Если вам также как и нам не хватает возможностей стандартных датчиков EV3, не достаточно 4-х портов для датчиков в ваших роботах или вы хотите подключить к своему роботу какую-нибудь экзотическую периферию - эта статья для вас. Поверьте, самодельный датчик для EV3 - это проще чем кажется. "Крутилка громкости" из старого радиоприемника или пара гвоздей, воткнутых в землю в цветочном горшке в качестве датчика влажности почвы - отлично подойдут для эксперимента.
Удивительно, но каждый порт датчика EV3 скрывает в себе целый ряд различных протоколов, в основном это сделано для совместимости с датчиками NXT и датчиками сторонних производителей. Давайте рассмотрим как устроен кабель EV3
Странно, но красный провод - это земля (GND), зеленый - плюс питания 4,3В. Синий провод - одновременно SDA для шины I2C и TX для протокола UART. Кроме этого синий провод - вход аналогово-цифрового преобразователя для EV3. Желтый провод - одновременно SCL для шины I2C и RX для протокола UART. Белый провод - вход аналогово-цифрового преобразователя для датчиков NXT. Черный - цифровой вход, для датчиков, совместимых с NXT - он дублирует GND. Непросто, не так ли? Давайте по порядку.
Аналоговый вход EV3
В каждом порту датчика есть канал аналогово-цифрового преобразователя. Он используется для таких датчиков, как Touch Sensor (кнопка), датчиков NXT Light Sensor и Color Sensor в режиме измерения отраженного света и внешней освещенности, NXT датчика звука и NXT-термометра.
Сопротивление в 910 Ом, подключенное согласно схеме сообщает контроллеру, что данный порт необходимо переключить в режим аналогового входа. В таком режиме к EV3 можно подключить любой аналоговый датчик, например от Arduino. Скорость обмена с таким датчикаом при этом может достигать нескольких тысяч опросов в секунду, это самый быстродействующий тип датчиков.
Датчик освещенности
Термометр
Датчик влажности почвы
Также можно подключить: микрофон, кнопку, ИК дальномер и многие другие распространенные сенсоры. Если для датчика не достаточно питания в 4,3В, можно запитать его от 5В от разъема USB-порта, расположенного на боковой стороне контроллера EV3.
Упомянутая выше "крутилка громкости" (она же переменный резистор или потенциометр) является отличным примером аналогового датчика - ее можно подключить вот так:
Для чтения значений с такого датчика в стандартной среде программирования LEGO необходимо использовать синий блок RAW
Протокол I2C
Это цифровой протокол, по нему работает например ультразвуковой датчик NXT, многие датчики Hitechnic, такие как IR Seeker или Color Sensor V2. Для иных платформ, например для Arduino, есть масса i2c-датчиков их вы тоже сможете подключить. Схема следующая:
Сопротивление 82 Ом рекомендованы LEGO Group, однако в разных источниках встречаются упоминания о 43 Ом и менее. На самом деле мы попробовли вообще отказаться от этих сопротивлений и все работает, по крайней мере "на столе". В реальном роботе, работающем в условиях различного рода помех, линии SCL и SDA стоит все же притянуть к питанию через сопротивления, как это указано на схеме выше. Скорость работы i2c в EV3 довольно невелика, примерно 10000 кбит/с, именно поэтому всеми любимый Hitechnic Color Sensor V2 такой тормозной:)
К сожалению для стандартного EV3-G от LEGO не существует полноценного блока для двухсторонней связи с i2c датчиком, но используя сторонние среды программирования, такие как RobotC, LeJOS или EV3 Basic можно взаимодействовать практически с любыми i2c датчиками.
Способность EV3 работать по i2c протоколу открывает интересную возможность для подключения нескольких датчиков к одному порту. I2C протокол позволяет поключить к одной шине до 127 подчиненных устройств. Представляете? По 127 датчиков к каждому из портов EV3:) Более того, часто кучу i2c датчиков совмещают в одном устройстве, например на фото ниже датчик 10 в 1 (содержит компас, гироскоп, акселерометр, барометр и т.д.)
UART
Почти все стандартыне EV3-датчики, за исключением Touch Sensor, работают по протоколу UART и именно поэтому они не совместимы с контроллером NXT, который хоть и имеет такие же разъемы, но на портах датчиков у него UART не реализован. Взгляните на схему, она немного проще, чем в предыдущих случаях:
UART-датчики автоматически согласовывают с EV3 скорость своей работы. Первоначально соединившись на скорости 2400 кбит/с они договариваются о режимах работы и скорости обмена, переходя затем на повышенную скорость. Типичные скорости обмена для разных датчиков 38400 и 115200 кбит/с.
LEGO реализовала в своих UART-датчиках довольно замысловатый протокол, поэтому сторонних датчиков, предназначенных изначально не для этой платформы, но совместимых с ней, не существует. Тем не менее этот протокол очень удобен для подключения "самодельных"
датчиков, на базе микроконтроллеров.
Для Arduino существует замечательная библиотека EV3UARTEmulation , написанная известным LeJOS-разработчиком Lawrie Griffiths, которая позволяет этой плате притвориться UART-LEGO-совместимым датчиком. В его блоге LeJOS News есть масса примеров подключения датчиков газа, IMU-сенсора и цифрового компаса с использованием данной библиотеки.
Ниже на видео - пример использования самодельного датчика. У нас нет достаточного числа оригинальных датчиков расстояния LEGO, поэтому один из датчиков на роботе мы используем самодельный:
Задача робота - стартовать с зеленой клетки, найти выход из лабиринта (красная клетка) и вернуться на место старта кратчайшим путем, не заезжая в тупики.
Описание презентации по отдельным слайдам:
1 слайд
Описание слайда:
2 слайд
Описание слайда:
Интерфейс модуля EV3 Модуль EV3 - это центр управления, который приводит в действие ваших роботов. Благодаря экрану, кнопкам управления модулем и интерфейсу модуля EV3, содержащему четыре основных окна, вам открывается доступ к потрясающему разнообразию уникальных функций модуля EV3. Это могут быть простые функции, как, например, запуск и остановка программы, или сложные, как написание самой программы.
3 слайд
Описание слайда:
Интерфейс: Меню EV3 имеет меню, которое состоит из 4-ех частей: Недавние программы (Recent Programs) Менеджер файлов (File Navigation) Программы Блока Управления (Brick Applications) Настройки Блока Управления (Brick Settings)
4 слайд
Описание слайда:
Недавние программы Запускайте недавно загруженные с настольного ПК программы. Это окно будет оставаться пустым до тех пор, пока вы не начнете загружать и запускать программы. В этом окне будут отображаться программы, которые вы запускали недавно. Программа вверху списка, которая выбирается по умолчанию, - это программа, запускавшаяся последней.
5 слайд
Описание слайда:
Менеджер файлов Доступ и управление всеми файлами, хранящимися в памяти микрокомпьютера, а также на карте памяти. Из этого окна вы будете осуществлять доступ и управление всеми файлами в вашем модуле EV3, включая файлы, хранящиеся на SD-карте. Файлы организованы по папкам проектов, которые помимо собственно программных файлов также содержат звуки и изображения, используемые в каждом проекте. Файлы можно перемещать или удалять с помощью навигатора по файлам. Программы, созданные с использованием среды программирования модуля и приложений регистрации данных модуля, хранятся отдельно в папках BrkProg_SAVE и BrkDL_SAVE.
6 слайд
Описание слайда:
Приложения Блока Управления EV3 имеет 4 предустановленных приложений: А. Представление порта. Б. Управление моторами. В. ИК управление. Г. Среда программирования модуля.
7 слайд
Описание слайда:
А. Представление порта В первом окне приложения «Представление порта» вы можете быстро просмотреть, к каким портам подсоединены датчики или моторы. С помощью кнопок управления модулем EV3 перейдите к одному из занятых портов, и вы увидите текущие показания, полученные с датчика или мотора. Установите несколько датчиков и моторов и поэкспериментируйте с разными настройками. Для того чтобы посмотреть или изменить текущие настройки для установленных моторов и датчиков, нажмите центральную кнопку. Для возврата к основному окну приложений модуля нажмите кнопку «Назад».
8 слайд
Описание слайда:
Б. Управление мотором Управляйте прямым или обратным движением любого мотора, подключенного к одному из четырех портов вывода. Существует два различных режима. В одном режиме вы сможете управлять моторами, подключенными к порту А (с помощью кнопок «Вверх» и «Вниз») и к порту D (с помощью кнопок «Влево» и «Вправо»). В другом режиме вы управляете моторами, подключенными к порту B (с помощью кнопок «Вверх» и «Вниз») и к порту С (с помощью кнопок «Влево» и «Вправо»). Переключение между этими двумя режимами осуществляется с помощью центральной кнопки. Для возврата к основному окну приложений модуля нажмите кнопку «Назад».
9 слайд
Описание слайда:
ИК-управление Управляйте прямым или обратным движением любого мотора, подключенного к одному из четырех портов вывода, используя удаленный инфракрасный маяк в качестве дистанционного управления и инфракрасный датчик в качестве приемника (инфракрасный датчик должен быть подключен к порту 4 в модуле EV3). Существует два различных режима. В одном режиме вы будете использовать каналы 1 и 2 на удаленном инфракрасном маяке. На канале 1 вы сможете управлять моторами, подключенными к порту В (используя кнопки 1 и 2 на удаленном инфракрасном маяке) и к порту С (используя кнопки 3 и 4 на удаленном инфракрасном маяке). На канале 2 вы сможете управлять моторами, подключенными к порту А (используя кнопки 1 и 2) и к порту D (используя кнопки 3 и 4). В другом режиме вы можете управлять моторами точно так же, вместо этого используя каналы 3 и 4 на удаленном инфракрасном маяке. Переключение между этими двумя режимами осуществляется с помощью центральной кнопки. Для возврата к основному окну приложений модуля нажмите кнопку «Назад».
10 слайд
Описание слайда:
Среда программирования модуля Модуль EV3 поставляется с установленным на нем программным. Приложением аналогично программному обеспечению, установленному на вашем компьютере. Данные инструкции содержат основную информацию, которая понадобиться вам для начала работы.
11 слайд
Описание слайда:
Настройки Модуля EV3 Это окно позволяет просматривать и корректировать различные общие настройки в модуле EV3.
12 слайд
Описание слайда:
Настройка громкости Вы можете увеличивать и уменьшать Громкость (Volume) во вкладке Настройки (Settings) в EV3.
13 слайд
- Ты кого хотел бы - сына или дочку?Несмешной и баянистый анекдот, но нельзя просто так взять и начать эту публикацию не с него – он в лучшем виде отображает суть того, о чём пойдёт речь далее. Впрочем, из заголовка вы и так поняли, о чём речь.
- Сына!
- Почему?
- Вертолёт хочу радиоуправляемый!!!
Осторожно! Публикация может вызвать непреодолимое желание завести сына.
Урок истории
Компания LEGO (название произошло от датской фразы «leg godt», «Играй с удовольствием») не нуждается в представлении – она была основана в далёком 1932 году, хотя первые знакомые всем пластиковые кубики появились значительно позже, в 1947. Примечательно, что кубики LEGO, выпускаемые в те годы, полностью совместимы с теми, что выпускаются сейчас.История создания компании, выпущенная компанией Pixar к 80-летнему юбилею LEGO:
Сейчас компания производит около 20 миллиардов деталек в год, то есть более 630 штук в секунду. В текущем модельном ряду более 600 различных конструкторов и так уж получилось, что серия Mindstorms является своего рода вершиной технической мысли, самым-самым навороченным конструктором. Если вкратце, то она позволяет делать вполне себе полноценных роботов.
Как гласит википедия, серия LEGO Mindstorms была впервые представлена в 1998 году. Через 8 лет (в 2006) на свет появился набор LEGO Mindstorms NXT 1.0, а уже в 2009 - набор LEGO Mindstorms NXT 2.0. Сегодня речь пойдёт о LEGO Mindstorms EV3 – последнем (третьем) поколении терминатора конструктора, который был представлен почти год назад, 4 января 2013 года (в продаже появился только спустя полгода).
Отличия EV3 от NXT 2.0
В принципе, главная идея осталась прежней – серия предназначена для сборки программируемых роботов. Поэтому первым встаёт вопрос, а что же поменялось с момента выхода предыдущего конструктора и стоит ли покупать новый? Основное отличие заключается в обновленных датчиках/моторах и, самое главное, в интеллектуальном блоке EV3 (EV означает EVolution):Как видите, разница довольно существенна – было бы странным, если бы за 4 года поменяли только разрешение экрана и набор наклеек.
Ещё одно отличие заключается в том, что серия NXT продавалась в нескольких версиях (в разные годы) и представляла собой разные наборы, базовые и ресурсные. У нового EV3 с этим попроще – пока он продаётся в основном варианте – (601 деталь), из которого можно наделать кучу всего. Но при желании можно докупить базовый набор (541 деталь) с дополнительными сенсорами и детальками (использовать детали от обычных конструкторов также никто не мешает). Кстати, обратите внимание на пятизначные артикулы – на такую нумерацию компания перешла в 2013 году.
Что касается совместимости, то тут было проделано всё возможное. Все NXT-сенсоры и моторы совместимы с EV3 и распознаются как NXT. EV3-сенсоры не работают с NXT, но EV3-моторы вроде как совместимы. NXT-кирпичик может быть запрограммирован софтом от EV3, но некоторые функции могут быть недоступны, а вот запрограммировать EV3-кирпичик NXT-софтом без сторонних решений не получится.
Внутри коробки
Ещё когда я сам был маленький и ездил с родителями в центральный Детский Мир (когда он ещё был), на Лубянку – уже тогда я не мог оторвать глаз от коробок с LEGO. Тогда не было ни Гиктаймс, ни даже Хабра, но с тех пор коробки остались всё такими же яркими и сочными, даже во взрослом возрасте активируют процесс слюновыделения) В этом плане другим производителям есть чему поучиться.
Часть коробки, на самом деле, представляет собой (если её разрезать) трассу с различными цветовыми зонами, которую можно использовать для роботов с сенсорами цвета.
Все детальки аккуратно разложены по пакетикам, в комплекте – инструкция и набор наклеек. Давайте вкратце пройдёмся по тому, что положили в комплект.
Сам EV3 , он же интеллектуальный блок, он же сердце системы, он же «кирпичик» или «кубик». Служит центром управления и энергетической станцией для вашего робота и имеет следующие функциональные элементы:
– Многофункциональный монохромный дисплей с разрешением 178х128
– Шестикнопочный интерфейс управления с функцией изменения подсветки (3 цвета) для индикации режима работы
– 4 порта ввода (1, 2, 3, 4) для подключения датчиков
– 4 порта вывода (A, B, C, D) для выполнения команд
– 1 разъём miniUSB для подключения EV3 к компьютеру
– 1 порт USB–хост (для соединения нескольких EV3 в одну цепь, например)
– 1 слот для карт памяти формата microSD (до 32Гб) – для увеличения объёма доступной памяти EV3
– Встроенный динамик
Кубик EV3 также поддерживает Bluetooth, WiFi (через USB-адаптер NETGEAR WNA1100 Wireless-N 150), для связи с компьютерами имеет программный интерфейс, позволяющий создавать программы и настраивать регистрации данных непосредственно на микрокомпьютере EV3.
» Большой EV3-сервомотор (2 штуки) . Cоздан для работы с микрокомпьютером EV3 и имеет встроенный датчик вращения с точностью измерений до 1 градуса. Используя этот датчик, мотор может соединяться другими моторами, позволяя роботу двигаться с постоянной скоростью. Кроме того, датчик вращения может использоваться и при проведении различных экспериментов для точного считывания данных о расстоянии и скорости.
– Встроенный датчик вращения с точностью измерений до 1 град
– Максимальные обороты до 160-170 об/мин
– Максимальный крутящий момент в 40 Нсм
» Средний EV3-сервомотор. Идеален для задач, когда скорость и быстрота отклика, а также размер робота важнее его грузоподъёмности.
– Встроенный датчик вращения с точностью измерений до 1 градуса
– Максимальные обороты до 240-250 об/мин
– Максимальный крутящий момент в 12 Нсм
– Автоматическая идентификация программным обеспечением EV3
» Датчик цвета (EV3). Способен определить 8 различных цветов, хотя также может использоваться как датчик освещённости.
– Измеряет отраженный красный свет и внешнее рассеянное освещение, от полной темноты до яркого солнечного света
– Фиксирует и определяет 8 цветов
– Частота опроса до 1 кГц
– Автоматическая идентификация программным обеспечением EV3
» Датчик касания (EV3). Позволяет роботу реагировать на касания, распознает три ситуации: прикосновение, щелчок и освобождение. Также способен определить количество нажатий, как одиночных, так и множественных.
» Цифровой ИК-датчик (EV3). Для определения приближения робота. Также способен улавливать ИК-сигналы от ИК-маяка, позволяя создавать дистанционно управляемых роботов, навигационные системы для преодоления препятствий.
– Измерения приближения/удаления в радиусе 50-70 см
– Радиус улавливания ИК-сигналов до 2 метров
– До 4 индивидуальных каналов приёма сигнала
– Получение удаленных ИК-команд управления
– Автоматическая идентификация программным обеспечением EV3
» Удалённый инфракрасный маяк. Разработан для использования с ИК-датчиком EV3. Маяк излучает ИК-сигнал, улавливаемый датчиком – может использоваться в качестве пульта дистанционного управления микрокомпьютера EV3, передавая сигналы на ИК-датчик.
– До 4 индивидуальных каналов передачи сигнала (переключатель прямо на корпусе)
– Имеет кнопку и тумблер для включения/выключения
– При работе ИК-маяка горит зелёный светодиод
– Автоматическое отключение при простое более 1 часа
– Радиус действия до 2 метров
В отдельном пакетике смотаны провода для подключения датчиков и моторов к кубику, а также USB-шнур для подключения кубика к компьютеру.
Стоит отметить два важных момента. Во-первых, существуют другие датчики Lego, такие как:
» Гироскопический датчик (EV3). Цифровой гироскопический датчик EV3 позволяет измерять движение вращения робота, а также улавливать изменения в его движении и положении. Режим измерения углов с точностью до ± 3 градуса; встроенный гироскоп улавливает вращения с моментом до 440 град/с; частота опроса до 1 кГц.
» Ультразвуковой датчик (EV3). Генерирует звуковые волны и фиксируюет их отражения от объектов, тем самым измеряя расстояние до объектов. Также может использоваться в режиме сонара, испуская одиночные волны. Может улавливать звуковые волны, которые будут являться триггерами для запуска программ. Измеряет расстояния в пределах от 1 до 250 см, а точность измерений составляет ± 1 см.
А во-вторых, поддерживаются сенсоры и прочие аксессуары от сторонних производителей, таких как HiTechnic и Mindsensors – они предлагают всевозможные джойстики, инфракрасные датчики расстояний, магнитные датчики, компасы, гироскопы, акселерометры, таймеры, мультиплексоры, шаровые опоры, и т.д. Так что, если задаться вопросом, можно найти много всего интересного.
В общем, как вы уже поняли, LEGO – это для реальных пацанов!
Первая модель
В комплекте с конструктором идёт бумажная инструкция, по которой можно собрать одну-единственную модель – некое подобие гусеничной самоходной машины.
Сначала я удивился, ведь даже в самых простых наборах (серии типа LEGO Creator) всегда идёт несколько инструкций, а тут вдруг бумаги пожалели или места в коробке не нашли. Оказалось… что только на официальном сайте из набора деталей предлагается собрать 17 разных роботов! Поэтому 17 инструкций в коробке были бы действительно лишними (и для логистики, и для лесов природы). Вот названия роботов: EV3RSTORM , GRIPP3R , R3PTAR , SPIK3R , and TRACK3R . ROBODOZ3R , BANNER PRINT3R , EV3MEG , BOBB3 , MR-B3AM , RAC3 TRUCK , KRAZ3 , EV3D4 , EL3CTRIC GUITAR , DINOR3X , WACK3M , и EV3GAME – инструкции для них придётся качать из инета, равно как и софт для подключения EV3 к компьютеру.
Инструкция наиподробнейшая, накосячить сложно. Сын сказал , что детали в пакетиках расфасованы не очень удачно – на первой же странице может потребоваться вскрыть 3 разных пакета, но это тоже мелочи.
Кубик EV3 необходимо запитать, для чего можно использовать аккумулятор (нет в комплекте) или 6 пальчиковых батареек. Забегая вперёд – ещё 2 батарейки (но уже мизинчиковых) понадобятся для питания ИК-маяка (он же пульт ДУ).
Первую модель ребёнок (7 лет) собрал примерно минут за 30.
Процесс оказался не таким увлекательным, как, например, сборка моделей LEGO Technics – в инструкции предлагается собрать далеко не самого интересного робота: в нём лишь крупные детали, среди которых были практически все датчики и двигатели – видимо, чтобы продемонстрировать работу каждого из них.
Но вот результат превзошёл все детские ожидания – впервые он собрал модель, которая могла двигаться сама: вперёд-назад, поворот, разворот на месте, крутила щупальцами…
Запуск осуществляется с кубика EV3, для чего следует нажать пару кнопок на лицевой панели. Некоторые действия можно запрограммировать прямо на кубике: выбрать количество итераций, настроить подачу звукового сигнала и так далее – в одной статье всего не рассказать, курите мануалы.
Софт
Программировать через компьютер собранную выше модель не пришлось. Тем не менее, возможность такая есть, при этом на разных уровнях хардкорности.Ребёнку проще всего будет начать с предлагаемого производителем софта, который есть как под Windows, так и под OS X. Во втором случае дистрибутив весит 666 Мб, а установленное приложение займёт гигабайт. Оно называется LEGO Mindstorms EV3 Home Edition и разработано совместно с небезызвестной компанией LabView . На сайте LEGO довольно много обучающих программированию материалов.
Сразу после запуска перед нами возникает интерактивный «гараж» из роботов, которых можно собрать из набора: 
Выбираем понравившегося и начинаем собирать: перед нами появится интерактивная инструкция по сборке, видеоролики, а также подборка различных миссий, которые можно выполнить с собранным роботом. Вот почему дистрибутив весил так много.
Не вижу смысла описывать всё в деталях: вы быстрее скачаете приложение сами и увидите, что там есть и на каком уровне. Разве что упомяну один из недостатков, который мне больше всего запомнился: не самый дружелюбный (особенно для детей) интерфейс – от приложения попахивает каким–то банк-клиентом.
Нельзя ещё раз не отметить, что кубиком EV3 можно управлять со смартфона на операционных системах Android или iOS, для чего есть отдельные приложения.
Если всего этого оказалось мало, можете повысить градус хардкора. Для кубика EV3 существуют различные прошивки, которые позволяют расширить его возможности, скорость работы и т.д. Вот, например, альтернативная прошивка leJOS EV3 – прошивка с jvm, позволяющая программировать EV3 на языке Java. Хотите на другом языке? Окей, гугл – в вашем распоряжении почти 60 вариантов на выбор: ASM/C/C++/Perl/Python/Ruby/VB/Haskell/Lisp/Matlab/LabVIEW и многое-многое другое.
Более подробно об этом я рассказывать не буду по нескольким причинам: во-первых, программист из меня полный false (все надежды на сына), во-вторых, пока мы успели собрать только одну модель (и на выходных возьмёмся за вторую), а в-третьих – вы уже и так оформили заказ на этот конструктор и скоро сами всё узнаете;) Ну а если серьёзно, то статья и так уже огромная – вот лучше две ссылочки изучите: раз и два .
Ну и ещё большой плюс – это LEGO-сообщества, которых полно по всему миру. Можете быть уверены, что на любом из этапов экспериментов с роботами вы всегда сможете найти единомышленников и тех, кто сможет помочь с решением проблемы. Помимо дружелюбных сообществ, на просторах сети выложено огромное множество различных инструкций, моделей, исходников, видеороликов и обучающих материалов. Всё это означает одно: с Mindstorms вы не соскучитесь.
Плюсы и минусы
Продукция компании LEGO не первый год славится своим качеством, поэтому в этом плане никаких нареканий нет: эффектная коробка, детальки, наклейки, инструкция – всё проработано до мелочей. Поэтому позволю себе закрыть глаза на все «маленькие плюсы» по сравнению с одним большим: многообразие возможных комбинаций конструкций, которые можно сделать даже из штатного набора деталей (про дополнительные наборы и говорить не стоит), ограничено только вашей фантазией. Возможность по-разному программировать собранную модель – это ещё один плюс, который, на самом деле, гораздо больше, чем кажется на первый взгляд.А вот из реально существенных минусов я нашёл только один: цену. Ещё летом LEGO Mindstorms EV3 можно было купить за 14-15 тысяч, но стремительный рост курса вечнозелёного президента увеличил прайс аж до 17 тысяч. Кто-то скажет: «да, крутой конструктор… НО ДОРОГО Ж! » И будет прав. Во время изучения набора и его возможностей я офигел от количества тех ресурсов, которые были вложены при его создании; я понимаю, что тут куча электроники и всё остальное… но всё равно пока не могу смириться с такой стоимостью конструктора. За эти деньги можно человека из тюрьмы вытащить (с) выбрать много других подарков: квадрокоптер, ДВС-модельку на радиоуправлении, полноразмерный электромотоцикл, год занятий в спортивной секции, планшет… да много чего! Но на спорт можно ходить в любое время и это вроде как не совсем подарок, а тот же квадрокоптер будет жужжать до первой серьёзной поломки. Лего же в этом плане гораздо более долгоиграющий подарок, совмещающий приятное с полезным, с нереально большим потенциалом. Да, на том же планшете тоже можно учиться программировать, но когда нет возможности вживую пощупать руками результат работы, это уже не так увлекательно. Поэтому решайте сами.
Ах да. Производитель позиционирует данный набор для детей от 10 лет, но даже 7-летнему ребёнку было интересно поиграться – процесс бурного освоения начался. Как думаете, сколько этим парням и во сколько они купят свой первый Порш?)
The end
Новый год у каждого из нас ассоциируется с снегурками ёлкой, мандаринами, тазиком оливье и, конечно же, с подарками. И если говорить о детях, то подарки у них стоят далекоооо не на последнем месте этого списка. И если так получилось, что у вас растёт сын, то можете даже не сомневаться в том, что данный конструктор под ёлкой доведёт его до поросячих визгов радости. А учитывая, что после новогоднего салюта у вас будет ещё почти неделя на то, чтобы поковыряться с ребёнком в кубиках и проводках… вы ведь его ребёнку покупаете, верно?
С наступающим новым годом!
Если у вас возникнут какие-то вопросы, какие бы вы хотели узнать о новом конструкторе (как что-то конкретное работает, провести эксперимент с датчиками или моторами) - пишите нам - мы попробуем опробовать ваши предложения. Таким образом вы сможете узнать о EV3 гораздо больше еще до начала его продаж.
Сейчас же начнется все с обзора программного обеспечения EV3 блока (EV3 firmware).
Одна из особенностей нового блока - его долгое включение и выключение. По времени процесс соизмерим с включением сотового телефона или домашнего маршрутизатора, т.е. секунд 20-30. После включения, появляется следующее меню:
Как видно, по сравнению с NXT блоком, многое изменилось: улучшилось качество шрифтов, более прорисованные графические элементы, оконный интерфейс. В первую очередь, это из-за того, что размер экрана теперь увеличился - он стал 178 на 128 точек, вместо 100 на 64, как у NXT блока. По наличию оконного интерфейса с неотъемлемыми для него кнопками и полосами прокрутки можно предположить, что такие устройства, как внешняя сенсорная панель теперь даже будет иметь больший смысл.
Из первого окна есть возможность вызывать загруженные на блок программы, так и программы созданные прямо на блоке. Т.е. для того, чтобы запустить программу теперь нужно выполнять меньше нажатий, чем было на NXT блоке.
Перемещение по загруженным программам, а также ко второму и последующим экранам (пунктам меню) осуществляется посредством кнопок управления, коих теперь 4.
Второй экран - позволяет перемещаться по объектам файловой системы на блоке. Файловая система теперь поддерживает традиционную иерархию: файлы и каталоги.
Третий экран содержит подменю - приложения, позволяющие выполнять с блоком разные действия:
В текущей версии ПО блока таких приложений четыре:
- Просмотр датчиков
- Управление моторами
- Удаленное управление
- Программирование на блоке
Выбор какого-то конкретного пункта меню/приложения происходит средней кнопкой на клавиатуре. А чтобы выйти из любого пункта меню или приложения нужно нажать кнопку "Выход", которая теперь находится отдельно от основных кнопок - с левой стороны под экраном.
Теперь же следует вернуться обратно на третий экран и начать знакомиться с приложениями. Итак, приложение "Просмотр датчиков" (Port View).
В отличие от подобного режима на NXT блоке, теперь можно видеть информацию сразу о всех 8 устройствах, подключенных к блоку. Причем заявленная функциональность автоматического определения датчиков позволяет не указывать руками какой датчик, куда подключен.
Сверху отображается информация с енкодеров моторов, снизу - информация с датчиков. По центру экрана - информация о конкретном устройстве (в конкретном порту), выбрать которое можно нажимая кнопки управления на клавиатуре. Информация включает в себя графическое представление датчика, его название и текущие показания:
Датчик касания:
Гироскопический датчик:
Датчик цвета в режиме замера отраженного света:
Ультразвуковой датчик расстояния: 
Здесь, кстати, видно, что датчик теперь заявляет, что может измерять расстояние с точностью до миллиметров, а минимальное измеряемое расстояние теперь от 3 см.
Информация с енкодера левого мотора.
Следующее приложение - управление моторами. По сути позволяет кнопками вращать двигатели. Центральной кнопкой нужно выбрать, какие двигатели вращать. А потом парами кнопок вверх-вниз или влево-вправо вращать конкретные моторы.
Третье приложение попробовать не удалось, поскольку в стандартную поставку образовательной версии набора EV3 не входит инфракрасный датчик расстояния и инфракрасный маяк. Но судя по всему, на данном экране можно настроить какими моторами будет вестись управление с инфракрасного маяка.
Конечно же, самым интересным приложением является - программирование на блоке. Оно было значительно переработано: программа теперь может содержать до 16 программных элементов (блоков), и созданные программы можно сохранять и, естественно, открывать заново для изменения.
Когда открывается приложение написания программы - отображается пустой цикл выполнения (будет выполняться только одна итерация) и предложение вставить первый блок. Вставить блок можно кнопкой "Вверх".
В появившемся окне выбора блока доступно 17 блоков (6 блоков действия и 11 блоков ожидания) плюс действие удаления текущего блока.
Порядок выбора и следования блоков определяется программистом. Он не подразумевает, что за каждым блоком действия должен быть блок ожидания, как это было раньше на NXT блоке.
Выбранный блок в программе выглядит следующим образом:
Поведение блока можно уточнить, если нажать центральную кнопку. У данного блока, например, можно поменять угло направление поворота робота или же вообще остановить моторы (например, после предыдущего блока ожидания).
Переместив "курсор" влево или вправо можно вставить еще один блок:
Например, блок ожидания события на датчике расстояния:
И изменить его поведение (событие наступит, если расстояние стало больше 60 см.):
Блоки можно вставлять между уже существующими блоками или даже в начале программы.
Вот еще примеры блоков ожидания:
Блок ожидания по времени (можно задавать сколько именно ждать):
Или блок ожидания события от гироскопического датчика (можно задать угол поворота датчика).
Следует опять же отметить, что функциональность автоопределения датчиков упрощает процесс программирования на блоке. Теперь нет необходимости соблюдать правило, что определенные датчики должны быть подключены к определенным портам.
Если программа должна выполняться несколько раз, то количество итераций управляющего цикла может быть изменено:
Запуск программы осуществляется путем выбора самого первого блока:
При запуске программы на экране будет отображаться следующее:
Программу можно сохранить, причем можно задать имя файла, для ее последующего поиска:
Буквы выбираются с помощью клавиатуры (привет, тачпад!)
Если попытаться закрыть несохраненную программу, будет выдаваться следующее не очень понятное сообщение и выдаваться противный звук:
В дальнейшем созданную программу можно открыть и внести в нее изменения.
Естественно, открываются только программы, созданные на блоке.
В заключение, хочется показать, как выглядит выключение блока:
Традиционно роботы, построенные на платформе Lego Mindstorms EV3 , программируются с использованием графической среды LabVIEW. В этом случае программы запускаются на контроллере EV3 и робот работает автономно. Здесь я расскажу про альтернативный способ управления роботом - использование платформы.NET, запущенной на компьютере.
Но прежде чем мы перейдем непосредственно к программированию, давайте рассмотрим случаи, когда это может быть полезно:
- Требуется удаленное управление роботом с ноутбука (например, по нажатию кнопок)
- Требуется собирать данные с контроллера EV3 и обрабатывать их на внешней системе (например, для IoT-систем)
- Любые другие ситуации, когда хочется написать алгоритм управления на.NET и запускать его с компьютера, подключенного к контроллеру EV3
LEGO MINDSTORMS EV3 API for .NET
Управление контроллером EV3 из внешней системы осуществляется путем отправки команд в последовательный порт. Сам формат команд описан в Communication Developer Kit .
Но реализация этого протокола вручную - дело скучное. Поэтому можно воспользоваться готовой.NET-оберткой , которую заботливо написал Brian Peek. Исходные коды этой библиотеки размещены на Github , а готовый к использованию пакет можно найти в Nuget .
Подключение к контроллеру EV3
Для связи с контроллером EV3 используется класс Brick . При создании этого объекта в конструктор требуется передать реализацию интерфейса ICommunication - объект, описывающий способ подключения к контроллеру EV3. Доступны реализации UsbCommunication , BluetoothCommunication и NetworkCommunication (подключение через WiFi).
Наиболее популярный способ подключения - через Bluetooth. Рассмотрим поподробнее этот способ подключения.
Прежде чем мы сможем программно подключиться к контроллеру через Bluetooth, контроллер необходимо подключить к компьютеру, используя настройки операционной системы.
После того, как контроллер подключен, идём в настройки Bluetooth и выбираем вкладку COM-порты. Находим наш контроллер, нам нужен исходящий порт. Его и будем указывать при создании объекта BluetoothCommunication .
Код для подключения к контроллеру будет выглядеть так:
Public async Task Connect(ICommunication communication) { var communication = new BluetoothCommunication("COM9"); var brick = _brick = new Brick(communication); await _brick.ConnectAsync(); }
Опционально можно указать таймаут подключения к контроллеру:
Await _brick.ConnectAsync(TimeSpan.FromSeconds(5));
Подключение к блоку через USB или WiFi осуществляется аналогично, за тем исключением, что используются объекты UsbCommunication и NetworkCommunication .
Все дальнейшие действия, выполняемые с контроллером, осуществляются через объект Brick .
Покрутим моторами
Для выполнения команд на контроллере EV3 обратимся к свойству DirectCommand объекта Brick . Для начала попробуем запустить моторы.
Предположим, что наш мотор подключен к порту A контроллера, тогда запуск этого мотора на мощности 50% будет выглядеть так:
Await _brick.DirectCommand.TurnMotorAtPowerAsync(OutputPort.A, 50);
Есть и другие методы для управления мотором. Например, можно повернуть мотор на заданный угол, используя методы StepMotorAtPowerAsync() и StepMotorAtSpeedAsync() . Всего доступно несколько методов, которые являются вариациями на режимы включения моторов - по времени, скорости, мощности и т.д.
Принудительная остановка осуществляется методом StopMotorAsync() :
Await _brick.DirectCommand.StopMotorAsync(OutputPort.A, true);
Второй параметр указывает на использование тормоза. Если его установить в false , то мотор будет останавливаться «накатом».
Чтение значений с датчиков
Контроллер EV3 имеет четыре порта для подключения сенсоров. Дополнительно к этому, моторы также имеют встроеные энкодеры, что позволяет использовать их как сенсоры. В итоге мы имеем 8 портов, с которых можно считывать значения.
Доступ к портам для считывания значений можно получить через свойство Ports объекта Brick . Ports - это коллекция портов, доступных на контроллере. Поэтому для работы с конкретным портом нужно его выбрать. InputPort.One ... InputPort.Four - это порты для датчиков, а InputPort.A ... InputPort.D - это энкодеры моторов.
Var port1 = _brick.Ports;
Датчики в EV3 могут работать в разных режимах. Например, датчик цвета EV3 можно использовать для измерения внешнего освещения, измерения отраженного света или для определения цвета. Поэтому, чтобы «сообщить» сенсору о том, как именно мы хотим его использовать, нужно задать его режим:
Brick.Ports.SetMode(ColorMode.Reflective);
Теперь, когда датчик подключен и режим его работы задан, можно считать из него данные. Получить можно «сырые» данные, обработанное значение и значение в процентах.
Float si = _brick.Ports.SIValue; int raw = _brick.Ports.RawValue; byte percent = _brick.Ports.PercentValue;
Свойство SIValue возвращает обработанные данные. Здесь все зависит от того, какой именно датчик используется и в каком режиме. Например, при измерении отраженного света мы получим значения от 0 до 100 в зависимости от интенсивности отраженного света (черный/белый).
Свойство RawValue возвращает «сырое» значение, полученное с АЦП. Иногда удобнее использовать именно его для последующей обработки и использования. Кстати, в среде разработки EV3 тоже есть возможность получения «сырых» значений - для этого нужно воспользоваться блоком из синей панели.
Если используемый датчик предполагает получение значений в процентах, то можно также воспользоваться свойством PercentValue .
Выполнение команд «пачкой»
Предположим, в нашем распоряжении есть робот-тележка с двумя колесами и мы хотим развернуть его на месте. В этом случае два колеса должны вращаться в противоположном направлении. Если мы воспользуемся DirectCommand и последовательно отправим две команды контроллеру, между их выполнением может пройти некоторое время:
Await _brick.DirectCommand.TurnMotorAtPowerAsync(OutputPort.A, 50); await _brick.DirectCommand.TurnMotorAtPowerAsync(OutputPort.B, -50);
В этом примере мы отправляем команду для вращения мотора A на скорости 50, после успешного окончания отправки этой команды, повторяем то же самое с мотором, подключенным к порту B. Проблема в том, что отправка команд происходит не моментально, поэтому моторы могут начать крутиться в разное время - пока передается команда для порта B, мотора A уже начнет крутиться.
Если для нас критически важно заставить крутится моторы одновременно, можно отправлять команды контроллеру «пачкой». В этом случае следует воспользоваться свойством BatchCommand вместо DirectCommand:
Brick.BatchCommand.TurnMotorAtPower(OutputPort.A, 50); _brick.BatchCommand.TurnMotorAtPower(OutputPort.B, -50); await _brick.BatchCommand.SendCommandAsync();
Теперь подготавливается сразу две команды, после чего они отправляются на контроллер одним пакетом. Контроллер, получив эти команды, начнет вращение моторов одновременно.
Что ещё можно сделать
Кроме вращения моторов и считывания значений сенсоров, можно выполнять ещё ряд действий на контроллере EV3. Не буду подробно останаливаться на кадом из них, перечислю только список того, что можно сделать:
- CleanUIAsync() , DrawTextAsync() , DrawLineAsync() и др. - манипуляция встроенным экраном контроллера EV3
- PlayToneAsync() и PlaySoundAsync() - использование встроенного динамика для воспроизведения звуков
- WriteFileAsync() , CopyFileAsync() , DeleteFileAsync() (из SystemCommand) - работа с файлами
Заключение
Использование.NET для управления роботами Mindstorms EV3 хорошо демонстрирует как технологии «из разных миров» могут работать совместно. В качестве результата исследования EV3 API для.NET было создано небольшое приложение, которое позволяет управлять роботом EV3 с компьютера. К сожалению, аналогичные приложения существуют для NXT, а EV3 они обошли стороной. В то же время они полезны на сорвнованиях управляемых роботов, например в футболе роботов.
Приложение можно загрузить и установить по этой ссылке:
