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Das duale Studium an der TU Hamburg
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LEGO® EV3

EV3


Einleitung

Der EV3 ist ein intelligenter, programmierbarer Baustein der Firma LEGO®. Der EV3 Baustein ist, nach RCX und NXT, die dritte Generation der Lego Roboter und ähnelt dem NXT Baustein.

Der EV3 besitzt im Gegensatz zum älteren Modell (NXT) vier Eingänge und vier Ausgänge. Der Stein ist das „Gehirn“ des Roboters, verfügt über einen leistungsstarken ARM9-32-Bit-Mikroprozessor, integrierten Programmspeicher mit 16 GB Flash-Speicher und 64 MB RAM, einen USB-Port und einen Micro-SD-Kartenslot. Die Kommunikation über USB, Bluetooth und WiFi  zur Datenübertragung auf einem Computer wird unterstützt. Außerdem ist der Baustein kompatibel zu Mobilfunkgeräten (Android und iOS).

 

Technik

Der Mikroprozessor (ARM9) ist ein Produkt der ARM-Familie. Die ARM-CPU ist eine RISC-Architektur (Reduced Instruction Set Computing) und kennt als solche lediglich drei Kategorien von Befehlen:

  • Befehle zum Zugriff auf den Speicher (Load/Store)
  • arithmetische oder logische Befehle auf Werte in Registern (UND, ODER)
  • Befehle zum Ändern des Programmflusses (Sprünge, Subprogrammaufrufe)

Dies ermöglicht meist ein schnelleres Reagieren auf Unterbrechungen (Interrupts) durch externe Signale. So prädestiniert sich diese Prozessorkategorie für Aufgaben mit Echtzeitanforderungen.

Der EV3 Baustein kann mit drei Servomotoren (inkl. integrierten Rotationsensoren, der die Umdrehungen des Motors misst), einem Ultraschallsensor, einem Farb-/Lichtsensor, ein Berührungssensoren und einem Mikrofon ergänzt werden.

Mit dem Ultraschallsensor kann der Roboter Entfernungen einschätzen und „sehen“, wo sich Gegenstände befinden. In Verbindung mit dem EV3 Stein kann der Ultraschallsensor Gegenstände erkennen und den Abstand in Zoll oder Zentimeter messen. Als Ultraschall bezeichnet man Schall mit Frequenzen, die oberhalb des vom Menschen wahrgenommenen Bereiches liegen, etwa zwischen 25 kHz und 1 GHz. Schall mit noch höherer Frequenz wird als Hyperschall bezeichnet, bei Frequenzen unterhalb des für Menschen hörbaren Frequenzbereichs spricht man dagegen von Infraschall. Zur Erzeugung von Ultraschall in Luft eignen sich Lautsprecher (insbesondere Piezolautsprecher), d. h. membrangekoppelte Platten aus piezoelektrischem Material, die durch Umkehr des Piezo-Effekts zu Schwingungen angeregt werden. Ultraschall in Flüssigkeiten und Festkörpern wurde früher durch Wandler erzeugt, die sich Echolote nennen. Heute verwendet man dazu Quarz- oder Keramikschwinger. An diese wird eine Wechselspannung angelegt.

Mit dem Lichtsensor kann der Roboter Lichtverhältnisse erkennen und 8 verschiedene Farben unterscheiden (siehe RCX).

Der Berührungssensor besteht aus einem Schalter, der am Ende des Bausteins verbaut ist und meistens im logischen Modus (An oder Aus) verwendet wird.

 

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Ausstattung

Das handelsübliche EV3-Set beinhaltet (bei uns im Kurs vorhanden):

  • EV3 Brick
  • 550 Lego-Technik Bauteile
  • Sensoren (Ultraschall-, Licht-, Berührungssensoren, Mikrofon)
  • 3 Servomotoren (+ eingebauter Rotationssensor)
  • USB-Kabel
  • Anschlusskabel
  • Erweiterungen: Infrarot-Sucher, Infrarot-Sensor, Kreisel-Sensor, Farbsensor

 

Programmierung

Die Programmierung des EV3 kann unter anderem in der objektorientierten Programmiersprache Java erfolgen. Dafür eignet sich zum Beispiel die Entwicklungsumgebung Eclipse. Eclipse ist ein beliebtes Open-Source Projekt, welches viele hilfreiche Werkzeuge zur Programmierung bietet (Download Eclipse). Außerdem kann mit der Software Lejos (LEGO-java-operating-system) programmiert werden (Download Lejos).