Práctica de diseño hardware/software de un robot móvil con interfaces inalámbricas

En el presente artículo se describe una práctica de laboratorio multitarea en el ámbito de las asignaturas de sistemas empotrados en los grados de Ingeniería Informática, mediante una metodología de gestión de proyectos basada en Kanban. La práctica abarca diferentes familias de microcontroladores de distintos niveles de dificultad de programación, lectura de diferentes tipos de sensores con distintas interfaces, comunicación inalámbrica y control de motores. Esta práctica se enfoca como la elaboración de un proyecto en el que los alumnos han de ir realizando mediante tareas que inicialmente se planifican utilizando la metodología Kanban. En concreto, el desarrollo de la práctica se basa en la elaboración de un robot móvil controlado remotamente y de forma inalámbrica. El sistema de divide en tres partes: el dispositivo de control que cuenta con un microcontrolador tipo Arduino y dos joysticks analógicos como interfaz de usuario, el robot móvil que utiliza un microcontrolador STM32 con un RTOS (Real Time Operating System) con el que se realiza la lectura de los diferentes sensores que irán embarcados en el robot además de manejar el controlador de motores para un motor DC para la velocidad y un servo para el control de la dirección. Para la comunicación inalámbrica se utilizan módulos de radio de 2.4GHz de la familia XBee Pro Serie Z2B. Por último, se diseñará una aplicación software de escritorio bajo un sistema operativo Windows escrita en lenguaje C# utilizando .NET Framework y WPF (Windows Presentation Foundation), que mostrará la información que el robot envía de cada uno de sus sensores. El PC donde está alojada la aplicación tiene conectado un módulo XBee, anteriormente mencionado, con el que se comunica mediante una conexión serie virtual (VCP). Para implementar la metodología Kanban se hará uso de una herramienta online y gratuita llamada Trello que permite la creación de diferentes tableros en el que ir añadiendo tareas (mediante tarjetas) e irlas moviendo entre las diferentes columnas según el estado de ésta. A cada tarea se le puede añadir uno o más participantes además de ponerle una fecha de vencimiento entre otras opciones. En el desarrollo de este tipo de prácticas se añade la dificultad del manejo de diferentes entornos de desarrollo, uno por cada tipo de microcontrolador y el de la aplicación software. Esta práctica se ha dividido en varias sesiones y ha presentado un gran atractivo para el alumnado ya que se consigue un sistema funcional y muy ampliable al final de estas.This paper presents a laboratory session of embedded systems imparted in the Computer Science degree using Kanban, a project management methodology. In the laboratory session different microcontroller families are used for reading several sensor types, wireless communications and motor control. This session is focused like a project in which the students have to complete the task previously described using Kanban. The project consist on implementing a mobile robot that is handled using a wireless controller. The system is divided in three parts: the controller device that is designed using an Arduino microcontroller to read two analogical joysticks used by the user, the mobile robot that uses a STM32 microcontroller with a RTOS (Real Time Operating System) to read the sensors attached to the robot and to handle the motor controller for a DC motor to control the velocity and, finally, a servo motor to change the robot direction. Some 2.4GHz radio modules of the XBee Pro Serie Z2B are used to implement the wireless communication. Finally a C# WPF Windows application is implemented using .NET framework, which collects the information from on-board sensors. An XBee module is plugged in the computer where the application runs using a virtual communication port (VCP). To plan the project under the Kanban methodology, an online free tool called Trello is used. Trello lets the user create different panels in which cards can be added and moved between different columns that denote the state of each card. Cards allow to add several participants and a due date. In this laboratory session the students have to learn several development environments which presents an extra difficulty. The laboratory session has been divided in several practical sessions and the students have been very motivated during every of them because at the end they obtain a functional robot which can be extended with new sensors