navi.addWaypoint(60,30);  // fahre die Strecke AB
     navi.addWaypoint(60,70);  // fahre die Strecke BC
     navi.addWaypoint(10,30);  // fahre die Strecke CA
     navi.followPath();              // beginne nun mit der Fahrt