Kurzfassung

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Deutsche Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Auslesen der Daten eines Sick LMS 300 Laserscanners, der Auswertung, der Speicherung und schlieÿlich ihrer Visualisierung anhand zweier Microsoft Foundation Classes (MFC)-Anwendungen. Die Arbeit beinhaltet Informationen zur Konguration des Scanners, beschreibt die RS-232 und RS-422 Schnittstellen und zeigt dabei eine Möglichkeit diese miteinander zu vereinbaren. Weiters wird neben der Verarbeitung der Daten auf die MFC-Programmierung und die Möglich-

keiten der Visualisierung die dadurch zur Verfügung stehen, eingegangen.

Summary

This paper deals with the readout of the data of a Sick LMS 300 laserscanner, the analysis of the data, the storage and nally the visualization on the basis of two MFC-applications. The work includes information

about the conguration of the scanner, describes the RS-232 and the RS-422 interfaces, and shows a possibility to interlink the two interfaces. Furthermore, the work outlines the data processing and provides information about MFC-programming and the thus available possibilities of

visualization.

Bachelorarbeit Andreas Blassnig 2

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis   

Kurzfassung   2

Inhaltsverzeichnis   3

Abbildungsverzeichnis   4

Listings   5

Abk  ürzungsverzeichnis  6

Vorwort   7

1  Aufgabenstellung  8

2  Umsetzung  10

2.1  Vorgangsweise  10

2.2  Konguration des Scanners  10

2.2.1  Kongurieren der Schutz- und Warnfelder  11

2.3  Auslesen der Daten  11

2.3.1  Schnittstelle RS-422 und RS-232  11

2.3.2  Request Mode  14

2.3.3  Kontinuierliche Datenausgabe  15

2.4  Datenverarbeitung  15

2.4.1  Datenformat der Messdaten  17

2.4.2  Berechnungen  17

2.4.3  Speicherung der Daten  19

2.5  Visualisierung  21

2.5.1  MFC-Programmierung  21

2.5.2  Möglichkeiten der Visualisierung  30

2.5.3  Ausgabe der Daten am Bildschirm  34

2.6  Die MFC-Anwendungen  35

2.6.1  Anwendung für die kontinuierliche Datenausgabe  36

2.6.2  Die AICC-Status Anwendung  39

3  Ergebnisse und Zusammenfassung  45

Literatur  - und Quellenverzeichnis  47

Bachelorarbeit  Andreas Blassnig  3

Abbildungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1.1 Scanbereich des Laserscanners . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2 Schematische Darstellung des Scanvorganges . . . . . . . . 9

2.1 Kongurationsanschluss[Betr] . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2 Feldsatz bestehend aus Schutz- und Warnfeld [Betr] . . . . 11 2.3 Spannungspegel RS-232 [Schum] . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.4 RS-232 Verbindung zwischen dem Lasersensor und dem PC 14 2.5 Telegrammaufbau - kontinuierliche Datenausgabe [Tele] . . 15 2.6 AICC...Articial Intelligence Concept Car . . . . . . . . . 16 2.7 Das MM_TEXT Koordinatensystem[Pros] . . . . . . . . . 16 2.8 Koordinatensysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.9 Ausschnitt aus einem lesbaren Logle . . . . . . . . . . . . 20

2.10 Die MFC-Toolbox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.11 Button-Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.12 Check Box Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.13 Edit-Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.14 Edit Control zum Anzeigen von Daten . . . . . . . . . . . 24

2.15 Static Text Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.16 Slider Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.17 Klassen für GDI-Objekte [Buds] . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.18 Umschlieÿendes Rechteck [Msdn] . . . . . . . . . . . . . . 33

2.19 Edit-Control Ausgabefenster . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.20 Anwendung für die kontinuierliche Datenausgabe . . . . . 37

2.21 Linienplot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.22 Punktwolke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.23 Oberäche der AICC-Status Anwendung . . . . . . . . . . 40

2.24 Buttons zur Steuerung der Ansicht . . . . . . . . . . . . . 41

2.25 Skalierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

2.26 Landmarken und Position des Autos . . . . . . . . . . . . 43

2.27 Gegenüberstellung Foto/Visualisierung . . . . . . . . . . . 43

2.28 Laserscan mit Abbildung der Korridor-Funktion . . . . . . 44

2.29 Unterteilung Korridor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3.1 Konzept-Auto AICC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

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Listings

Listings

2.1 SetCommState . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.2 PolarToCartesian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.3 fprintf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.4 fwrite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.5 OnButtonClicked . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.6 DoDataExchange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.7 UpdateData() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.8 OnInitialUpdate() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.9 GetDlgItem() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.10 LidarThread . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.11 DECLARE_MESSAGE_MAP() . . . . . . . . . . . . . . 28

2.12 BEGIN_MESSAGE_MAP . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.13 OnCalculate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.14 OnDraw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.15 wingdi.h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.16 MoveTo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.17 LineTo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.18 Ellipse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.19 Rectangle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.20 TextOut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.21 Corners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.22 EditControl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.23 Button . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.24 OnDraw-App1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.25 OnBnClickedUdp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.26 OnBnClickedActivate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.27 OnDrawAiccStatus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

2.28 DataScaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

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Abkürzungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

AICC Articial Intelligence Concept Car . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 API Application Programming Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 CDS Conguration Device Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 COM Component Object Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 CRC Cyclic Redundancy Check . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 DC Device Content . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 DDX Dialog Data Exchange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 EIA Electronic Industries Alliance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 GDI Graphics Device Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 IPC Industrie-PC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 MFC Microsoft Foundation Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 OLE Object Linking and Embedding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 PC Personal Computer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 pDC pointer to Device Content . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 RANSAC Random Sample Consensus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 UDP User Datagram Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 UI User Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 URL Uniform Resource Locator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 WLAN Wireless Local Area Network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

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Vorwort

Vorwort

Ziel dieser Arbeit ist es, die abstrakten Daten eines Laserscanners in eine graphische bzw. visuell erfassbare Form zu bringen. Der Laserscanner der Firma Sick ist ein optischer Sensor, der seine Umgebung mit infraroten Laserstrahlen zweidimensional abtastet. Der S300 arbeitet nach dem Prinzip der Lichtlaufzeitmessung in einem Scanbereich ◦ (siehe Abbildung 1.1) und einer Winkelauösung von 0,5 ◦ [Betr]. von 270

Im Projekt Articial Intelligence Concept Car (AICC) dient der Laserscanner, neben der Notstopfunktion, die durch zwei Schaltausgänge des Scanners realisiert ist, zur Umfelderkennung und ist somit eine Grundlage zur Erreichung des primären Zieles des Projektes AICC, autonomes Fahren zu realisieren.

Die Informationsvisualisierung soll eine eektive Darstellung der Datenmuster und der darin enthaltenen Informationen ermöglichen. Das dadurch entstehende 2D-Abbild der Umgebung des Autos dient dem Zweck der Visualisierung der abstrakten Daten und soll dem Menschen und/oder dem Programmierer die Interpretation der Daten erleichtern.

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KAPITEL 1. AUFGABENSTELLUNG

1 Aufgabenstellung

Die Problemstellung besteht darin, die Daten des Laserscanners auszulesen, auszuwerten, zu speichern und zu visualisieren.

Der Scanner verfügt über eine RS-422 Schnittstelle um die Datensätze direkt auszulesen. Es musste eine Möglichkeit gefunden werden die Daten über eine RS-232 Schnittstelle einzulesen, da nur diese am verwendeten Industrie-PC (IPC) vorhanden ist (siehe Kapitel 2.3.1.2, S. 13).

Den gelieferten Abstandswerten des Scanners (der Scanbereich ist in Abbildung 1.1 ersichtlich) musste je nach Index ein entsprechender Winkel zugeordnet werden um die Daten in Form von Polarkoordinaten zur Verfügung zu haben. Diese können dann in das Kartesische Koordinatensystem umgerechnet werden (siehe Kapitel 2.4.2, S. 17). Die kartesischen Koordinaten werden unter anderem zur graphischen Ausgabe, der Visualisierung der Daten benötigt.

Um die Daten nicht nur momentan zur Verfügung zu haben musste eine Möglichkeit gefunden werden die einzelnen Datensätze zu speichern um sie zur nachträglichen Verarbeitung, Visualisierung und Analyse wieder abrufen zu können (siehe Kapitel 2.4.3, S. 19).

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KAPITEL 1. AUFGABENSTELLUNG

Aufgrund der Tatsache, dass der Mensch visuelle Inhalte einfacher aufnehmen kann, als abstrakte, musste eine Möglichkeit gefunden werden die Datensätze zu visualisieren um ein 2D-Abbild der Umgebung aus Sicht des Autos zu erhalten (siehe Abbildung 1.2).

Die automatisierte Auswertung und Visualisierung gröÿerer Datenmengen durch graphische Benutzeroberächen (siehe Kapitel 2.5.3, S. 34) erleichtert die Untersuchung und Interpretation der Daten [Bed].

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KAPITEL 2. UMSETZUNG

2 Umsetzung

2.1 Vorgangsweise

Es bestehen zwei Möglichkeiten die Daten des Scanners zu erfassen bzw. anzufordern. Der Scanner muss vorher auf die gewünschte Betriebsart konguriert werden.

• Die erste Möglichkeit ist der Request Mode (siehe Kapitel 2.3.2, S. 14), in dem die Messdaten durch den Hostrechner angefordert werden können. In diesem Modus werden die einzeln angeforderten Datensätze über die RS232-Schnittstelle in den Rechner eingelesen und entweder sofort, oder nach Umrechnung der Daten in kartesische Koordinaten, in einem File auf der Festplatte abgelegt.

• Die zweite Möglichkeit besteht darin, den Scanner auf kontinuierliche Datenausgabe (siehe Kapitel 2.3.3, S. 15) zu kongurieren. Dabei erfolgt die Ausgabe der Messdaten automatisch und kontinuierlich. Eine Speicherung der Daten wird in diesem Fall nicht vorgenommen. Jeder fertig empfangene Datensatz wird sofort in kartesische Koordinaten umgerechnet, die zur leichteren Darstellung in der, mithilfe der MFC erstellten, graphischen Oberäche benötigt werden.

Im Hintergrund wird bereits der nächste Datensatz eingelesen.

Ein Datensatz besteht aus 541 Abtastwerten, denen je ein Winkel zu-geordnet werden kann. Die einzelnen Polarkoordinaten werden in einem MFC-Programm in kartesische Koordinaten umgerechnet, um die Darstellung in einer FormView-Oberäche der MFC zu erleichtern.

2.2 Konguration des Scanners

Der Laserscanner wird mit Hilfe der Conguration Device Software (CDS) konguriert. Zur Konguration und Diagnose wird der Personal Computer

(PC) am Kongurationsanschluss (siehe Abbildung 2.1) des Scanners angeschlossen.

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