ArduMower: Perimeterschleife

Autoren: Phillip Blunck, Marius Schaffer

Betreuer: Prof. Schneider, Prof. Göbel

Aufgabe

Integration des Leitrahtes und des Leitdrahtempfängers

Verarbeitung des Signals am Empfänger

Einleitung

Eine Perimeterschleife ist wie ein virtueller Zaun, der den Roboter stoppt, sobald er sich asußerhalb der Schleife befindet. Man installiert die Perimterschleife am Rand eines zu mähenden Feldes und sendet mit dem Sender ein Signal hindurch, welches wiederum von dem Empfänger im Roboter erkannt wird. Umso näher der Roboter der Peimterschleife kommt, umso kleiner ist die Entfernung zischen der Perimeterschleife und dem Empfänger. Folglich ist die Signalstärke umso größer, wenn sich der ArduMower nah an der Perimeterschleife befindet. Bei überschreiten der Perimeterschleife ändert sich die Polarität des Signals. Ist der ArduMower innerhalb der Perimterschleife empfängt er ein positives Signal und ist der ArduMower außergalb der Perimeterschleife, so ist das Signal negativ.

Verwendete Bauteile

• Verwendete Bauteile

Funktionsweise

Sender mit Perimterschleife

Allgemein besteht der Aufbau der Permiterschleife aus dem Sender, der direkt mit der eigentlichen Perimerterschleife verbunden ist und der Perimterschleife.

1. Der Sender erzeugt ein Ausgangssignal mithilfe eines Arduino Nano(mit 3kHz)

2. Das Signal wird mithilfe eines Motortreibers verstärkt und und am Ausgang mit der Perimeterschleife verbunden

Empfänger

Als Gegenstück zum Senderaufbau ist ein Empfänger in dem ArduMower untergebracht. Der Sender funktioniert nach einem bestimmten Prinzip:

1. Eine Spule empfängt das Signal

2. Das empfangene Singal wird mit Hilfe eines Operationsverstärkers verstärkt

3. Der Arduino wandelt das Singal mit Hilfe des AD Wandlers in ein digitales Signal

4. Das digitale Signal wird mit einem Digitalfilter gefiltert

5. Der matched Filter gibt den entsprechenden wert aus, ob sich ArduMower innerhalb oder außerhalb befindet

Das Ausgangssignal wird durch das Umgebungsrauschen so gestört, sodass das Signal nur noch sehr schlecht interpretiert werden kann. Aus diesem Grund sendet der Sender das ausgewählte digitale Signal, welches oben in der Abbildung 3 zu sehen ist. Diese Signal wird mit dem Umgebungsrauschen überlagert und muss nun gefiltert werden. Dies wird mit dem Matched-Filter gemacht. Nach Anwenden des Matched Filters erhält man ein Signal, was entweder Pieks ins Positive oder Negative zur Folge hat. Anhand dieses Ergebnisses lässt sich einfach bestimmen, ob sich der ArduMower innerhalb oder außerhalb der Perimeterschleife befindet.

Projektdurchführung / Versuchsaufbau

Zur Intbetriebenahme der Perimeterschleife wurde ein Versuchsaufbau aufgestellt. In der Abbildung 1 ist der Testaufbau zu sehen. Als Ersatz für den Akku wird ein Netzgerät verwendet, welches eine Spannung von 24V an die Sendermodul liefert. Am Anschluss an die 24V Spannung befindet sich im Sendermodul ein Stromsensor Bord. Anschließend wird mithilfe eines DC-DC Spannungswandlers die Spannung von 24V auf rund 10V umgewandelt. Ein Arduino Nano erzeugt dann ein festgelegtes Signal, welches von in der Abbildung 3 zu sehen ist. Zuletzt wird das erzeugte Signal mithilfe eines Motortreibers verstärkt und über den Ausgang an die Perimeterschleife weitergegeben.

Der Empfänger wird im ArduMower mit dem Arduino an der Hauptplatine betrieben. In unserem Testaufbau dient ein Arduino Mega als Spannungsquelle für den Empfänger und auf dem Oszilloskop ist das Empfangene Signal zu erkennen. Das Signal ist jedoch noch ungefiltert und muss noch mit dem Matched Filter gefiltert werden.

Signal außerhalb und innerhalb der Perimterschleife

In der Abbildung 4 ist einmal das Signal innerhalb und außerhalb der Perimeterschleife zu erkennen.

Bilder!!

Meilensteine

Erledigt

- Erstinbetriebnahme des Senders und Empfängers

- Test mit 13,3 Ohm und 10 Ohm Widerständen

- Sichtprüfung der Perimeterschleife

- Verarbeitung der Perimeterdaten

- Softwareverarbeitungsplan

Ausstehend

+ Matlab Simulation

+ Software Umsetzung mit Simulink

+ Perimeterschleife reparieren

+ Perimeterschleife neu verlegen

Software

Das Signal, welches am Empfänger erkannt wird, soll mithilfe eines Matched-Filters gefiltert werden und anschließend interpretiert werden. Hierzu wird ein bestimmter Schwellwert ins Positive und ins negative festgelegt. Wird dieser Wert überschritten, sendet das Programm an die Fahrstrategie, ob sich der ArduMower innerhalb oder außerhalb der Perimeterschleife befindet. Diese Software soll mithilfe von Matlab/Simulink umgesetzt werden.