AF: Abstandssensorik (SenAbs)

Autoren: Niklas Reeker & Oliver Scholze

Primärsensor

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

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

Sensoranschlussplan (vgl. Abb. 3)

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

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	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 wird 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
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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