Darstellung der Blinker: Unterschied zwischen den Versionen

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<!--[[Datei:ArdumowerKarte.png |rechts|mini|350px|Abb. 1: Matrix-basierte Karte der zu mähenden Fläche in MATLAB/Simulink]]-->
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BILD EINFÜGEN
BILD EINFÜGEN
'''Autor:''' [[Benutzer:Ulrich_Schneider| Prof. Dr.-Ing. Schneider]]
'''Autorin:''' [[Benutzer:Lihui Liu|Lihui Liu]]




== Einleitung ==
== Einleitung ==
Dieser Artikel beschreibt den Aufbau einer Matrix-basierten Karte zur Darstellung des aktuellen Mähstandes eines Rasenmähroboters (vgl. Abb. 1). Der Anstoß zur Entwicklung dieser Karte lieferte das Projekt "ArduMower", in dem der Kollege Prof. Göbel und der Autor dieses Artikels mit Studierenden gemeinsam einen autonomen Rasenmäher entwickeln, siehe [[Projekt_ArduMower| Projekt ArduMower]].
In der Simulation soll das Blinkersignal entsprechend Lastenheft angezeigt werden. Ziel dieses Themas ist die Steuerung der Lichtanlage gemäß §54 StVO.


Das systematische Vorgehen bei der Entwicklung des Modells orientiert sich am V-Prozessmodell.
== Anforderungen==
Im Lastenheft ...  


== Anforderungen==
Im Pflichtenheft ...
Im Lastenheft des Projektes ArduMower wird die Erstellung einer selbstlernenden Karte gefordert:<br>
[[Datei:Req10 2290.jpg|600px]]


Im Pflichtenheft taucht daraufhin der Punkt '''Selbstlernende Karte''' auf, konkrete Anforderungen werden jedoch nicht näher spezifiziert:<br>
[[Datei:ID0170 ArduMower Pflichtenheft.jpg|1200px]]


Folgende Anforderungen wurden an die Karte gestellt:
{| class="mw-datatable"
! style="font-weight: bold;" | ID
! style="font-weight: bold;" | Inhalt
! style="font-weight: bold;" | Ersteller
! style="font-weight: bold;" | Datum
! style="font-weight: bold;" | Geprüft von
! style="font-weight: bold;" | Datum
|-
| 1
| Die Karte muss als Matrix mit der Rastergröße 30cm umgesetzt werden (Grid-Map).
| Prof. Schneider
| 18.01.2018
| Hr. Kreuer
| 18.01.2018
|-
| 2
| Die Perimeterschleife muss rot markiert werden.
| Prof. Schneider
| 18.01.2018
| Hr. Kreuer
| 18.01.2018
|-
| 3
| Die aktuelle Position des Mähers muss blau markiert werden.
| Prof. Schneider
| 18.01.2018
| Hr. Kreuer
| 18.01.2018
|-
| 4
| Hindernisse müssen magenta markiert werden.
| Prof. Schneider
| 18.01.2018
| Hr. Kreuer
| 18.01.2018
|-
| 5
| Unbekannte Bereiche müssen weiß bleiben.
| Prof. Schneider
| 18.01.2018
| Hr. Kreuer
| 18.01.2018
|-
| 6
| Ungemähter Rasen muss dunkelgrün und gemähter Rasen hellgrün markiert werden.
| Prof. Schneider
| 18.01.2018
| Hr. Kreuer
| 18.01.2018
|-
| 7
| Die Karte muss zyklisch aktualisiert werden.
| Prof. Schneider
| 18.01.2018
| Hr. Kreuer
| 18.01.2018
|-
| 8
| Die Umsetzung muss als Matlab-Skript erfolgen, so dass eine Einbindung in Simulink als Matlab-Funktion möglich ist.
| Prof. Schneider
| 18.01.2018
| Hr. Kreuer
| 18.01.2018
|-
| 9
| Eingangsgrößen der Funktion <code>Kartenfunktion.m</code> sind
# Aktuelle Positionen in m: xNeu,yNeu
# Alter Positionsvektor in m: PosAlt
# Ausrichtung der Karte in deg: Ausrichtung
# Aktuelle Karte: Karte
# Signale zur Objekterkennung: Bumper,Ultraschall
# Signalstärke der Perimeterschleife: Perimeterschleife
| Prof. Schneider
| 18.01.2018
| Hr. Kreuer
| 18.01.2018
|-
| 10
| Ausgangsgrößen der Funktion <code>Kartenfunktion.m</code> sind
# Aktueller Positionsvektor in m: PosNeu
# Aktuelle Karte: Karte
| Prof. Schneider
| 18.01.2018
| Hr. Kreuer
| 18.01.2018
|-
| 11
| Die Initialisierung muss 1s und die zyklische Darstellung muss 1ms unterschreiten.
| Prof. Schneider
| 18.01.2018
| Hr. Kreuer
| 18.01.2018
|-
| 12
| Bei Kommentierung und Dokumentation muss sich an die Projektrichtlinien gehalten werden.
| Prof. Schneider
| 18.01.2018
| Hr. Kreuer
| 18.01.2018
|-
|}


== Funktionaler Systementwurf / Technischer Systementwurf ==
== Funktionaler Systementwurf / Technischer Systementwurf ==
Bei der Größe des zu erstellenden Modells werden die Schritte Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf des V-Modells zusammen gelegt und bereits Schnittstellen zwischen den einzelnen Blöcken definiert (vgl. Abb. 2).
[[Datei:Schnittstellen_SelbstlernendeKarte_ArduMower.jpg|rechts|mini|300px|Abb. 2: Schnittstellen für die Modellierung einer selbstlernenden Karte]]


== Komponentenspezifikation ==
== Komponentenspezifikation ==
Das Modell wird insgesamt als Komponente aufgefasst, d. h. die einzelnen Blöcke aus dem Systementwurf werden als Bestandteil der Komponente "Selbstlernende Karte" definiert. Die Funktion der Komponente "Selbstlernende Karte" wird in Form eines PAP spezifiziert (vgl. Abb. 3).
[[Datei:PAP_SelbstlernendeKarte_ArduMower.jpg|rechts|mini|300px|Abb. 3: Spezifikation der selbstlernenden Karte]]


== Programmierung ==
== Programmierung ==
Die Programmierung unterscheidet sich
# in die Initialisierung und
# die zyklische Aktualisierung
der selbstlernenden Karte.
=== Initialisierung ===
In der einmaligen Initialisierung werden die Farben der Karteninhalte entsprechend der Anforderungen festgelegt. Die <code>aColorMap</code> wird anderen Programmteilen als globale Variable zur Verfügung gestellt.
<syntaxhighlight lang="matlab" style="border: none; background-color: #EFF1C1; font-size:larger">
% Farben festlegen
cUnbekannt = [1 1 1];        nUnbekannt    = 0;
cPerimeter = [1 0 0];        nPerimeter    = 1;
cNichtGemaeht = [0.5 0.8 0]; nNichtGemaeht = 2;
cGemaeht = [0 1 0];          nGemaeht      = 3;
cArduMower = [0 0 1];        nArduMower    = 4;
cHindernis = [1 0.5 1];      nHindernis    = 5;


aColorMap = [ cUnbekannt ; cPerimeter ; cNichtGemaeht ; cGemaeht  ; cArduMower ; cHindernis ];
== Komponententest ==
</syntaxhighlight>
Die Karte wird aus einer Datei geladen und in Form und Größe initialisiert. Hierzu gehört auch die beschriftung der Achsen und die Darstellung des Gitters in Meter. Die Handles hierzu werden persistent gespeichert.
<syntaxhighlight lang="matlab" style="border: none; background-color: #EFF1C1; font-size:larger">
Karte = imread('libraries/mKarte.png'); % Karte laden
%% Karte in Größe und Form initialisieren
mKarte = Karte; % Ursprüngliche Karte sichern
hKarte = figure;
set(hKarte,'WindowStyle', 'normal')
hImg = imshow(Karte,aColorMap); set(gca,'YDir','normal');
hAxes = gca;
set(hKarte,'Position',[1    1  500  600],'OuterPosition',[ 550  300  500  600]); % 589
set(hAxes,'OuterPosition',[-0.1068  0    1.1819    1])
set(hAxes,'Visible','on')
xt = 0: 10:size(Karte, 2)-1;
yt = 0: 10:size(Karte, 1)-1;
for i=1:length(xt)
    xtLabel{i}=num2str(xt(i)*0.3);
end
for i=1:length(yt)
    ytLabel{i}=num2str(yt(i)*0.3);
end
set(gca, 'xgrid', 'on', 'ygrid', 'on', 'xtick', xt, 'ytick', 1/2+yt, 'xticklabel', xtLabel, 'yticklabel', ytLabel)
xlabel('x in m'); ylabel('y in m');
</syntaxhighlight>


=== Aktualisierung ===
== Systemtest ==
Bei der zyklischen Aktualisierung muss:
* die Position in m in die Kartenmatrix umgerechnet,
* eine Aktualisierung überprüft,
* die neue Position eingetragen und
* die alte Position aktualisiert
werden.


Die Umrechnung erfolgt über:
== Ergebnisse ==
<syntaxhighlight lang="matlab" style="border: none; background-color: #EFF1C1; font-size:larger">
nKartenPosAlt = floor((PosAlt/0.30))+1;
nKartenPosNeu = floor((PosNeu/0.30))+1;
</syntaxhighlight>


Eine Aktualisierung ist notwenig, wenn ein neues Matrixfeld erreicht wurde:
== Zusammenfassung ==
<syntaxhighlight lang="matlab" style="border: none; background-color: #EFF1C1; font-size:larger">
if ~isequal(nKartenPosNeu,nKartenPosAlt)
</syntaxhighlight>
 
Hindernisse werden in der Karte vermerkt oder die neue Mäherposition eingetragen:
<syntaxhighlight lang="matlab" style="border: none; background-color: #EFF1C1; font-size:larger">
if Bumper==1
    Karte(nKartenPosNeu(1),nKartenPosNeu(2))  = nHindernis;
    mKarte(nKartenPosNeu(1),nKartenPosNeu(2)) = nHindernis; % Hindernisse nicht aus Karten löschen
else
    Karte(nKartenPosNeu(1),nKartenPosNeu(2)) = nArduMower; % Neue Position des Mähers markieren
end
</syntaxhighlight>
Anschließend werden die alten Mäherpositionen gemäß Anforderungen eingefärbt:
<syntaxhighlight lang="matlab" style="border: none; background-color: #EFF1C1; font-size:larger">
switch mKarte(nKartenPosAlt(1),nKartenPosAlt(2))
    case nNichtGemaeht
        Karte(nKartenPosAlt(1),nKartenPosAlt(2)) = nGemaeht;
    case nPerimeter
        Karte(nKartenPosAlt(1),nKartenPosAlt(2)) = nPerimeter;
    case nHindernis
        Karte(nKartenPosAlt(1),nKartenPosAlt(2)) = nHindernis;
    case nUnbekannt
        Karte(nKartenPosAlt(1),nKartenPosAlt(2)) = nUnbekannt;
end
</syntaxhighlight>
 
Abschließend wird der aktualisierte Inhalt der Karte dargestellt. Hierzu wird Inhalt (Bildmatrix) direkt über das Handle <code>hImg</code> aktualisiert.
<syntaxhighlight lang="matlab" style="border: none; background-color: #EFF1C1; font-size:larger">
set(hImg,'CData',Karte); % Karte aktualisieren
</syntaxhighlight>
 
== Komponententest ==
Da es sich bei dieser Entwicklung um die einer einzelnen Komponente handelt, schließt der Komponententest mit dem Testbericht die Entwicklung ab.
{| class="mw-datatable"
! style="font-weight: bold;" | ID
! style="font-weight: bold;" | Testfallbeschreibung
! style="font-weight: bold;" | Eingänge x,y,PosAlt,Ausrichtung,Karte,Bumper,Ultraschall,Perimeterschleife
! style="font-weight: bold;" | Erwartetes Ergebnis
! style="font-weight: bold;" | Testergebnis
! style="font-weight: bold;" | Testperson
! style="font-weight: bold;" | Datum
|-
| 1
| Der Mäher fährt kein Feld weiter.
| 0.1, 0.0, [0;0], 0, Karte, 0, 0, 1000
| Kein neues Feld wird blau markiert.
| OK
| Prof. Schneider
| 21.01.2018
|-
| 2
| Der Mäher fährt auf der Perimeterschleife.
| 0.6, 0.0, [0.3;0.0], 0, Karte, 0, 0, 1000
| Neues Feld wird blau markiert, altes Feld wird rot markiert.
| OK
| Prof. Schneider
| 21.01.2018
|-
| 3
| Der Mäher fährt ein Feld weiter.
| 0.3, 0.0, [0;0], 0, Karte, 0, 0, 1000
| Neues Feld wird blau markiert.
| OK
| Prof. Schneider
| 21.01.2018
|-
| 4
| Der Mäher trifft auf ein Hindernis.
| 34.0, 4.0, [33.7;4.0], 0, Karte, 1, 0, 1000
| Neues Feld wird magenta markiert, altes Feld wird hellgrün markiert.
| OK
| Prof. Schneider
| 21.01.2018
|-
| 5
| Das überschreitet die Perimeterschleife in unbekanntes Gebiet.
| 0.0, 3.0, [0.3;3.0], 0, Karte, 0, 0, 1000
| Neues Feld wird weiß markiert, altes Feld wird rot markiert.
| OK
| Prof. Schneider
| 21.01.2018
|-
| 6
| Das Fährt auf ungemähtem Rasen.
| 0.6, 0.6, [0.3;0.3], 0, Karte, 0, 0, 1000
| Neues Feld wird blau markiert, altes Feld wird hellgrün markiert.
| OK
| Prof. Schneider
| 21.01.2018
|-
| 6b
| Das Fährt auf gemähtem Rasen.
| 0.6, 0.6, [0.3;0.3], 0, Karte, 0, 0, 1000
| Neues Feld wird blau markiert, altes Feld wird hellgrün markiert.
| OK
| Prof. Schneider
| 21.01.2018
|-
| 7
| Der Mäher fährt mit fester Zykluszeit eine simulierte Mäanderfahrt.
| Mäander simuliert, *,*,*, 0, Karte, 0, 0, 1000
| Die Karte wird zyklisch aktualisiert.
| OK
| Prof. Schneider
| 21.01.2018
|-
| 8
| Einbindung des Matlab-Skriptes in Simulink.
| Mäander simuliert in Simulink
| Die Karte wird zyklisch aktualisiert.
| OK
| Prof. Schneider
| 21.01.2018
|-
| 9
| Test der Eingangsparameter
| Variation der Eingangsparameter
| Die Karte wird zyklisch gemäß Anforderungen aktualisiert.
| OK
| Prof. Schneider
| 21.01.2018
|-
| 10
| Test der Ausgangsparameter
| Variation der Eingangsparameter
| Die Karte wird zyklisch gemäß Anforderungen aktualisiert.
| OK
| Prof. Schneider
| 21.01.2018
|-
| 11
| Laufzeitmessung
| 0.3, 0.0, [0;0], 0, Karte, 0, 0, 1000
| Die Initialisierung muss 1s und die zyklische Darstellung muss 1ms unterschreiten.
| OK
| Prof. Schneider
| 21.01.2018
|-
| 12
| Kommentierung und Dokumentation entsprechen den Projektrichtlinien
| -
| Code Review, Artikel-Review
| OK
| Prof. Göbel
| 21.01.2018
|-
|}


Als Abschluss zeigt die letzte Abbildung dieses Artikels eine Ergebnisdarstellung einer mäanderfärmig simulierten Mähfahrt.
[[Datei:AnimierteKarte.gif |rechts|Abb. 4: Ergebnisdarstellung der Modellierung einer selbstlernenden Karte]]
== Zusammenfassung ==
Eine selbstlernende Karte wurde gemäß Anforderungen programmiert, getestet und dokumentiert. Als Ansteuerung wurde eine einfache Mäanderfahrt implementiert. Nun kann die [[ArduMower:_Mähstrategie|Mähstrategie]] anhand dieser Karte in Echtzeit visualisiert werden.


== Link zum Quelltext in SVN ==
== Link zum Quelltext in SVN ==
[https://svn.hshl.de/svn/Elektrotechnik_Fachpraktikum/trunk/Projekte/ArduMower/Ardumower_SS17/Software/Beispiele/TestKarte SVN: ArduMower Softwareprojekt]




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Version vom 3. Juni 2020, 14:45 Uhr

BILD EINFÜGEN Autorin: Lihui Liu


Einleitung

In der Simulation soll das Blinkersignal entsprechend Lastenheft angezeigt werden. Ziel dieses Themas ist die Steuerung der Lichtanlage gemäß §54 StVO.

Anforderungen

Im Lastenheft ...

Im Pflichtenheft ...


Funktionaler Systementwurf / Technischer Systementwurf

Komponentenspezifikation

Programmierung

Komponententest

Systemtest

Ergebnisse

Zusammenfassung

Link zum Quelltext in SVN

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