Lektion 12: Steuerung des Rovers mit der App¶

In unserem letzten Abenteuer haben wir gelernt, mit dem SunFounder Controller nicht nur die Welt durch die Augen des Rovers zu erkunden, sondern auch seinen Blick durch Steuerung des Neigungsmechanismus anzupassen. Es war, als hätten wir unserem Mars-Rover das Sehen beigebracht!

Stellen Sie sich nun vor, Sie könnten diesen Mars-Erkunder auch steuern und seinen Weg nach Belieben lenken. In dieser Lektion werden wir genau das tun! Wir vertiefen unser Verständnis des SunFounder Controllers und lernen, unseren Rover zu manövrieren, was uns das aufregende Erlebnis eines Mars-Rover-Fahrers bietet!

Mit unserem lebendigen und anschaulichen STEAM-Kurs werden Kinder nicht nur lernen; sie erleben die Spannung und das Wunder der Raumfahrt! Schnallen Sie sich an und bereiten Sie sich auf eine spannende Reise vor!

Kursziele¶

Vertiefung des Verständnisses des SunFounder Controllers.
Erlernen der Steuerung des Mars-Rovers mittels der mobilen App.

Kursmaterialien¶

Mars-Rover-Modell (mit allen Komponenten, außer Solarpanel und Bodenplatte)
Arduino IDE
Computer
Tablet oder Smartphone mit installierter SunFounder Controller-App

Kursschritte¶

Schritt 1: Vertiefung in den SunFounder Controller

In unserer letzten Lektion haben wir erste Einblicke in den SunFounder Controller, seine grundlegenden Funktionen und Anwendungen erhalten. Aber sicherlich haben Sie noch einige brennende Fragen, richtig? Zeit, diese Neugier zu stillen und tiefer in dieses technologische Wunder einzutauchen.

Beim Erstellen eines neuen Controllers werden Sie zunächst mit einem Bildschirm konfrontiert, der anfangs wie ein Rätsel erscheinen mag.

Sie sehen eine Vielfalt von Formen: lange Rechtecke, kurze Rechtecke und große Quadrate, jedes einzigartig mit Kennzeichnungen von A bis Q versehen.

Haben Sie sich jemals gefragt, warum diese Vielfalt? Was bedeuten die Kennzeichnungen von A bis Q?

Begeben wir uns auf diese Entdeckungsreise!

Entschlüsselung der Formen

Tippen Sie beispielsweise auf ein langes Rechteck. Wie das Öffnen einer Schatztruhe werden mehrere Widgets enthüllt. Erinnern Sie sich an den Slider aus unserem letzten Unterricht? Durch Wischen nach links oder rechts wurde die Neigung der Mars-Rover-Kamera gesteuert. Dann gibt es das Gauge, das als Tachometer Ihres Rovers dienen kann. Und eine Vielzahl anderer Widgets!

Tippen Sie auf das kürzere Rechteck, und es zeigt eine andere Gruppe von Widgets. Das Button-Widget, ähnlich einem binären Schalter, gibt einzelne Befehle aus, während das Microphone-Widget Ihre Sprachbefehle zum Steuern des Rovers hören kann, unter anderen Widgets.

Und der quadratische Block? Er beherbergt das Joystick-Widget, das D-Pad-Widget und das Gashebel-Widget. Und ja, es gibt noch mehr!

Keine Sorge um die Funktion oder Anwendung jedes Widgets zu diesem Zeitpunkt. Machen Sie sich erst einmal mit den Widgets vertraut, die in jeder Form enthalten sind.
Nutzung der Widgets
Durch den oben genannten Inhalt wissen wir, dass es viele verschiedene Widgets gibt. Wofür können diese Widgets also verwendet werden?

Wir kategorisieren diese Widgets in zwei Typen: Steuerungs-Widgets und Anzeige-Widgets.
- Steuerungs-Widgets ermöglichen es Ihnen, die App zu manipulieren, woraufhin der Mars-Rover diese Steuerbefehle empfängt und entsprechende Aktionen ausführt.
- Anzeige-Widgets erlauben es Ihnen, bestimmte Werte in der App anzuzeigen, wie zum Beispiel Sensordaten.
Für eine detaillierte Beschreibung dieser Widgets, siehe bitte: Widgets List.

Für Funktionen, Parameter usw., die mit diesen Widgets zusammenhängen, siehe bitte: Widgets Usage.
Die Rolle der Kennzeichner
Jede Form trägt einen Kennzeichner in der unteren rechten Ecke. Warum, fragen Sie? Verstehen wir das anhand eines Beispiels.

In unserer letzten Klasse haben wir ein Slider-Widget im Bereich D hinzugefügt. Der Code, um dessen Wert zu erhalten, sah in etwa so aus:
int16_t sliderD = aiCam.getSlider(REGION_D);
Was, wenn wir ein Slider-Widget im Bereich B hinzugefügt hätten? Wie würde sich der Code ändern? So einfach, wie REGION_D durch REGION_B zu ersetzen.
int16_t sliderD = aiCam.getSlider(REGION_B);
Einfach, richtig? Diese Kennzeichner helfen dabei, zu erkennen, welches Widget Sie in welchem Bereich hinzugefügt haben.

Bemerkung

Detaillierte Anweisungen zum Erstellen und Hinzufügen von Widgets sowie zum Verbinden und Bedienen des SunFounder Controllers finden Sie in Schritt 3 von Lektion 11.
Für tiefgreifendere Operationen besuchen Sie bitte Page Introduction.

Schritt 2: Steuerung des Mars-Rovers mit Dual-Throttles

Jetzt, da wir uns eingehend mit den SunFounder Controller Widgets beschäftigt haben, steigern wir unser Spiel, indem wir zwei Drosselklappen-Widgets verwenden, um die Bewegung des Mars-Rovers zu steuern.

Platzieren Sie je ein Throttle-Widget in den Bereichen K und Q. Sie müssen oben rechts auf die Schaltfläche klicken, um in den Bearbeitungsmodus zu wechseln, und nachdem Sie alles eingerichtet haben, klicken Sie auf , um Ihre Änderungen zu speichern.
Da wir zwei Throttle-Widgets zur Steuerung der Mobilität des Rovers verwenden wollen, passen wir die Funktion, die die Bewegungen des Rovers steuert, entsprechend an:
// Function to set the power of the motors void carSetMotors(int8_t power_L, int8_t power_R) { // Set power for the left motor if (power_L >= 0) { SoftPWMSet(in1, map(power_L, 0, 100, 0, 255)); SoftPWMSet(in2, 0); } else { SoftPWMSet(in1, 0); SoftPWMSet(in2, map(power_L, 0, -100, 0, 255)); } // Set power for the right motor if (power_R >= 0) { SoftPWMSet(in3, 0); SoftPWMSet(in4, map(power_R, 0, 100, 0, 255)); } else { SoftPWMSet(in3, map(power_R, 0, -100, 0, 255)); SoftPWMSet(in4, 0); } }
Natürlich, lassen Sie uns die Funktion carSetMotors() genauer betrachten. Diese Funktion nimmt zwei Argumente entgegen, power_L und power_R, die wahrscheinlich die Leistungseinstellungen für die linken und rechten Motoren sind. Die Werte dieser Argumente liegen vermutlich zwischen -100 und 100, wobei negative Werte Rückwärtsbewegung anzeigen, 0 einen Stopp bedeutet und positive Werte Vorwärtsbewegung signalisieren.
- Leistungseinstellung für den linken Motor:
  Wenn power_L größer oder gleich 0 ist, wird der linke Motor auf Vorwärtsbewegung eingestellt.
  
  SoftPWMSet(in1, map(power_L, 0, 100, 0, 255)) verwendet die Arduino-Funktion map, um den Eingabebereich (0 bis 100) auf den Ausgabebereich (0 bis 255) abzubilden - dies liegt daran, dass die PWM-Werte in Arduino zwischen 0 (0 % Tastverhältnis) und 255 (100 % Tastverhältnis) liegen. Dieser abgebildete Wert wird dann zusammen mit in1 an die Funktion SoftPWMSet übergeben.
  
  Wenn power_L kleiner als 0 ist, wird der linke Motor auf Rückwärtsbewegung eingestellt, und der Eingabebereich für die Funktion map ist jetzt 0 bis -100.
- Leistungseinstellung für den rechten Motor:
  Dies folgt der gleichen Logik wie das Einstellen der Leistung für den linken Motor, aber benutzt stattdessen in3 und in4, und die Werte für die Eingangsleistung sind power_R anstelle von power_L.
Insgesamt nimmt diese Funktion zwei Motorleistungswerte, wandelt sie in die entsprechenden PWM-Werte um und setzt die PWM-Werte auf den richtigen Motorsteuerungspins, um die gewünschte Bewegung zu erreichen.

Innerhalb der Funktion onReceive() holen Sie die Werte von den beiden Throttle-Widgets ab und verwenden sie als Leistung für die linken und rechten Motoren des Mars-Rovers.

void onReceive() {
    // Get the value of the slider in region D
    int16_t sliderD = aiCam.getSlider(REGION_D);

    // Move the servo to the angle indicated by the slider
    myServo.write(int(sliderD));

    // Get the throttle values for the left and right
    int throttle_L = aiCam.getThrottle(REGION_K);
    int throttle_R = aiCam.getThrottle(REGION_Q);

    // Set the power for the motors
    carSetMotors(throttle_L, throttle_R);
}

Hier ist der vollständige Code:

Jedes Mal, wenn Sie den Code erneut ausführen, müssen Sie die folgenden vier Schritte wiederholen:

Vor dem Hochladen des Codes stellen Sie sicher, dass der Schalter nach rechts gedreht ist.
Nachdem der Code erfolgreich hochgeladen wurde, schalten Sie auf die linke Seite, um die ESP32 CAM zu starten.
Verbinden Sie sich mit dem Netzwerk GalaxyRVR.
Verbinden Sie sich und führen Sie den Controller aus.

Nun können Sie mit einer einfachen Bewegung Ihres Daumens auf den Throttle-Widgets den Mars-Rover in Aktion sehen, wie er mit erneuertem Geist an Kraft gewinnt und sich dreht. Lasst die Erkundung beginnen!

Schritt 3: Visualisierung von Sensorwerten

Auf unserer Reise mit dem SunFounder Controller haben wir aktiv mit unserem Mars-Rover interagiert, unter anderem durch Steuerungs-Widgets wie Schieberegler zur Neigungsanpassung und Drosselklappen zur Bewegungssteuerung des Rovers. Aber wie steht es mit der Nutzung von Anzeige-Widgets, um ein lebendiges Bild von der Umgebung unseres Rovers zu zeichnen?

Lassen Sie uns sehen, wie wir dies umsetzen können, indem wir die Werte von den linken und rechten Infrarot (IR)-Vermeidungsmodulen und die vom Ultraschallmodul erfasste Entfernung visualisieren. Diese Echtzeitdaten geben uns ein klares Bild von der Betriebsumgebung des Rovers.

So können wir das erreichen:

Beginnen Sie damit, drei Nummern-Widgets zu Ihrem SunFounder Controller hinzuzufügen. Vergessen Sie nicht, Sie können deren Namen und Einheiten mit dem Einstellungsbutton personalisieren.

Als Nächstes tauchen wir in den Code ein. Starten Sie, indem Sie die Code-Schnipsel für die IR-Vermeidungsmodule und das Ultraschallmodul aus unseren vorherigen Lektionen übernehmen.

...
// Define the pin for the ultrasonic module
#define ULTRASONIC_PIN 10

// Define the pins for the IR modules
#define IR_RIGHT 7
#define IR_LEFT 8

void setup() {
    ...

    // Set the IR module pins as inputs
    pinMode(IR_RIGHT, INPUT);
    pinMode(IR_LEFT, INPUT);
}


float readSensorData() {
    // A 4ms delay is required, otherwise the reading may be 0
    delay(4);

    //Set to OUTPUT to send signal
    pinMode(ULTRASONIC_PIN, OUTPUT);

    ...
}

In der Funktion onReceive() extrahieren Sie die Werte aus den Vermeidungsmodulen und dem Ultraschallsensor. Aktualisieren Sie anschließend diese Werte im Wörterbuch sendDoc[]. Die Schlüssel N, P und O entsprechen den Regionscodes der drei hinzugefügten Nummern-Widgets.

// Function to execute when data is received from the Controller
void onReceive() {

    ...

    // Read values from IR sensors
    int leftValue = digitalRead(IR_LEFT);
    int rightValue = digitalRead(IR_RIGHT);
    aiCam.sendDoc["N"] = leftValue;
    aiCam.sendDoc["P"] = rightValue;

    // ultrasonic
    float distance = readSensorData();
    aiCam.sendDoc["O"] = distance;
}

Hier ist der vollständige Code:

Nachdem der Code erfolgreich hochgeladen wurde, starten Sie Ihren SunFounder Controller. Sie werden mit den Echtzeitwerten der Vermeidungsmodule und der vom Ultraschallsensor erfassten Entfernung begrüßt, was ein klares Bild von der unmittelbaren Umgebung des Rovers zeichnet.

Mit diesem Schritt haben Sie die Welt der Anzeige-Widgets erfolgreich erkundet. Experimentieren Sie ruhig mit verschiedenen Widgets, um die Informationen anzuzeigen, die Sie interessant finden. Viel Spaß beim Erforschen!

Schritt 4: Reflexion und Schlussfolgerung

In dieser Lektion haben wir ein tieferes Verständnis für den SunFounder Controller entwickelt und verstanden, wie wir seine Widgets nicht nur zur Steuerung unseres Mars-Rovers, sondern auch zur Überwachung seiner Umweltdaten in Echtzeit nutzen können.

Nun, hier ist eine Herausforderung für Sie:

Wie wäre es, einige Schalter-Widgets zu Ihrem SunFounder Controller hinzuzufügen? Mit diesen aktivierten Schaltern könnte der Mars-Rover zwischen Vermeidungs- und Folgemodi umschalten. Oder nutzen Sie die Schalter zur Steuerung des Lichtstreifens – ihn ein- oder ausschalten oder sogar seine Farbe ändern?

Haben Sie das Vertrauen, diese Herausforderung anzunehmen?

Wir freuen uns darauf, Sie diese Herausforderung meistern zu sehen!