Eine professionelle Programmstruktur für den Arduino (mBot) sollte modular, erweiterbar und gut wartbar sein. Ich verwende hier eine Finite-State-Machine (FSM), um verschiedene Abläufe sauber steuern zu können. Die Steuerung erfolgt hier mit Hilfe der Infrarot-Fernbedienung. Alternativ kann man natürlich auch Bluetooth verwenden. Dies würde auch komplexere Abläufe ermöglichen, da man beispielsweise einen Rechner mit einem Python-Programm als Steuerung verwenden könnte.

Vorteile einer geordneten Programmstruktur:

• Modularität: Jeder Modus ist in einer eigenen Funktion gekapselt.
• Erweiterbarkeit: Neue Modi oder Befehle können problemlos hinzugefügt werden.
• Wartbarkeit: Durch die klare Zustandsaufteilung ist der Code auch bei Änderungen leicht nachvollziehbar.
• Flexibilität: Unterschiedliche Abläufe (wie Kalibrierung, Labyrinth oder Stopp) können unabhängig voneinander optimiert und getestet werden.

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Ein endlicher Automat (Finite State Machine, FSM) ist ein Modell zur Darstellung von Zuständen und deren Übergängen basierend auf Eingaben. Die Abbildung zeigt eine FSM mit drei Zuständen (S1, S2, S3) und Übergängen, die durch Eingaben (0 oder 1) gesteuert werden. Beispielsweise wechselt die FSM bei 0 von S1 nach S3, während sie bei 1 von S1 nach S2 übergeht.

enum State { 
  STATE_A,
  STATE_B,
  STATE_C
};
State state = STATE_A;

void setup() {
  // Initialisierung 
}

void loop() {
  // step: command
  byte cmd = read(); // Funktion, die IR-Befehle einliest

  // step: state - Befehlsverarbeitungund ggf. Zustand wechseln
  state  = decode(cmd);
 
  // step: action 
  switch (state) {   
    case STATE_A:
         actionA();
         break;
    case STATE_B:
         actionB();
         break;
    case STATE_C:
         actionC();
         break;
  }
}
// ...Implementierung der einzelnen Routinen

Die FSM wird hier an mehreren Punkten deutlich:

• Feste Zustände
  • Die Enumeration definiert eine endliche Menge von Zuständen.
• Zustandsübergänge
  • Die Funktion decode(cmd) verarbeitet die eingehenden Befehle und ändert den aktuellen Zustand.
• Zustandsbasierte Aktionen
  • Der switch-Block im loop() entscheidet, welche Aktion ausgeführt wird, basierend auf dem aktuellen Zustand.

Die Methoden (actions) sollten möglichst nicht blockierend sein, da blockierende Aufrufe den Zustandswechsel verzögern und das System an der schnellen Reaktion auf externe Ereignisse hindern. Gerade in zeitkritischen Anwendungen sorgt ein blockierender Zustand dafür, dass Sensorwerte oder Eingaben zu spät verarbeitet werden, was die Zuverlässigkeit und Leistung der gesamten Anwendung beeinträchtigen kann.

DIESER ABSCHNITT ENTSTEHT GERADE