Messkette Abstandssensorik - Versionsgeschichte

Jonas Hokamp am 26. April 2021 um 13:27 Uhr

2021-04-26T13:27:34Z

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	[[Bild:Sharp GP2D120.jpg\|300px\|thumb\|Der verbaute Infrarot-Sensor Sharp GP2D120]]<br/>		[[Bild:Sharp GP2D120.jpg\|300px\|thumb\|Der verbaute Infrarot-Sensor Sharp GP2D120 <ref>[[Infrarotsensoren\|Infrarotsensoren]]</ref>]]<br/>
	==Einleitung==		==Einleitung==

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	=== Schaltbild===		=== Schaltbild===
	Grundsätzlich kann man den Sharp GP2D120 als IC sehen, der aus mehreren Schaltungen und Komponenten zusammengesetzt ist.		Grundsätzlich kann man den Sharp GP2D120 als IC sehen, der aus mehreren Schaltungen und Komponenten zusammengesetzt ist.
	Dabei gibt es zwei Hauptelemente in Form von Dioden, eine LED, welche Infrarot-Signale aussendet und eine Photodiode, welche die ausgesendeten Signale wieder aufnimmt. Betrieben und verarbeitet werden diese Elemente durch verschiedene Schaltungen, welche hier kurz aufgeführt sind:		Dabei gibt es zwei Hauptelemente in Form von Dioden, eine LED, welche Infrarot-Signale aussendet und eine Photodiode, welche die ausgesendeten Signale wieder aufnimmt. Betrieben und verarbeitet werden diese Elemente durch verschiedene Schaltungen, welche hier kurz aufgeführt sind:<ref>Datenblatt Sharp GP2D120:https://www.pololu.com/file/0J157/GP2D120-DATA-SHEET.pdf</ref>

	* eine Signalverarbeitende Einheit,		* eine Signalverarbeitende Einheit,
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	== Literatur ==		== Literatur ==
	<references />		<references/>

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Jonas Hokamp am 26. April 2021 um 13:16 Uhr

2021-04-26T13:16:48Z

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	===Anschlüsse===		===Anschlüsse===
	Der Sensor verfügt über die drei Anschlüsse GND, VCC und Vo. GND wird dabei mit der Betriebserde verbunden und VCC mit der Versorgungsspannung in Höhe von 5V, welche dann an den Block zur Spannungsregelung weitergeleitet wird. Der analoge Ausgang Vo wird mit einem analogen Eingang des ~~<br/>~~		Der Sensor verfügt über die drei Anschlüsse GND, VCC und Vo. GND wird dabei mit der Betriebserde verbunden und VCC mit der Versorgungsspannung in Höhe von 5V, welche dann an den Block zur Spannungsregelung weitergeleitet wird. Der analoge Ausgang Vo wird mit einem analogen Eingang des
	Controllers verbunden, an dem letztendlich der Messwert hängt.		Controllers verbunden, an dem letztendlich der Messwert hängt.

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	==Funktionsweise==		==Funktionsweise==
	[[Datei:Spannung_Infrarotsensor.png\|700px\|thumb\|right\|Verhältnis der Spannung am analogen Ausgang zur tatsächlichen Entfernung]]<br/><br/><~~br/~~>		[[Datei:Spannung_Infrarotsensor.png\|700px\|thumb\|right\|Verhältnis der Spannung am analogen Ausgang zur tatsächlichen Entfernung]]
	Wie im vorangegangenen Abschnitt beschrieben, verfügt der Sensor-IC über zwei Dioden. Die LED ~~<br/>~~		<br/><br/>
	sendet dabei ein Infrarot-Signal aus, welches daraufhin von dem beleuchteten Objekt ~~<br/>~~		<div style="text-align:justify;">Wie im vorangegangenen Abschnitt beschrieben, verfügt der Sensor-IC über zwei Dioden. Die LED sendet dabei ein Infrarot-Signal aus, welches daraufhin von dem beleuchteten Objekt reflektiert wird. Das reflektierte Licht trifft anschließend auf die Photodiode, wo je nach Winkel beziehungsweise Position des eintreffenden Lichtes eine Spannung erzeugt wird. Diese Spannung ist ungefähr antiproportional zur Entfernung des Objektes und außerdem abhängig von
	reflektiert wird. Das reflektierte Licht trifft anschließend auf die Photodiode, wo je nach ~~<br/>~~		der Reflexionseigenschaft der beleuchteten Oberfläche.</div>
	Winkel beziehungsweise Position des eintreffenden Lichtes eine Spannung erzeugt wird. Diese ~~<br/>~~
	Spannung ist ungefähr antiproportional zur Entfernung des Objektes und außerdem abhängig von~~<br/>~~
	der Reflexionseigenschaft der beleuchteten Oberfläche.<~~br/>~~

	~~<br/><br/><br/><br/><br/><br~~/>

			<br/><br/>
	== Darstellung der Messkette==		== Darstellung der Messkette==
	<br/>		<br/>

			[[Bild:Messkette_Infrarot.png\|800px\|thumb\|centre\|Messkette des Infrarot-Sensors]]
	[[Bild:Messkette_Infrarot.png\|800px\|thumb\|~~center~~\|Messkette des Infrarot-Sensors]]


	==Beschreibung der Messkette==		==Beschreibung der Messkette==

			'''1.''' <br/>
			Zu Beginn des Messvorganges sendet der Sensor ein Infrarot-Signal aus seiner LED aus. Dieses Signal wird dann vom Objekt, auf das es trifft, reflektiert und auf die
			Photodiode im Sensor geworfen. Dabei können Reflexionseigenschaften oder eine Bewegung die Position und die Intensität des reflektierten Lichtes beeinflussen. <br/>
			'''2.''' <br/>
			Das reflektierte Licht wird im Sensor in eine Spannung zwischen ~0.3V und ~3V umgewandelt. Dabei wird der Sensor von einer externen Spannungsquelle mit VCC = 5V
			versorgt. Die an Vo anliegende Spannung wird für die Auswertung weitergeleitet. Rauschen und Spannungsspitzen können an dieser Stelle die Messwerte verzerren. <br/>
			'''3.'''<br/>
			An dem analogen Eingang des Controllers liegen dann Zahlenwerte an, die einer bestimmten Spannung entsprechen (abhängig von der Bit-Zahl des AD-Wandlers). Diese Werte werden an dem AD-Wandler nun in eine Spannung umgerechnet. Fehlerpotential bietet hier die Ungenauigkeit, welche durch den AD-Wandler gegeben ist.<br/>
			'''4.''' <br/>
			Die Spannungswerte werden als nächstes durch einen PT1-Filter geführt, welcher eben genanntes Rauschen und die Spannungsspitzen entfernen kann.<br/>
			'''5.''' <br/>
			Die gefilterten Spannungswerte werden nun anhand einer Lookup-Tabelle in eine Entfernung [cm] umgewandelt. Dabei orientiert sich die Lookup-Tabelle an wenige
			Vergleichswerte und berechnet aus den Vergleichswerten eine Kurve. Hier birgt die Ungenauigkeit der Lookup-Tabelle eine weitere Fehlerquelle.<br/>
			'''6.''' <br/>
			Letztendlich wird aus der Lookup-Tabelle heraus der gemessene Entfernungswert in cm an einen Ausgang weitergegeben.<br/>


	==Umsetzung im Simulink Modell==		==Umsetzung im Simulink Modell==
	~~===Sensor(SEN)===~~

			[[Bild:Infrarot_SEN.png\|800px\|thumb\|right\|Sensorblock der Abstandssensorik]]
			===Online===
			<br/>
			Hier ist der Simulink-Block für die Abstandssensorik dargestellt. Die Schnittstelle der dSpace-Karte stellt hier die aufgenommenen Messwerte bereit und führt sie weiter zur Aufbereitung. Wie in der Messkette beschrieben, werden also, hier für jeden der vier Sensoren, die analogen Werte in Spannungswerte umgerechnet, dann durch einen PT1-Filter geführt und anschließend mit Hilfe der Lookup-Tabelle in eine Entfernung umgerechnet. Ergebnis ist ein Abstandswert für jeden der vier Infrarot-Sensoren. Diese Werte werden dann in dem Funktionsblock AEP(=Autonomes Einparken) weiterverwendet.

	=== ~~Signalaufbereitung(SAB)~~===		<br/><br/>
			=== Offline===
			<br/>
			In der Offline-Simulation werden lediglich die x-und y-Koordinaten des Fahrzeugs aus dem Einspurmodell durch Koordinatentransformation in die Abstandswerte der einzelnen Infrarot-Sensoren umgewandelt. Hier erfolgt keine "echte" Messung.
	~~== Fehlerquellen ==~~

Jonas Hokamp am 26. April 2021 um 12:14 Uhr

2021-04-26T12:14:25Z

← Nächstältere Version		Version vom 26. April 2021, 12:14 Uhr
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	==Funktionsweise==		==Funktionsweise==
	[[Datei:Spannung_Infrarotsensor.png\|~~\|250x550px~~\|thumb\|right\|Verhältnis der Spannung am analogen Ausgang zur tatsächlichen Entfernung]]<br/>		[[Datei:Spannung_Infrarotsensor.png\|700px\|thumb\|right\|Verhältnis der Spannung am analogen Ausgang zur tatsächlichen Entfernung]]<br/><br/><br/>
	Wie im vorangegangenen Abschnitt beschrieben, verfügt der Sensor-IC über zwei Dioden. Die LED <br/>		Wie im vorangegangenen Abschnitt beschrieben, verfügt der Sensor-IC über zwei Dioden. Die LED <br/>
	sendet dabei ein Infrarot-Signal aus, welches ~~anschließend~~ von dem beleuchteten Objekt <br/>		sendet dabei ein Infrarot-Signal aus, welches daraufhin von dem beleuchteten Objekt <br/>
	reflektiert wird. Das reflektierte Licht trifft anschließend auf die Photodiode, wo je nach <br/>		reflektiert wird. Das reflektierte Licht trifft anschließend auf die Photodiode, wo je nach <br/>
	Winkel beziehungsweise Position des eintreffenden Lichtes eine Spannung erzeugt wird. Diese <br/>		Winkel beziehungsweise Position des eintreffenden Lichtes eine Spannung erzeugt wird. Diese <br/>
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	der Reflexionseigenschaft der beleuchteten Oberfläche.<br/>		der Reflexionseigenschaft der beleuchteten Oberfläche.<br/>

	~~<br/><br/>~~<br/><br/><br/><br/><br/><br/>		<br/><br/><br/><br/><br/><br/>

	== Darstellung der Messkette==		== Darstellung der Messkette==

Jonas Hokamp am 26. April 2021 um 11:35 Uhr

2021-04-26T11:35:21Z

← Nächstältere Version		Version vom 26. April 2021, 11:35 Uhr
Zeile 30:		Zeile 30:

	==Funktionsweise==		==Funktionsweise==
	[[Datei:Spannung_Infrarotsensor.png\|~~mini~~\|right\|Verhältnis der Spannung am analogen Ausgang zur tatsächlichen Entfernung]]		[[Datei:Spannung_Infrarotsensor.png\|\|250x550px\|thumb\|right\|Verhältnis der Spannung am analogen Ausgang zur tatsächlichen Entfernung]]<br/>
	Wie im vorangegangenen Abschnitt beschrieben, verfügt der Sensor-IC über zwei Dioden.		Wie im vorangegangenen Abschnitt beschrieben, verfügt der Sensor-IC über zwei Dioden. Die LED <br/>
	Die LED sendet dabei ein Infrarot-Signal aus, welches anschließend von dem beleuchteten Objekt reflektiert wird.		sendet dabei ein Infrarot-Signal aus, welches anschließend von dem beleuchteten Objekt <br/>
	Das reflektierte Licht trifft anschließend auf die Photodiode, wo je nach Winkel beziehungsweise Position des		reflektiert wird. Das reflektierte Licht trifft anschließend auf die Photodiode, wo je nach <br/>
	eintreffenden Lichtes eine Spannung erzeugt wird. Diese Spannung ist ungefähr antiproportional zur Entfernung		Winkel beziehungsweise Position des eintreffenden Lichtes eine Spannung erzeugt wird. Diese <br/>
	des Objektes und außerdem abhängig von der Reflexionseigenschaft der beleuchteten Oberfläche.		Spannung ist ungefähr antiproportional zur Entfernung des Objektes und außerdem abhängig von<br/>
			der Reflexionseigenschaft der beleuchteten Oberfläche.<br/>

			<br/><br/><br/><br/><br/><br/><br/><br/>

	== Darstellung der Messkette==		== Darstellung der Messkette==

Jonas Hokamp: /* Funktionsweise */

2021-04-26T11:22:28Z

Funktionsweise

← Nächstältere Version		Version vom 26. April 2021, 11:22 Uhr
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	==Funktionsweise==		==Funktionsweise==
			[[Datei:Spannung_Infrarotsensor.png\|mini\|right\|Verhältnis der Spannung am analogen Ausgang zur tatsächlichen Entfernung]]
			Wie im vorangegangenen Abschnitt beschrieben, verfügt der Sensor-IC über zwei Dioden.
			Die LED sendet dabei ein Infrarot-Signal aus, welches anschließend von dem beleuchteten Objekt reflektiert wird.
			Das reflektierte Licht trifft anschließend auf die Photodiode, wo je nach Winkel beziehungsweise Position des
			eintreffenden Lichtes eine Spannung erzeugt wird. Diese Spannung ist ungefähr antiproportional zur Entfernung
			des Objektes und außerdem abhängig von der Reflexionseigenschaft der beleuchteten Oberfläche.

	== Darstellung der Messkette==		== Darstellung der Messkette==

Jonas Hokamp am 26. April 2021 um 11:10 Uhr

2021-04-26T11:10:19Z

← Nächstältere Version		Version vom 26. April 2021, 11:10 Uhr
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	→ zurück zum übergeordneten Artikel: [[Systemarchitektur\|Systemarchitektur]]<br/>		→ zurück zum übergeordneten Artikel: [[Systemarchitektur\|Systemarchitektur]]<br/>

	[[Bild:Sharp GP2D120.jpg\|300px\|thumb\|Der verbaute Infrarot-Sensor Sharp GP2D120]]<br>		[[Bild:Sharp GP2D120.jpg\|300px\|thumb\|Der verbaute Infrarot-Sensor Sharp GP2D120]]<br/>
	==Einleitung==		==Einleitung==

	In diesem Artikel wird die Messkette der Abstandssensorik beziehungsweise des Infrarot-Sensors des Carolo Cup Fahrzeugs beschrieben. Dabei wird mit Hilfe der Messkette der Sensor von seiner Signalaufnahme bis hin zum ausgegebenen Signal beschrieben.		In diesem Artikel wird die Messkette der Abstandssensorik beziehungsweise des Infrarot-Sensors des Carolo Cup Fahrzeugs beschrieben. Dabei wird mit Hilfe der Messkette der Sensor von seiner Signalaufnahme bis hin zum ausgegebenen Signal beschrieben.
			An dem kompletten Fahrzeug sind vier Infrarot-Sensoren zur Abstandsbestimmung montiert. Sie dienen der Messung von Entfernungen zu Objekten oder Wänden in einem Abstandsbereich von 4-30cm. Der gewählte Sensor ist der Sharp GP2D120 (siehe Bild).

			==Interner Aufbau==
			[[Bild:Blockschaltbild_Sensor.png\|700px\|thumb\|right\|Blockschaltbild des Infrarot-Sensors]]

	==~~Funktionsweise~~ Infrarot-Sensor==		=== Schaltbild===
			Grundsätzlich kann man den Sharp GP2D120 als IC sehen, der aus mehreren Schaltungen und Komponenten zusammengesetzt ist.
			Dabei gibt es zwei Hauptelemente in Form von Dioden, eine LED, welche Infrarot-Signale aussendet und eine Photodiode, welche die ausgesendeten Signale wieder aufnimmt. Betrieben und verarbeitet werden diese Elemente durch verschiedene Schaltungen, welche hier kurz aufgeführt sind:

			* eine Signalverarbeitende Einheit,
			* eine Schaltung zur Steuerung der LED,
			* eine Spannungsregelung,
			* eine Oszillatorschaltung,
			* eine Schaltung zur Nachverarbeitung des Ausgangssignals

			===Anschlüsse===
			Der Sensor verfügt über die drei Anschlüsse GND, VCC und Vo. GND wird dabei mit der Betriebserde verbunden und VCC mit der Versorgungsspannung in Höhe von 5V, welche dann an den Block zur Spannungsregelung weitergeleitet wird. Der analoge Ausgang Vo wird mit einem analogen Eingang des <br/>
			Controllers verbunden, an dem letztendlich der Messwert hängt.



			==Funktionsweise==


	== Darstellung der Messkette==		== Darstellung der Messkette==
			<br/>

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2021-04-26T10:35:00Z

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[[Bild:Sharp GP2D120.jpg|300px|thumb|Der verbaute Infrarot-Sensor Sharp GP2D120]] 
==Einleitung==

In diesem Artikel wird die Messkette der Abstandssensorik beziehungsweise des Infrarot-Sensors des Carolo Cup Fahrzeugs beschrieben. Dabei wird mit Hilfe der Messkette der Sensor von seiner Signalaufnahme bis hin zum ausgegebenen Signal beschrieben.

==Funktionsweise Infrarot-Sensor==

== Darstellung der Messkette==

[[Bild:Messkette_Infrarot.png|800px|thumb|center|Messkette des Infrarot-Sensors]]

==Beschreibung der Messkette==

==Umsetzung im Simulink Modell==
===Sensor(SEN)===

=== Signalaufbereitung(SAB)===

== Fehlerquellen ==

== Literatur ==
<references />

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