Arduino: Programmier-Challenge I WS 25/26 - Gruppe B

Aus HSHL Mechatronik
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Abbildung 1: SHARP IR GP2Y0A21YK0F
Autor: Prof. Dr.-Ing. Schneider
Modul: Praxismodul I
Lektion 7: Mechatronik, Informatikpraktikum, 1. Semester
Gruppe: Inf1P_B
Datum: 13.11.2025, 12:00 Uhr
Bearbeitungsdauer: 60 Minuten


Inhalt

Diese Programmier-Challenge dient als Lernzielkontrolle und semesterbegleitende Abschlussprüfung. Im Termin erhalten Sie eine Herausforderung, die Sie in einem festen Zeitrahmen als Team oder Einzelperson lösen. Das Ergebnis dieser Challenge wird in SVN gesichert und anschließend bewertet. Inhaltlich ist die Aufgabe eine Mischung der vorangegangenen Lektionen 1-6. Sie haben Zugriff auf Ihre Quellen in SVN sowie die Demos.


Vorbereitung

  • Die Programmier-Challenge verbindet die Lektionen 1-6.
  • Als Vorbereitung könnten Sie sich die Lektionen 1 bis 6 noch einmal ansehen.
  • Üben Sie das Planen der Software mit dem PAP-Designer. Bereiten Sie sich ein Template für die Arduino Programmierung vor.
  • Nutzen Sie die Funktionen aus den vorherigen Lektionen. Schreiben Sie nicht alles neu. Wenden Sie das Gelernte an.
  • Machen Sie sich mit der Anstauerung des Ampelmoduls vertraut.

Einleitung

Sie haben den Auftrag eine Abstandsmessung mit Alarm-LED, Trendanzeige und Mittelwertbildung zu entwickeln. Ein Arduino misst mit einem Sharp IR-Entfernungssensor kontinuierlich den Abstand zu einem Objekt. Die Messwerte werden analysiert und in verschiedene Funktionen umgesetzt. Entwickeln Sie einen Prototyp mit Ihrem Arduino-Baukasten. Die Anforderungen an Ihr System sind in Tabelle 1 aufgeführt.


Anforderungen

Tabelle 1: Anforderungen an die Software
Req. Beschreibung Priorität
1 Der Sharp-IR-Sensor muss die Entfernung zum Reflektor messen. 1
2 Die Messdaten müssen mittels Lookup-Tabelle in cm umgerechnet werden. 1
3 Die letzten 10 Messwerte in cm müssen in einem Array (FIFO) gespeichert werden. Aus diesen Messwerten muss der gleitenden Mittelwert berechnet werden. 1
4 Eine Ampel signalisiert den Status der Messwerte.
  • Eine rote LED zeigt an, wenn der aktuelle Abstand unter 15 cm liegt („Alarm – zu nah!“).
  • Eine grüne LED zeigt an, wenn der Abstand stabil ist (Abweichung der letzten 10 Werte < 1 cm).
  • Eine gelbe LED blinkt, wenn der Abstand schnell größer wird (Differenz zwischen aktuellem und vorigem Wert > 2 cm).
 1
5 Der Taster löst eine Testmessung aus. 1
6 Der Taster wird via Interrupt eingelesen und entprellt. 1
7 Mit jedem Tastendruck wird der aktuelle, kleinste, größte Wert und Mittelwert des Arrays im seriellen Monitor ausgegeben. 1


Beispiel für Req. 7

--------------------------------
Messwert: 5cm
Kleinster Wert: 5cm
Größter Wert: 20cm
Mittelwert: 15cm

Stückliste

Tabelle 1: Benötigtes Material
Anzahl Bezeichnung
1 Arduino Uno R3
1 Sharp IR-Sensor GP2Y0A21YK
1 Ampelmodul
1 Taster
1 Steckbrett
div. Verbindungskabel

Durchführung

Aufgabe 7.1

Planen Sie Ihre Software mittels Programmablaufplan (PAP).

Das PAP soll über folgeden Eigenschaften verfügen:

  • Bezug zum Programm
  • Header (Autoren, Gruppe, Datum, Funktion,...)
  • erläuternde Kommentare und
  • eine verständliche Funktionsbeschreibung

Sichern Sie das Zustandsdiagramm in dern ersten 15 Minuten der Challenge in SVN.

Arbeitsergebnis: Abstandsmessung.pap

Aufgabe 7.2

Setzen Sie die geplante Software 1:1 mit der Arduino IDE um. Das Programm muss die Anforderungen in Tabelle 1 erfüllen.

Arbeitsergebnis: Abstandsmessung.ino

Aufgabe 7.3

Testen Sie, ob Ihre Software die Anforderungen in Tabelle 1 erfüllt.

Tabelle 2: Testprotokoll
Req. Testergebnis: bestanden/nicht bestanden Geprüft von Prof. Schneider
1
2
3
4
5
6
7

Arbeitsergebnis: Testprotokoll

Aufgabe 7.4

Dokumentieren Sie Ihre Ergebnisse nachhaltig in SVN.

  • Halten Sie die Regeln für den Umgang mit SVN ein.
  • Sichern Sie alle Ergebnisse mit einem aussagekräftigen Text (log-message) in SVN.
  • Halten Sie die Programmierrichtlinie für C ein.
  • Versehen Sie jedes Programm mit einem Header (Header Beispiel für C).
  • Kommentiere Sie den Quelltext umfangreich.
  • Sichern Sie Ihre Ergebnisse in Ordnern (z. B. Inf1P_A1\Termin_07\Aufgabe_07_1).

Arbeitsergebnis in SVN: SVN Log

Hinweise

  • Erbringen Sie eine Eigenleistung. Plagiate werden mit 0 Punkten bewertet.
  • Gehen Sie systematisch vor Planung → Umsetzung → Test → Dokumentation.

Bewertung

Tabelle 3: Bewertungskriterien für die Prüfung
# Aufgabe Punkte
7.1 Qualität der Planungsdaten
Bezug zum Programm 0,5
Header (Autoren, Datum, Funktion,...) 0,5
Erläuternde Kommentare 0,5
Verständliche Funktionsbeschreibung 1
7.2 Umsetzung des PAP
Header (Autoren, Datum, Funktion,...) 0,5
Erläuternde Kommentare 0,5
Einhalten der Programmierrichtlinien 0,5
1:1 Umsetzung der Planung 1
7.3 Test der Anforderungen
1-7 (je 0,5, s. Tabelle 2) 3,5
7.4 Umgang mit SVN 0,5
Ordner angelegt 0,5
Aussagekräftige Log-Messages 0,5
Summe: 10

Zeitvorschlag

Tabelle 4: Vorschlag für die Zeiteinteilung
Uhrzeit Aufgabe
12:00 Einführung
12:15 Prüfungsstart mit PAP (7.1)
12:30 PAP Abgabe (7.1) & Umsetzung (7.2)
13:15 Anforderungen prüfen (7.3) & Commit in SVN (7.4)
13:30 Prüfungsende



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