RN-Control

Die Roboternetz-Community

Die Roboternetz- Community ist ein Verband von Interessierten aus verschiedenen Bereichen der Technik, der Industrie, der Herstellung und der Anwendung, die sich mit der technologischen Entwicklung von Robotern und Steuerungen beschäftigen. Zu ihren Aufgaben gehören neben der Entwicklung, Verbesserung und Diskussion auch die Hilfestellung für Einsteiger und die Verbreitung des vorhandenen Wissens im Netz oder in speziellen Tutorials. Weltweit zählt die Roboternetz-Community zu den größten unabhängigen Communitys für Roboter und Elektronik. Willkommen sind neben Ingenieuren, Erfindern, Bastlern und Technikern natürlich auch Studenten, Schüler oder einfach nur Interessierte oder Anfänger. Die Roboternetz- Community bietet Informationen, Schaltpläne, Datenblätter, Bausätze und -anleitungen, Foren und spezielle Berechnungstools an.

Überblick Mikrocontroller

Mikrocontroller sind Halbleiterchips, die gleichzeitig einen Prozessor und Peripheriefunktionen in sich vereinigen. In den meisten Fällen kommen zu diesen Funktionen noch Arbeitsspeicher oder sogar auch Programmspeicher. Ein einziger Mikrocontroller ist also quasi ein eigenes Computersystem - deshalb werden Mikrocontroller auch häufig als System-on-a-chip bezeichnet. Vor allem auf den modernen Mikrochips finden sich teilweise auch sehr komplexe Funktionen. Zu diesen neuen Möglichkeiten gehören zum Beispiel CAN- (Controller Area Network), LIN- (Local Interconnect Network), USB- (Universal Serial Bus), serielle oder Ethernet-Schnittstellen. Viele Mikrocontroller besitzen heute auch programmierbare digitale oder analoge Funktionsblöcke.

Was ist RN-Control?

Vereinfach gesagt ist RN-Control nichts anderes, als ein Mikrocontrollerboard. Es wurde von der Roboternetz-Community entwickelt mit dem Ziel, ein Board zur Verfügung zu stellen, das einerseits ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis bietet und andererseits aber gleichzeitig auch für diverse unterschiedliche Aufgaben geeignet ist. Dieses Board wurde in einer gemeinsamen Diskussionsgruppe mit Mitgliedern aus vielen verschiedenen Tätigkeitsbereichen entwickelt und wird mittlerweile sogar schon als Bausatz oder als Fertigmodul im Handel angeboten. Viele Anwender greifen aber auch immer noch auf die herkömmliche Bauleitung zurück. Anwendung findet das Board zum Beispiel in der Robotertechnik, bei Steuerungsaufgaben, beim Modellbau oder einfach zum Experimentieren. Allerdings wird der Anwendungsbereich des RN-Control Boards derzeit stetig erweitert. 

Vorteile von RN-Control

Der für den Anwender oft ausschlaggebende Vorteil sind die vergleichsweise günstigen Kosten dieses Boards. Da sich diese Preisreduzierung aber nicht negativ auf die Leistung des Boards auswirkt, kann es zudem durch eine hohe Leistung und ein großes Maß an Flexibilität überzeugen. Bereits bei der Entwicklung wurde die größte Aufmerksamkeit darauf gelegt, dass sich dem Anwender viele Experimentier –und Einsatzmöglichkeiten bieten. Schon mit einfachsten Handgriffen lassen sich mit RN-Control Roboter konstruieren und ohne viel zusätzlichen Aufwand können zum Beispiel Ultraschallsensoren, Motoren oder Infrarotentfernungssensoren ergänzt werden. Ein weiterer Vorteil ist in seiner Erweiterbarkeit zu sehen: Wird der 12C-Bus dazu genutzt, kann auch eine Vielzahl weiterer Steuerungsboards angeschlossen werden. Dadurch kann eine vergleichbare Leistung wie die des RNBFRA-Boards erreicht werden und das bei deutliche geringeren Kosten. Das RNBFRA-Board entstand ebenfalls in der Roboternetz- Community. Es war eine Zeitlang das am meisten verwendete System unter den Anwendern, wird aber derzeit kontinuierlich vom RN-Control-Board abgelöst. Das RN-Control bietet sich zudem erheblich mehr für Einsteiger an, als das RNBFRA-Board, weil es zum einen einfacher zu bauen und zum anderen auch einfacher zu bedienen ist.

Leistungsmerkmale von RN-Control

Zunächst verfügt das RN-Control über zwei verschiedene Taktfrequenzen, die implementierbar sind. Sowohl die 8 als auch die 16 MHz Taktfrequenz werden dabei gleich mitgeliefert. Der Mikrocontroller gehört zu den schnellsten, die derzeit verfügbar sind. Außerdem verfügt das Board über acht Leuchtdioden. Diese sind per Schalter einfach zu deaktivieren. Zudem können sie verschiedenen Ports per Steckkarte beliebig zugeordnet werden. Sämtliche Portleitungen werden nach außen weggeführt. Die Stecker sind genormt und entsprechend der Roboternetz-Definition und der Norm des Atmel Entwicklungsboards STK 500. Zudem sind die Ports nicht nur über herkömmliche Leitungen, sondern zusätzlich auch noch über Steckerbuchsen erreichbar. Dieser Zugang ist vor allem wichtig, wenn das RN-Control zum Experimentieren verwendet werden soll, da hier die benötigten Drähte einfach eingesteckt und nicht fest angelötet werden müssen. Der Port A, der für den Anwender meist am wichtigsten ist, ist entweder über digitale oder analoge Ein- und Ausgänge zu erreichen. Zudem wird er über eine Steckklemme und einen zusätzlichen Hebel hinausgeführt. Der Motortreiber ist sehr belastbar. Er kann zum Beispiel für zwei Getriebemotoren oder einen Schrittmotor verwendet werden. Braucht der Anwender den Motortreiber nicht, so ist es auch kein Problem, diesen einfach auszubauen. Zudem kann der Motortreiber durch eine andere Verdrahtung auch für Komponenten wie Lämpchen oder Steuerungselemente genutzt werden. Außerdem liegt eine5 V Spannungsstabilisierung vor. Diese wird wie der Port A über eine spezielle Klemme herausgeführt und ist somit auch anderen Erweiterungen ohne Probleme zugänglich. Zudem wird so die Eingangsspannung vor Verpolung geschützt. Die jeweilige Batteriespannung kann individuell im Programm abgerufen werden. Die Betriebsspannung kann dabei variieren: meist schwankt sie zwischen den empfohlenen 7 bis 14 Volt. Im Allgemeinen möglich sind Betriebsspannungen von 7 bis 18 Volt. In Ausnahmefällen wurden aber auch schon Spannungen von bis zu 24 Volt erreicht.

Weitere Vorteile des RN-Control

Ein weiterer Vorteil des RN-Control ergibt sich aus seiner Kompaktheit. Nach der Roboternetz-Norm beträgt seine Größe nur ein halbes Europaformat. Außerdem sind durch die weiteren Anschlussmöglichkeiten über den 12C-Bus auch zahlreiche weitere Funktionen möglich: Dazu gehören zum Beispiel die Sprachausgabe RN Speak, das Relaisboard RN Relais, Serverboards oder LCD’s. Außerdem können sehr viele verschiedene Programmiersprachen implementiert werden. Dazu gehören neben Basic und C – die beide im Paket mitgeliefert werden – auch noch Assembler und Pascal. Die Bausätze zeichnen sich durch ein außergewöhnliches Preis-Leistungs-Verhältnis aus und der Aufbau des Boards ist so einfach, dass er auch für Anfänger ohne Hilfe zu bewerkstelligen ist. Zudem ist kein Starter- oder Applikationsboard notwendig, da die Funktionalität dieser Board bereits im RN-Control integriert ist. Für Anfänger überzeugend ist zudem, dass die Bauteile gesockelt vorkommen. Das bedeutet, dass sie zum Beispiel bei falscher Verschaltung relativ kostengünstig wieder zu reparieren sind. Ein relativ neues und bei den meisten Anwendern hoch beliebtes Feature ist die Möglichkeit, Töne über einen kleinen individuell programmierbaren Lautsprecher ausgeben lassen zu können.

RN-Control Steckklemmen

Rund um das RN-Control verteilt, sind die Steckklemmen. Über diese Steckklemmen erfolgt der spezifische Anschluss weiterer Komponenten. Dabei sind allerdings einige Aspekte zu beachten: Die Steckklemmen führen über jeweils alle Ports aus dem Board heraus. Damit sind sie zwar leicht zugänglich, aber zudem auch hochempfindlich. Zur Verdrahtung sind bei diesen Steckklemmen Drähte mit einer Stärke von 0,5 mm nötig. Drähte mit größerem oder kleinerem Durchmesser könnten die Sensorik der Steckklemmen beschädigen. 0,5 mm Drähte lassen sich in die Steckklemmen direkt einstecken. Ein zusätzliches Verlöten ist nicht notwendig, somit können die Drähte zum Beispiel beim Experimentieren nachher schnell wieder entfernt oder umgesteckt werden. Ein beigefügter Bestückungsplan erlaubt zudem eine genaue Übersicht über mögliche Anschlüsse und Verschaltungen.

Erste Anschlüsse

Vor allem für Anfänger ist es oft schwierig zu entschieden was und vor allem wo etwas angeschlossen werden soll. Im einfachsten Fall heißt es hier: Einfach mal ausprobieren. Allerdings bieten heute auch zahlreiche Internetplattformen, Foren und Blogs erste Hilfestellungen oder sogar ganze Tutorien an, zur sicheren und effizienten Verschaltung von Komponenten. Erste Komponenten, die angeschlossen werden, sind zum Beispiel Lämpchen, Sensoren wie zum Beispiel Entfernungssensoren, Helligkeits – oder Temperatursensoren, oder Servos. Das größte Risiko ist dabei, dass zum Beispiel die Lämpchen zusammen nicht mehr als 1 Ampere Strom benötigen dürfen. Wird dieser Wert überschritten, überhitzt sich der Motor und im Extremfall kommt es zu Schäden des RN-Control-Boards, die der Anwender selbst nicht mehr beheben kann. Ein weiteres Problem ist es, zu erkennen, ob zum Beispiel ein Sensor einen Digital- oder Analogport benötigt. Zur Leistungssteigerung können auch weitere Motoren oder externe Batteriegeräte angeschlossen werden. Beschränkt wird die Anschlussvielfalt nur durch die Anzahl der verfügbaren Ports. Eine besonders beliebte Anwendung ist der Anschluss eines Ultraschallsensors an RN-Control. Zudem können auch hier über die Verwendung eines 12C-Busses mehrere Ultraschallsensoren gleichzeitig angeschlossen werden. Dies gilt auch für die ebenfalls sehr beliebten Anwendungen einen elektronischen Kompass oder einen Joystick mit dem RN-Control zu verbinden. Die Programmierung erfolgt üblicherweise über ein sogenanntes ISP-Dongel. Eine schnellere, aber daher auch teurere Variante ist das USBISP-Dongel. Seit 2007 haben Anwender auch die Möglichkeit, einen installierten Bootloader zu erhalten. Dadurch kann das Board auch ohne ISP-Dongel programmiert werden.

Weitere Möglichkeiten

Möchte man die Verdrahtung der Komponenten noch etwas flexibler gestalten, bietet sich die Möglichkeit die üblichen Wannenstecker über spezielle Adapter durch Steckklemmen zu ersetzen. Diese lösen die Starrheit der ursprünglichen Verdrahtung beträchtlich. Adapter sind auch dann vorteilhaft, wenn man Komponenten wie den Ultraschallsensor an das RN-Control anschließen möchte und sich die jeweiligen Verbindungsstandards nicht miteinander kombinieren lassen. Anstatt ein eigenes Verbindungskabel zu basteln, kann auch hier einfach ein Adapter zur Verbindung beider Komponenten eingesetzt werden. Auch im Bereich der verwendeten Sprachen gibt es alternative Möglichkeiten. Für Anwender, die in C programmieren, hat sich mit der Entwicklung von Arduino eine neue Möglichkeit ergeben. Diese Bibliothek wurde von Bernd Klein erstellt. Sie bietet die Möglichkeit, die Leistung und Flexibilität des RN-Control mit der kostenlosen Entwicklungsumgebung und den speziellen Tools von Arduino zu verbinden, was vor allem Einsteigern die Programmierung stark erleichtert.

Anwendungsbeispiel von RN-Control

Ein konkretes Anwendungsbeispiel ist zum Beispiel das sogenannte AllwetterBot. Dieser dient der Wettersensorik und ist hauptsächlich aus RN-Modulen zusammengebaut. Derzeit sind die verschiedensten Elemente verbaut. Dazu gehören:

  • RN-Relais
  • RN-Funk
  • RN-Empfänger
  • Eine Kamera mit Servo und Motor, damit sie schwenkbar ist
  • Scheinwerfer
  • Solarzellen
  • Dualmotor
  • RN-MiniControl

Alle diese Komponenten sind an ein RN-Control angeschlossen und werden zentral durch dieses gesteuert. Der AllwetterBot bietet also dem Anwender die Möglichkeit, durch eine relativ einfache Komponentenverdrahtung ein Gerät zu erhalten, das auch bei Regen oder Schnee nicht sofort aussetzt, sondern ziemlich robust und in seiner Verdrahtung zudem sehr flexibel ist.