Geschwindigkeitsüberwachung

Autoren: Alexander Lips, Melanie Luncke
Betreuer: Prof. Schneider

Abb.1: Front-, Seiten- und Draufsicht des Aufbaus

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Einleitung

Im Rahmen der Veranstaltung "Angewandte Elektrotechnik" innerhalb des Masterstudiengangs "Business and Systems Engineering" wird durch die Studierenden ein semesterbegleitendes Projekt im Bereich der Mikrocontroller durchgeführt.

Hierbei werden anhand eines praktischen Beispiels Kenntnisse in der Ansteuerung unterschiedlicher Sensoren und Aktuatoren durch einen Mikrocontroller, sowie der damit verbundenen Verarbeitung und Auswertung der Sensordaten vermittelt.

Im folgenden Projekt soll eine Geschwindigkeitsüberwachung mittels eines Ultraschallsensors/ Lichtschranken realisiert werden.

Analog zur Funktionsweise der Geschwindigkeitsüberwachung im Straßenverkehr, wird die Geschwindigkeit eines vorbeirollenden Modellautos gemessen, angezeigt und bewertet.

Die Geschwindigkeit des Modellautos kann hierbei auf einem LCD Display oder einer 7-Segment-Anzeige abgelesen werden. Zusätzlich wird bei einer überhöhten Geschwindigkeit ein visueller Hinweis durch eine rote LED getätigt.

Neben der Geschwindigkeitsüberwachung findet ebenfalls eine Kontrolle unterschiedlicher Ampelphasen statt. Die Geschwindigkeitsüberwachung soll neben einer Modellbau Ampel positioniert werden um sowohl die Geschwindigkeit als auch den Regelverstoß prüfen zu können. Falls das Fahrzeug über eine "rote Ampel" fährt, wird der Regelverstoß durch einen visuellen Hinweis mittels einer weiteren LED gekennzeichnet.

Anforderungen

Entwurf eines mechatronischen Systems für die Geschwindigkeitsmessung eines Objektes:

1) Geschwindigkeitsermittlung:

1. Die Geschwindigkeit v des Modellautos muss auf einem definierten Streckenabschnitt mittels eines Ultraschallsensors und zwei Lichtschranken ermittelt werden.
2. Die Geschwindigkeit v des Autos muss visuell auf einem LCD-Display dargestellt werden.
3. Eine Überschreitung der vorgegebenen Maximalgeschwindigkeit v > v_max muss visuell über eine LED dargestellt werden.

2) Ampelverstoß:

1. Ein Ampelverstoß liegt vor, wenn das Auto bei "rot" die Lichtschranke unterbricht und muss über eine LED visuell dargestellt werden.

3) Die Fahrzeugbewegung wird mit einem Konstante-Beschleunigung-Modell modelliert und die Zustände Position, Geschwindigkeit Beschleunigung werden mittels Zustandsschätzer (Kalman-Filter) geschätzt.

Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf

Abb.2: Funktionaler Systementwurf - Geschwindigkeitsüberwachung

Abb.2: Programmablaufplan - Geschwindigkeitsüberwachung

Komponentenspezifikation

Für die Projektdurchführung werden folgende Komponenten benötigt:

ID	Komponente	Aufgabe	Ersteller	Datum
001	Mikrocontroller	Regler	Lips, Luncke	30.10.2020
002	Ultraschallsensor	Geschwindigkeits- bzw. Abstandsmessung	Lips, Luncke	30.10.2020
003	Ampel	Signaldarstellung (rot, gelb, grün)	Lips, Luncke	30.10.2020
004	Lichtschranke	Objekterkennung bei Ampelkreuzung	Lips, Luncke	30.10.2020
005	LED	Aufleuchten bei rotem Ampelsignal und Unterbrechung der Lichtschranke, Aufleuchten bei Geschwindigkeitsüberschreitung	Lips, Luncke	30.10.2020
006	Modellauto	Messobjekt	Lips, Luncke	30.10.2020
007	LCD Display	Geschwindigkeitsanzeige	Lips, Luncke	30.10.2020

Abb.4: Ampel

Abb.5: Ultraschallsensor

Abb.6: Arduino Uno

Umsetzung (HW/SW)

• Hardware

1. Bild Versuchsaufbau

• Software

1. Ausschnitt aus Matlab

Komponententest

Die Funktionsweise der Komponenten aus der Komponentenspezifikation wurde einzeln getestet. Bei Eintritt der gewünschten Funktionsweise der einzelnen Komponenten wurden mehrere Komponenten gemeinsam auf ihre Funktionalität geprüft.

Weblinks

1. Ampel-Bild
2. Ultraschallsensor-Bild
3. Arduino Uno-Bild

Literatur

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