Published August 30, 2017 © CC0

Lego Power Functions mit Calliope über Infrarot steuern

Für Lego Power Functions gibt es einen Infrarot Empfänger. Dieses Projekt geht der Frage nach, wie man diesen mit dem Calliope steuert.

IntermediateWork in progress1 hour795

Lego Power Functions mit Calliope über Infrarot steuern

Things used in this project

Hardware components

Calliope mini

IR LED 940nm

Widerstand min 20 Ohm

je nach IR LED Datenblatt. Höher geht auch, dann sinkt aber die Reichweite.

Lego Power Functions mit IR

mit IR Empfänger

Software apps and online services

Calliope mini pxt.calliope.cc

Story

Hintergrund:

Auf Youtube gibt es eine tolle Anleitung, wie man Lego Power Functions mit dem Calliope steuern kann: https://m.youtube.com/watch?v=6N3frnwxqPo

Aber man kann mit dem Calliope nur einen Motor vorwärts und rückwärts fahren lassen und muss Kabel löten. Über das Infrarot Protokoll sollte man mehrere Motoren sehr präzise steuern können.

Zuerst stellt sich also die Frage nach dem Protokoll. Die Suchmaschine der Wahl liefert sehr schnell die Antwort, dass Lego dies vorbildlich dokumentiert und veröffentlicht hat: http://storage.technicbricks.com/Media/2010/TBs_20100304_1/LEGO%20Power%20Functions%20RC%20v120.pdf

Dort steht z.B. dass mit 38kHz übertragen wird und wie die Länge der On/Off Zeiten in Mikrosekunden pro Bit etc. Leider geben sie keinen vollständigen Befehl als Beispiel.

Dann die Frage, ob sowas schon mit einer dem Calliope Mini nahestehenden Platform hinbekommen hat, und auch hier gibt es gute Nachrichten:

Microbit als Fernbedienung für Samsung TV: https://github.com/thtuerk/microbit-ir-remote

Microbit mit Sniff als Lego IR Sender: http://www.sniff.org.uk/2016/09/power-functions-ir.html

Imp und Lego Power Functions IR: http://impyourlego.blogspot.de/

Arduino Lego Power Functions Library: https://github.com/jurriaan/Arduino-PowerFunctions

Messwerte aus dem Oszilloskop liefern vollständige Beispielbefehle: http://www.hackvandedam.nl/blog/?page_id=559

Hardware:

Benötigte Hardware ist

eine 940nm IR LED

Widerstand je nach IR LED (bei mir wohl 20 Ohm)

Litze/Krokoklemmen zum Anschluss an Calliope

Lego Power Functions mit IR (ich habe z.B. das Lego 42065 Raupenfahrzeug mit der 8885 Fernbedienung)

Erster Code

Man schickt dem Lego Receiver ein Startbit, vier 4-Bit Gruppen aka Nibble und ein Stopbit. Die vierte 4-Bit Gruppe ist eine LRC Prüfsumme, die aus den ersten drei 4-Bit Gruppen zu errechnen ist.

Die 8885 Fernbedienung, die meinem ferngesteuerten Raupenfahrzeug beiliegt nutzt den ComboDirekt Mode. Das scheint mir am einfachsten zu sein, also fange ich damit an.

Beispiel für den Befehl zum Anhalten:

erstes 4-Bit Nibble 0b0000, weil Toggle 0, Escape 0 für ComboDirect, Channel 00 für Kanal 1

zweites 4-Bit Nibble 0b0001, weil Address 0, Mode 001 für ComboDirect

drittes 4-Bit Nibble 0b1111, weil Data 1111 für Brake and Float B+A (immer dran denken: die zwei Bit für Motor B kommen zuerst)

viertes 4-Bit Nibble LRC 0b0001, weil LRC ist 0xF XOR Nibble1 XOR Nibble2 XOR Nibble3, also 0b1111^0b0000^0b0001^0b1111

zu senden ist also 0b0000 0b0001 0b1111 0b0001

Erster Code hat nicht funktioniert, weil ich den LRC falsch berechnet habe. Ich habe dann einfach einen gemessenen Befehl aus dem "Measurements" Link gecoded und jetzt fahren beide Motoren! Einer Rückwärts, einer Vorwärts und das Raupenfahrzeug fährt in Summe vorwärts, weil die Motoren gegenläufig eingebaut sind:

Der Calliope kann XOR (^ in Javascript) und berechnet den LRC dann auch richtig. Leider scheint .toString(2) für eine binäre Ausgabe nicht zu funktionieren? Hat hierzu jemand weitere Informationen?

Ein einziger Forward Befehlt führt dazu, dass das Raupenfahrzeug ca. 80cm fährt.

Ich habe ein zweites Programmbeispiel hinzugefügt, welches mit einer Funktion für das Senden der Bits arbeitet und entsprechend leichter zu lesen ist. Erst werden beide Motoren gestartet und nach 250ms gestoppt (Brake & Float). Das Raupenfahrzeug fährt ca. 15cm.

Erste vollständige Fernsteuerung:

Ich habe ein drittes Programmbeispiel hinzugefügt: dieser Code hat Funktionen für Stopp, Vorwärts, Rückwärts, Rechtsdrehung und Linksdrehung. In den Funktionen sind die Bits, die übertragen werden sollen, als Array hinterlegt. Gesteuert wird, indem der Calliope vor und zurück, rechts und links gekippt wird, d.h. es müssen keine Knöpfe gedrückt werden. Es wird ein Pfeil für die übertragene Richtung angezeigt.

Noch verbesserungswürdig: Links und Rechtsrum ist noch "hakelig", weil immer nur kurz gefahren und dann wieder gestoppt wird.

Code

while (true) {
    let r = 158
    while (r > 26) {
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 1)
        control.waitMicros(2);
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 0)
        r = r - 26
    }
    control.waitMicros(1026)
    //
    // Toggle T sei 0
    r = 158
    while (r > 26) {
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 1)
        control.waitMicros(2);
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 0)
        r = r - 26
    }
    control.waitMicros(263)
    //
    // Escape E sei 0 für Combo Direct Mode
    r = 158
    while (r > 26) {
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 1)
        control.waitMicros(2);
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 0)
        r = r - 26
    }
    control.waitMicros(263)
    //
    // Channel CC  00 d.h Kanal 1
    r = 158
    while (r > 26) {
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 1)
        control.waitMicros(2);
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 0)
        r = r - 26
    }
    control.waitMicros(263)
    r = 158
    while (r > 26) {
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 1)
        control.waitMicros(2);
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 0)
        r = r - 26
    }
    control.waitMicros(263)
    //
    // Address sei 0
    r = 158
    while (r > 26) {
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 1)
        control.waitMicros(2);
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 0)
        r = r - 26
    }
    control.waitMicros(263)
    //
    // Mode MMM sei 001 Combo
    r = 158
    while (r > 26) {
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 1)
        control.waitMicros(2);
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 0)
        r = r - 26
    }
    control.waitMicros(263)
    r = 158
    while (r > 26) {
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 1)
        control.waitMicros(2);
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 0)
        r = r - 26
    }
    control.waitMicros(263)
    r = 158
    while (r > 26) {
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 1)
        control.waitMicros(2);
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 0)
        r = r - 26
    }
    control.waitMicros(553)
    //
    // Data DDDD : 0110
    r = 158
    while (r > 26) {
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 1)
        control.waitMicros(2);
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 0)
        r = r - 26
    }
    control.waitMicros(263)
    r = 158
    while (r > 26) {
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 1)
        control.waitMicros(2);
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 0)
        r = r - 26
    }
    control.waitMicros(553)
    r = 158
    while (r > 26) {
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 1)
        control.waitMicros(2);
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 0)
        r = r - 26
    }
    control.waitMicros(553)
    r = 158
    while (r > 26) {
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 1)
        control.waitMicros(2);
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 0)
        r = r - 26
    }
    control.waitMicros(263)
    //
    // LRC LLLL : 1000
    r = 158
    while (r > 26) {
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 1)
        control.waitMicros(2);
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 0)
        r = r - 26
    }
    control.waitMicros(553)
    r = 158
    while (r > 26) {
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 1)
        control.waitMicros(2);
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 0)
        r = r - 26
    }
    control.waitMicros(263)
    r = 158
    while (r > 26) {
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 1)
        control.waitMicros(2);
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 0)
        r = r - 26
    }
    control.waitMicros(263)
    r = 158
    while (r > 26) {
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 1)
        control.waitMicros(2);
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 0)
        r = r - 26
    }
    control.waitMicros(263)
    //
    // Stop S
    r = 158
    while (r > 26) {
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 1)
        control.waitMicros(2);
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 0)
        r = r - 26
    }
    control.waitMicros(1026)
    basic.pause(100)
}

//
// Funktion zum Senden eines Bits mit Parameter
// für das Low nach dem High. 
// 1026 für Start und Stop
// 263 für 0
// 553 für 1
//
function sendbit(lowlength: number) {
    let s = 158
    while (s > 26) {
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 1)
        control.waitMicros(2);
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 0)
        s = s - 26
    }
    control.waitMicros(lowlength)
}

input.onButtonPressed(Button.A, () => {
    //
    // Start
    sendbit(1026)
    basic.pause(1)
    sendbit(1026)
    //
    // Senden vom ersten 4-Bit Nibble
    // Toggle 0, Escape 0 für ComboDirect, Channel 00 für Kanal 1 
    sendbit(263)
    sendbit(263)
    sendbit(263)
    sendbit(263)
    //
    // Senden vom zweiten 4-Bit Nibble
    // Address 0, Mode 001 für ComboDirect
    sendbit(263)
    sendbit(263)
    sendbit(263)
    sendbit(553)
    //
    // Data DDDD sei 0110 B vorwärts A rückwärts
    sendbit(263)
    sendbit(553)
    sendbit(553)
    sendbit(263)
    //
    // LRC LLLL sei 0b1111^0b0000^0b0001^0b0110 also 0b1000
    sendbit(553)
    sendbit(263)
    sendbit(263)
    sendbit(263)
    //
    // Stop Bit
    sendbit(1026)
    // 
    // kurz warten (250ms für ca. 15cm)
    basic.pause(250)
    //
    // Start Bit
    sendbit(1026)
    basic.pause(1)
    sendbit(1026)
    //
    // Senden vom ersten 4-Bit Nibble
    // Toggle 0, Escape 0 für ComboDirect, Channel 00 für Kanal 1 
    sendbit(263)
    sendbit(263)
    sendbit(263)
    sendbit(263)
    //
    // Senden vom zweiten 4-Bit Nibble
    // Address 0, Mode 001 für ComboDirect
    sendbit(263)
    sendbit(263)
    sendbit(263)
    sendbit(553)
    //
    // Data 1111 für Brake and Float A+B
    sendbit(553)
    sendbit(553)
    sendbit(553)
    sendbit(553)
    //
    // LRC für 0b1111^0b0000^0b0001^0b1111 ist 0b0001
    sendbit(263)
    sendbit(263)
    sendbit(263)
    sendbit(553)
    //
    // Stop Bit
    sendbit(1026)
})

Code um das Raupenfahrzeug vollständig fernzusteuern

JavaScript

Dieser Code hat Funktionen für Stopp, Vorwärts, Rückwärts, Rechtsdrehung und Linksdrehung. In den Funktionen sind die Bits, die übertragen werden sollen, als Array hinterlegt.
Gesteuert wird, indem der Calliope vor und zurück, rechts und links gekippt wird, d.h. es müssen keine Knöpfe gedrückt werden.
Verbesserungswürdig: Rechts und links ist noch "hakelig", weil immer nur kurz gefahren und dann wieder gestoppt wird. In der Stop-Position wird das Stop die ganze Zeit übertragen.

//
// Funktion zum Senden eines Bits mit Parameter
// für das Low nach dem High. 
// 1026 für Start und Stop
// 263 für 0
// 553 für 1
//
function sendbit(lowlength: number) {
    let s = 158
    while (s > 26) {
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 1)
        control.waitMicros(2);
        pins.digitalWritePin(DigitalPin.P0, 0)
        s = s - 26
    }
    control.waitMicros(lowlength)
}
//
// Funktion zum Stoppen beider Motoren (Brake & Float)
function stopAB() {
    //
    // Start Bit zum Aufwecken des Receivers
    sendbit(1026)
    basic.pause(1)
    //
    // Erstes 4-Bit Nibble 0b0000
    // Toggle 0, Escape 0 für ComboDirect, Channel 00 für Kanal 1 
    // Zweites 4-Bit Nibble 0b0001
    // Address 0, Mode 001 für ComboDirect
    // Drittes 4-Bit Nibble 0b1111
    // Data 1111 für Brake and Float A+B
    // Viertes 4-Bit Nibble LRC 0b0001 
    // LRC für 0b1111^0b0000^0b0001^0b1111 ist 0b0001
    // Gesendet wird 0b0000 0b0001 0b1111 0b0001
    // Vorweg Startbit und hinterher Stopbit
    let stoppenAB: number[] =[1026, 263, 263, 263, 263, 263, 263, 263, 553, 553, 553, 553, 553, 263, 263, 263, 553, 1026]
    for (let i = 0; i < stoppenAB.length; i++) {
        sendbit(stoppenAB[i])
    }
}
//
// Funktion Vorwärts
function vorwaerts() {
    //
    // Start
    sendbit(1026)
    basic.pause(1)
    //
    // Erstes 4-Bit Nibble
    // Toggle 0, Escape 0 für ComboDirect, Channel 00 für Kanal 1 
    // Zweites 4-Bit Nibble
    // Address 0, Mode 001 für ComboDirect
    // Drittes 4-Bit Nibble
    // Data DDDD sei 0110 B vorwärts A rückwärts, die Raupe fährt vorwärts
    // LRC LLLL sei 0b1111^0b0000^0b0001^0b0110 also 0b1000
    let vorwaertsfahren: number[] =[1026, 263, 263, 263, 263, 263, 263, 263, 553, 263, 553, 553, 263, 553, 263, 263, 263, 1026]
    for (let i = 0; i < vorwaertsfahren.length; i++) {
        sendbit(vorwaertsfahren[i])
    }
    // 
    // kurz warten (250ms für ca. 15cm)
    // basic.pause(250)
    //
    // Beide Motoren stoppen 0b1111
    // stopAB()
}
//
// Funktion Linksdrehen
function links() {
    //
    // Start
    sendbit(1026)
    basic.pause(1)
    //
    // Erstes 4-Bit Nibble
    // Toggle 0, Escape 0 für ComboDirect, Channel 00 für Kanal 1 
    // Zweites 4-Bit Nibble
    // Address 0, Mode 001 für ComboDirect
    // Drittes 4-Bit Nibble
    // Data DDDD sei 0101 B vorwärts A vorwärts sei Linksdrehung
    // LRC LLLL sei 0b1111^0b0000^0b0001^0b0101 also 0b1011
    let linksdrehung: number[] =[1026, 263, 263, 263, 263, 263, 263, 263, 553, 263, 553, 263, 553, 553, 263, 553, 553, 1026]
    for (let i = 0; i < linksdrehung.length; i++) {
        sendbit(linksdrehung[i])
    }
    // 
    // kurz warten (200ms für ca. Vierteldrehung)
    basic.pause(200)
    // Beide Motoren stoppen 0b1111
    stopAB()
}
//
// Funktion Rechtsdrehen
function rechts() {
    //
    // Start
    sendbit(1026)
    basic.pause(1)
    //
    // Erstes 4-Bit Nibble
    // Toggle 0, Escape 0 für ComboDirect, Channel 00 für Kanal 1 
    // Zweites 4-Bit Nibble
    // Address 0, Mode 001 für ComboDirect
    // Drittes 4-Bit Nibble
    // Data DDDD sei 1010 B rückwärts A rückwärts sei Rechtsdrehung
    // LRC LLLL sei 0b1111^0b0000^0b0001^0b1010 also 0b0100
    let rechtsdrehung: number[] =[1026, 263, 263, 263, 263, 263, 263, 263, 553, 553, 263, 553, 263, 263, 553, 263, 263, 1026]
    for (let i = 0; i < rechtsdrehung.length; i++) {
        sendbit(rechtsdrehung[i])
    }
    // 
    // kurz warten (200ms für ca. Vierteldrehung)
    basic.pause(200)
    // Beide Motoren stoppen 0b1111
    stopAB()
}
//
// Funktion Rückwärts
function rueckwaerts() {
    //
    // Start
    sendbit(1026)
    basic.pause(1)
    //
    // Erstes 4-Bit Nibble
    // Toggle 0, Escape 0 für ComboDirect, Channel 00 für Kanal 1 
    // Zweites 4-Bit Nibble
    // Address 0, Mode 001 für ComboDirect
    // Drittes 4-Bit Nibble
    // Data DDDD sei 1001 B rückwärts, A vorwärts sei Rückwärts
    // LRC LLLL sei 0b1111^0b0000^0b0001^0b1001 also 0b0111
    let rueckwaertsfahren: number[] =[1026, 263, 263, 263, 263, 263, 263, 263, 553, 553, 263, 263, 553, 263, 553, 553, 553, 1026]
    for (let i = 0; i < rueckwaertsfahren.length; i++) {
        sendbit(rueckwaertsfahren[i])
    }
    // 
    // kurz warten (250ms für ca. 15cm)
    // basic.pause(250)
    // Beide Motoren stoppen 0b1111
    // stopAB()
}
let y = 0
let x = 0
basic.forever(() => {
    // x-Achse auf wenige Werte mappen
    x = pins.map(
        input.acceleration(Dimension.X),
        -1024,
        1023,
        0,
        4
    )
    // y-Achse auf wenige Werte mappen
    y = pins.map(
        input.acceleration(Dimension.Y),
        -1024,
        1023,
        0,
        4
    )
    if (x == 0) {
        basic.showArrow(6)
        links()
    }
    if (x >= 3) {
        basic.showArrow(2)
        rechts()
    }
    if (y == 0) {
        basic.showArrow(0)
        vorwaerts()
    }
    if (y >= 3) {
        basic.showArrow(4)
        rueckwaerts()
    }
    if (y > 0 && y < 3) {
        basic.showIcon(IconNames.Diamond)
        stopAB()
    }
})

Credits

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"Papa, warum hast Du Dir auch einen Calliope gekauft?" - "Weil Ihr Eure ja nicht mehr hergebt!"

Thanks to Werner.

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Schematics

Aufbau mit Breadboard

Code

Code um das Lego Raupenfahrzeug vorwärts fahren zu lassen.

Code für 250ms Vorwärts, dann Stop

Code um das Raupenfahrzeug vollständig fernzusteuern

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Code für 250ms Vorwärts, dann Stop

Code um das Raupenfahrzeug vollständig fernzusteuern

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HHF

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