AF: Abstandssensorik (SenAbs)

Aus HSHL Mechatronik
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Autoren: Niklas Reeker & Oliver Scholze

Abb. 1: Darstellung der Primärsensors

Primärsensor

Die Infarotsensoren des autonomen Fahrzeugs sind von dem Hersteller Sharp, alle weiteren Informationen finden sie hier: Sharp_GP2Y0A41SK0F.

Messkette

Abb. 2: Darstellung der kompletten Messkette

Die Messkette erfolgt wie in Abb. 02. Das elektrische Signal von IR-Sensor wird vom ADC in ein digitales Signal gewandelt. Darauf folgt die Signalverarbeitung, die durch einen Filter für Signalspitzen und einen PT1 Tiefpassfilter realisiert wird. Nachdem das Signal bearbeitet ist, folgt eine Lookup Table. Diese wird anhand der Kennlinie im Datenblatt aufgestellt und dient zur Umwandlung digitaler Messwerte, welche eine Spannung repräsentieren, in ein Abstandsmaß, in diesem Fall Meter. Die genaue Messkatte kann im Kapitel Sensorblock - SenAbs nachverfolgt werden.

Systementwurf

Beschreiben Sie den technischer Systementwurf.

Einbauposition

Die genaue Position der Infrarotsensoren wird in der folgenden Tabelle dargestellt und lässt sich durch das Fahrzeugkoordinatensystem in Abb. 04 nachverfolgen:

Tabelle 1: Einbauposition der IR-Sensoren
IR_Sensor x-Position y-Position
xVR (rechts vorne) -7 cm -12 cm
xHR (rechts hinten) -36 cm -12 cm
yHR (hinten links) -42 cm 10 cm
yHL (hinten rechts) -42 cm -10 cm
Abb. 4: Lage und Bezeichnung der IR-Sensoren

Sensoranschlussplan (vgl. Abb. 3)

Abb. 3: Darstellung des Sensoranschlussplans

Der Sensoranschlussplan, welcher der Tabelle zu entnehmen ist, beschreibt die Pinbelegung des Sensors anhand der Farbe des Kabels. Des Weiteren werden die Anschlusspins der DSpace Karte aufgeführt die im nächsten Unterpunkt spezifiziert werden. Die Abbildung 03 beschreibt zusätzlich die Verbindung mit einem Arduino Uno, dies lässt sich jedoch auch auf den Anschluss am Fahrzeug und der DSpace Karte übertragen.


Tabelle 2: Sensoranschlussplan
PIN Farbe des Kabels Pin am Sensor DS1104-Pin
1 Gelb Sensor_IR_V0 ADCH5 … 8
2 Orange Sensor_IR_GND GND
3 Rot Sensor_IR_VCC '-0,3 V ... +7 V


Analoge Singalverarbeitung

Schnittstelle zur DS1104

  • Pinbelegung/Anschlussplan
  • ADU
Tabelle 3: Pinbelegung/Anschlussplan
Sensor Pin Belegung Farbe DS1104 ADC Sensorposition x/cm y/cm Signal
1 Ausgang Gelb 5 rechts vorne -7 -12 SenAbs_xVR_K_f64
1 Ausgang Gelb 6 rechts hinten -36 -12 SenAbs_xHR_K_f64
1 Ausgang Gelb 8 hinten links -42 10 SenAbs_yHL_K_f64
1 Ausgang Gelb 7 hinten rechts -42 -10 SenAbs_yHR_K_f64
2 Masse (GND) Schwarz
3 Versorgungsspannung VCC Rot

Sensorblock - SenAbs

Abb.: 00
Abb.: 00

Die Signalverarbeitung erfolgt ausschließlich im Block SEN.

In der Abbildung 00 zeigt Lage der SenAbs - Abstandssensorik (in grün markiert) abgebildet. Die ausgehenden Signale sind bis auf ein Signal, welches nicht markiert ist, von den Infrarotsensoren.
Die unteren Ausgangssignale haben die Bezeichnung SenAbs_LookUpxVR_f64, SenAbs_LookUypxHR_f64, SenAbs_LookUpyHR_f64 und SenAbs_LookUpxHL_f64. Diese werden nach dem Filter für Signalspitzen abgegriffen.
Die oberen Ausgangssignale sind die Messwerte umgewandelt in Meter und haben die Bezeichnungen SenAbs_xVR_K_f64 , SenAbs_xHR_K_f64, SenAbs_yHL_K_f64 und SenAbs_yHR_K_f64.

Die darauffolgende Abbildung zeigt die Signalverarbeitung im Block SenAbs - Abstandssensorik. Die Beschreibung findet sich in der nachfolgenden Tabelle:

Tabelle 2: Beschreibung der Simulink Blöcke
Simulink Block Farbmarkierung in Abb. 00 Funktion
DS1104ADC_C5 ... C8 rot Ist der Ausgang gewandelter analoger Signale in digitale Signale.
Infrarotsensor blau Vorfilterung des Messsignals zur Reduzierung von Signalspitzen.
PT1 grün Erneute Filterung des Messignals mithilfe eines Tiefpassfilters.
Lookup Table gelb Digitale Signale, welche eine Spannung repräsentieren, in ein Abstandsmaß (Meter) umwandeln.
Tabelle 3: Signalbezeichnungen vom Eingang bis Ausgang
IR_Sensor Signalfarbe ROT Signalfarbe BLAU Signalfarbe GRÜN Signalfarbe GELB
xVR ADC SenAbs_LookUpxVR_f64 In1 SenAbs_xVR_K_f64
xHR ADC SenAbs_LookUypxHR_f64 In1 SenAbs_xHR_K_f64
yHR ADC SenAbs_LookUpyHR_f64 In1 SenAbs_yHL_K_f64
yHL ADC SenAbs_LookUpxHL_f64 In1 SenAbs_yHR_K_f64

Sensorblock - SabXXX

Die Signale der Infrarotsensoren werden nicht durch Sensorblock - SAB - Signalaufbereitung verarbeitet und ist somit für diesen Artikel nicht relevant.

Praktische Aufgabe

  • Messen Sie jedes Signal in der Verarbeitungskette
  • Beispiel IR
    • Ausgang ADC/Eingang Infrarot VR
    • Ausgang Infrarot VR/Eingang PT1
    • Ausgang PT1/Eingang Lookup
    • SenAbs_xVR_K_f64
  • Zeichnen Sie Messung mit Referenz auf.
  • Beispiel IR
    • Funktionstest aller 4 Sensoren auf Referenzentfernung 15 cm
    • Kennlinientest eines Sensors auf die Referenzentfernungen 4 cm .. max. Reichweite
  • Konvertieren Sie die Daten in MATLAB®.
  • Stellen Sie für jeden Signalverarbeitungsblock Ein- und Ausgang einander gegenüber. Beschriften Sie die Signale entsprechend der Originalsignalnamen in Simulink.
  • Bewerten Sie die Funktion jedes Signalverarbeitungsblocks und tragen Sie Fehler in die LOP ein.
  • Erarbeiten Sie Lösungsvorschläge und besprechen Sie diese mit Prof. Schneider.
  • Setzen Sie die Lösungsvorschläge um und evaluieren Sie die Wirksamkeit.

Signalanalyse

Stellen Sie hier bitte die Signalanalyse dar.

Liste offener Punkte (LOP)

Tabelle 3: Liste offener Punkte (LOP)
# Problem Analyse Maßnahme Freigabe Wirksamkeit Dokumentation
1 SenAbs-Block ist schlecht kommentiert Signale benennen, Kommentare einfügen x
2 IR Abstand berechnen wird nicht verwendet Toter Code löschen x
3 FilterIRSpikes komplexer m-Code zu komplex Ersetzen durch Simulink-Median-Block x
4 PT1 Wozu dient der? löschen x
5 Knicks in Lookup-Table
6 Namensgebung yHR und xHR sind vertauscht Signale korrekt umbennen

Legende

  • Problem: Was genau ist das Problem? Wo tritt das Problem auf? Wie zeigt sich das Problem? Wann tritt das Problem auf? Warum ist es ein Problem?
  • Analyse: Was ist die Ursache des Problems?
  • Maßnahme: Maßnahme zur Beseitigung der identifizierten Ursache
  • Freigabe: Abstimmung der Maßnahme mit Prof. Schneider
  • Wirksamkeit: Beschreibung Nachweis Wirksamkeit (Dummy-Prüfung, Versuche, Kurzzeitfähigkeit, Kennzahlen, Audit, etc.)
  • Dokumentation: Doku der Lösung im HSHL-Wiki

Zusammenfassung

Alle Sensoren sind funktionsfähig.

Dokumentation in SVN

  • Link zu Messdaten
  • Link zur MATLAB®-Auswertung

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