SDE WS25: BluetoothRegelung.ino

Abb. 1: Skizze der Mittellinienerfassung

Modul:	BluetoothRegelung.ino
Revision:	10877
Autor:	Lukas Berkemeier
Datum:	06.11.2025
System:	Arduino IDE
SVN-URL:	https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum/trunk/_Semesterordner/WS2025/Sprint_1/c-files/BluetoothRegelung/BluetoothRegelung.ino

Einleitung/Funktion

Im Modul BluetoothRegelung.ino wird die Regelabweichung genutzt um die Stellgröße zu berechnen und die Alphabotmotoren zu regeln. Im Modul wird außerdem bereits die Bluetoothübertragung aus Arbeitspaket 1.4 Übertragung der Ist-Ablage via BT MATLAB→Arduino genutzt, mit der die Regelabweichung empfangen wird. Die Regelabweichung ist dabei die Distanz zur Solllinie in mm.

Funktionaler Systementwurf

Anforderungen

Die Anforderungen werden aus Arbeitspaket 1.5 Geregelte Fahrt anhand der Ist-Ablage entnommen.

Technischer Systementwurf

Der Systementwurf entspricht dem Modulentwurf aus Abbildung 2.

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  Abb. 2: BluetoothRegelung.ino

Komponentenspezifikation

Die Distanz zur Mittellinie wird durch die Messwerte der Tracking-Sensoren ermittelt.

1. Empfang der Regelabweichung über die Serielle Schnittstelle bzw. HC-05 Bluetoothmodul
2. Regelung anhand der Regelabweichung
3. Der P-Anteil entspricht der Regelabweichung
4. Zeitdifferenz dt zum letzten Durchlauf berechnen
5. D-Anteil berechnen: $(Regelabweichung-letzteRegelabweichung)/dt$
6. Stellgröße berechnen: $Kp*P+Kd*D$
7. Alphabotmotoren mit Stellgröße ansteuern

Programmierung

messeMittellinie.ino 

 int messeMittellinie(unsigned int MesswertArray[])
 {
  int distanz; 
  /* Position der Linie lesen. Das Array für die Messwerte MesswertArray muss als Argument übergeben werden.
     Rückgabewert position in [0..4000]. 2000 Zeigt die Mitte an. */
  int Positionswert = trs.readLine(MesswertArray, true); //zweite Variable: white_line, standardmäßig false, false = schwarze linie, true = weiße linie
  if(Positionswert <800 || Positionswert >3200)
  {
      return 50; 
  }
  else
  {
    distanz = map(Positionswert, 800, 3200,24,-24);
  }
  Serial.print(Positionswert);
  Serial.print(";");
  return distanz;
 }

Modultest

Da es sich bei dieser Entwicklung um die eines einzelnen Moduls handelt, schließt der Modultest mit dem Testbericht die Entwicklung ab (vgl. Tabelle 2). Zum Testen des Moduls wird das Modul BluetoothRegelung.ino und trackeSendeReglerTest.m genutzt. Das Arduino-Programm beinhaltet den Empfang der Daten und die Stellgrößenberechnung. Mit dem Skript trackeSendeReglerTest.m wird die Distanz des Prismas zur y-Achse der Topcon Station in Millimeter berechnet und mit Bluetooth an den Alphabot gesendet.

Systematisches Vorgehen beim Testen:

• Bluetooth Dongle in PC einstecken
• Arduino des Alphabot mit USB-Kabel an einen PC anschließen
• Arduino IDE starten
• BluetoothRegelung.ino öffnen
• COM-Port des Alphabot auswählen
• Programm auf den Arduino des Alphabot hochladen (Das HC-05 Modul muss dazu abgezogen werden)
• Seriellen Monitor starten

• Topcon Statio aufbauen
• TopCon gemäß Artikel in Betrieb nehmen.
• trackeSendeReglerTest.m öffnen und starten

Tabelle 1: Testbericht für den Modultest

ID	Testfallbeschreibung	Eingang	Erwartetes Ergebnis	Testergebnis	Testperson	Datum
1	Messung: Alphabot zentral auf der weißen Linie (0 mm) Abb. 2: messeMittellinie.ino Testfall 1	Messwertarray der TR-Sensoren [58 85 952 61 60]	0 mm	1 mm	Lukas Berkemeier	13.10.2025
2	Messung: Alphabot rechts von der weißen Linie (24 mm) am festgelegten Ende Abb. 3: messeMittellinie.ino Testfall 2	Messwertarray der TR-Sensoren [215 861 39 36 20]	24 mm	24 mm	Lukas Berkemeier	13.10.2025
3	Messung: Alphabot links von der weißen Linie (-24 mm) am festgelegten Ende Abb. 4: messeMittellinie.ino Testfall 3	Messwertarray der TR-Sensoren [99 73 73 473 787]	-24 mm	-23 mm	Lukas Berkemeier	13.10.2025
4	Keine weiße Linie vorhanden oder Linie außerhalb der festgelegten Spannweite	Positionswert <800 oder >3200	50	50	Lukas Berkemeier	13.10.2025

Fehlerbehebung

Abb. 5: messeMittellinie.ino mit gesamter Sensorspannweite

Nach der ersten Modulplanung sollte die Spannweite wie in Abbildung 5 von beiden äußeren Sensoren zentral über der Mitte der Mittellinie, mit 65 mm Spannweite genutzt werden. Mit der Funktion map() wurden den Positionswerten 350-3650 die Entfernungen 33 bis -33 mm zugewiesen. Bei dieser Spannweite kam es im Bereich der äußeren Sensoren immer zu Messungenauigkeiten. Zur Fehlerbehebung wurde die Spannweite auf 48 mm (+-24 mm) verringert und den Positionswerten 800-3200 die Entfernungen 24 bis -24 mm zugewiesen. Im Modultest wurden die Änderungen als passend bewiesen.
Eine weitere Fehlerursache ist die Kalibrierung bzw. die Beleuchtung der Sensoren. Je nach Beleuchtung können verschiedene Werte gemessen werden. Ein möglicher Schritt zur Fehlerbehebung wäre das Anbringen einer Beleuchtung für die Sensoren um die Beleuchtung möglichst konstant zu halten.

Zusammenfassung

Das Modul messeMittellinie.ino wurde systematisch entworfen, getestet und dokumentiert. Sämtliche Anforderungen aus dem Arbeitspaket SDE WS25: AP 1.6 Messung der Mittellinie wurden erfüllt. Die Funktion kann eingesetzt werden, um die Distanz der Mitte der Mittellinie zum zentralen Sensor des Alphabot zu berechnen. In Zukunft kann das Modul verwendet werden um die Positionen der realen Mittellinienstreifen der Fahrbahn zu bestimmen.