Lego Mindstorms

Erstaunlicherweise gibt es viel allgemeines, aber nur wenig konkrete und genaue Angaben zu LEGO Mindstorms NXT und EV3.

Dem wird hier ein wenig abgeholfen werden.

Es gibt derzeit drei Generationen (siehe auch lego_mindstorms):

1. RCX mit 2-Draht Anschlüssen (2 Aktoren, 3 Sensoren)
2. NXT mit 6-Draht Anschlüssen (3 Aktoren, 4 Sensoren)
3. EV3 mit kompatiblen Anschlüssen (4 Aktoren, 4 Sensoren)

Alle können mit 6 Batterien à 1,5V, also nominell 9V, betrieben werden. Dies ergibt als Maximalspannung bei frischen Batterien 9,6V. Bei Verwendung von Ni-Akkumulatoren ist die Minimalspannung pro Zelle 1,2V, also zusammen 7,2V. Am häufigsten werden Li-Akkumulatoren verwendet, deren Nominalspannung 8.4V beträgt.

Das Sensor-Interface (nicht RCX) verwendet 6 Leitungen:

1. RCX kompatibeler Analog-Eingang (s.u.)
2. Masse (GND) bei NXT, Auto-ID Eingang beim EV3
3. GND
4. +5V, max. 20mA (4.3V bei NXT)
5. SCL für I²C, Digital Ein-/Ausgang
6. SDA für I²C, Digital Ein-/Ausgang, Analogeingang beim EV3

Das Sensor-Interface des RCX kann mit einer 2-Draht Verbindung sowohl passive als auch aktive Sensoren betreiben. Diese Schnittstelle ist auch in den Nachfolgern noch auf Pin 1 verfügbar und erlaubt sehr einfache Sensoren.

Die Batteriespannung liegt über eine Strombegrenzung von 20mA an und wird alle 3ms für 0.1ms unterbrochen; ein aktiver Sensor muss die Spannungsversorgung entsprechend puffern (10µF). Während der Unterbrechung liegt die Betriebsspannung über 10kΩ an der Batteriespannung, und es wird die analoge Spannung mit dem Maximalwert von 5V mit 10 Bit Auflösung, also ca. 5mV, gemessen.

Lt. offiziellem Schaltplan sollte die Spannung über 1kΩ mit einer Si-Doppeldiode (1PS226) geklemmt werden, also ca. 5.7V betragen.

An einem NXT wurden jedoch statisch 4.96V im Leerlauf und 1.24V bei Anschluss von 3.3kΩ gegen Massse gemessen, was auf eine Widerstand von 10kΩ gegen +5V schließen läßt.

Der einfachste Sensor ist ein Schalter, der im eingeschalteten Zustand einen Widerstand von 2,2kΩ an Masse legt. Dann liegt die gemessene Spannung zwischen 1,3V und 1,8V (266..368, bei einem Strom von 0,6mA und 0.8mA), sonst auf Maximalwert 5V (1024).

Offensichtlich kann auch ein Optokoppler verwendet werden, wenn eine galvanische Trennung benötigt wird. In der Regel reicht dafür ein Strom von 1mA im Eingangskreis aus.

=== Widerstands