Zielsetzung: Zusammenfassung: Realisierung der Bildübertragung

Institut für Automatisierungstechnik – Professur für Prozessdatenverarbeitung und Systemanalyse
Univ.-Prof. Dr.-Ing Klaus Krüger
Helmut-Schmidt-Universität
Kapitän zur See Qingfu Kong
Betreuer: Dipl.-Ing. Andrey Galochkin, Dipl.-Ing Dietrich Jeschke
Realisierung der Bildübertragung und der Motoransteuerung
für den Laborversuch „Autonomes Fahren“
Zielsetzung:
Diese Studienarbeit befasst sich mit autonomem Fahren. Sie betrifft einen Versuch, der zu Schauund Lehrzwecken konzipiert wurde. Die Aufgabe der Arbeit ist, das autonome Fahren mit Hilfe von
neuronalen Netzen am Beispiel einer Spielzeug-Rennbahn der Marke „Carrera“ zu realisieren. Ziel ist
es, dass ein Auto mit den am besten geeigneten Geschwindigkeiten und ausreichender Sicherheit die
ganze Rennbahn unabhängig von deren Aufbau durchfahren kann.
Zusammenfassung:
Die Arbeit kann in zwei Aufgabenfelder eingeteilt werden. Das erste Aufgabenfeld ist die
Übertragung des Kamerabildes vom Fahrzeug auf dem Zielrechner. Das zweite Aufgabenfeld
beinhaltet das Ansteuern des Fahrzeugmotors vom Zielrechner aus.
Informationsbeschaffung
Funkkamera und Sender
Fahrbahn
+
-
Motoransteuerung
Informationsübertragung
Verstärker
Empfänger
Ausgangsport der
DAQ-Karte
Informationsverarbeitung
Advantech
PCI-1711
DAQ-Karte
Matlab
Matlab
DAQ
Toolbox
Image
Acquisition
Toolbox
MATLAB
Hauppauge
WinTv Capture
Videokarte
Rechner
Abbildung 1: Versuchsaufbau
Beim Entwurf eines Regelungssystems spielt es eine sehr wichtige Rolle, die Eigenschaften des zu
regelnden Objekts zu analysieren. Nach der Darstellung des zu regelnden Objekts – einer
Spielzeugrennbahn der Marke „Carrera“ – wird eine Funkkamera Euro Tech LU811 Set als Sensor zur
Umgebungserfassung für den Versuch ausgewählt. Um die analogen Signale aus dem Empfänger in
digitale Signale umzuwandeln und zum Rechner zu übertragen, wird die Videokarte Hauppauge
WinTV Capture ausgesucht und zwischen dem Empfänger und dem Rechner verwendet. Mit Hilfe der
ausgewählten Programmierumgebung MATLAB werden die Bilder durch die Image-AcquisitionToolbox im Rechner erfolgreich aufgenommen und gespeichert.
Für das Ansteuern des Fahrzeugmotors vom Zielrechner aus wird das Steuersignal zunächst über die
Programmierumgebung MATLAB\Data-Acquisition-Toolbox eingestellt. Um dieses digitale
Steuersignal in analoges Signal umzuwandeln, wird eine PCI-1711 DAQ-Karte verwendet. Danach
wird ein Verstärker für die Verstärkung der Spannung und zur Realisierung des erforderlichen Stroms
eingesetzt. Dadurch kann der Gleichstrom-Motor des Wagens erfolgreich vom Zielrechner
angesteuert werden.
Ausblick:
Die Tests zeigen, dass die Entwürfe und Realisierungsmethode des Versuches grundsätzlich korrekt
sind. Aber es sind auch folgende Herausforderungen zu betrachten, zu denen weitere
Untersuchungen erforderlich sind.
(1) Einige Bilder enthalten nicht genügend Information über den Fahrbahnverlauf.
Um dieses Problem lösen zu können, müssen andere flankierende Maßnahmen verwendet werden.
Das Anbringen einer farbigen Bande entlang der ganzen Rennbahn wäre eine Lösungsmethode.
(2) Die Geschwindigkeit des Wagens erfassen.
Die Regelungsstrategie des Versuches ist es, geeignete Geschwindigkeiten entsprechend der
verschiedenen Situationen der Rennbahn vorzugeben. Deshalb ist die Geschwindigkeit des Wagens
ein sehr wichtiger Parameter. Aber bei der bereits aufgebauten Testanlage ist es sehr schwer, die
genaue Geschwindigkeit zu ermitteln. Um dieses Problem zu lösen, gibt es einige Möglichkeiten, z. B.
einen zusätzlichen Drehzahlmesser auf dem Wagen zu montieren, durch die Methode der
Bildverarbeitung die Geschwindigkeit zu bestimmen oder durch die Analyse von Strom und Spannung
am Motor die Geschwindigkeit zu berechnen. Die Frage, welche Möglichkeit ist für den Versuch am
günstigsten ist, muss durch weitere Untersuchungen zu beantwortet werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Aufgaben der Studienarbeit erfolgreich geschafft
wurden. Aber um ein autonomes Fahren beim Versuch zu realisieren, müssen in weiterer Arbeit noch
einige wesentliche Herausforderungen gelöst werden.