MTR Sensortechnik - Ultraschall

Aus HSHL Mechatronik
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Abb. 1: Ultraschallsensor HC-SR04
Dozent: Prof. Dr.-Ing. Schneider
Modul Mechatronik, Antriebs- und Sensortechnik (Wahlpflichtprofil „Systems Design Engineering“), Wintersemester
Modulbezeichnung: MTR-B-2-5.12
Modulverantwortung: Ulrich Schneider
Lehrveranstaltung: Sensortechnik
Lektion: 6: Analoge Sensoren zur Messung von Weg und Winkel - Ultraschall
Wiki-Fachartikel: Ultraschallsensor HC-SR04


☑️ Aufgaben

Bearbeiten Sie alle Aufgaben und sichern Sie Ihre Ergebnisse in SVN.

Aufgabe 1: Ultraschall Entfernungsmessung

Mit den Ultraschallsensor HC-SR04, einem Arduino Mikrocontroller und Simulink soll eine Entfernung in cm gemessen werden.

  1. Messen Sie die Entfernung auf ein statisches Ziel in den Entfernungen 5 cm, 10 cm, 15 cm, 20 cm und 25 cm.
  2. Speichern Sie das Ergebnis in der Datei Messung.mat.

Arbeitsergebnis in SVN: USMessung.slx, USMessung.mat

Aufgabe 2: Charakterisieren Sie die Ultraschall Messwerte

  1. Analysieren Sie die Funktion Ihres Ultraschallsensors anhand Ihrer Messwerte in Messung.mat mit MATLAB®. Verwenden Sie die Kriterien in Tabelle 1.
  2. Beantworten Sie die Fragen fachlich fundiert anhand Ihrer Messdaten als Kommentar im Quelltext:
    1. Welchen Messbereich hat der Sensor?
    2. Welche Werteauflösung hat der Sensor?
    3. Welche max. Abtastrate hat der Sensor?
    4. In welchem Bereich ist der Sensor am empfindlichsten?
    5. Mit welcher Unsicherheit (1 σ) lässt sich eine glatte Fläche bestimmen?
Tabelle 1: Ultraschall Sensorcharakterisierung
Messgröße Formelzeichen Ergebnis
Messbereich MB Darstellung im MATLAB®-Command Window
Zeitauflösung at Darstellung als MATLAB®-Plot
Werteauflösung as Darstellung als MATLAB®-Plot
Empfindlichkeit E Darstellung als MATLAB®-Plot
Unsicherheit σ Darstellung als MATLAB®-Plot

Arbeitsergebnis in SVN: charakterisiereUSSensor.m

Aufgabe 3: Filterung in Simulink

  1. Welches Fehlerbild weist der Ultraschallsensor auf?
  2. Implementieren und parametrieren Sie ein Filter für das Fehlerbild.
  3. Stellen Sie die gefilterten und ungefilterten Messwerte in einem Plot einander gegenüber.
  4. Bewerten Sie Ihr Ergebnis qualitativ und quantitativ für statische Messungen.
  5. Wurde der Sensorfehler behoben?

Arbeitsergebnis in SVN: USMessung.slx

Nützliche MATLAB®-Befehle und Funktionen

Tabelle 2: Nützliche MATLAB®-Befehle und Funktionen
Befehl Beschreibung
abs Betrag
berechneEntfernung Umrechnung Digitalwort in Enfernung für den Sharp IR Entfernungssensor
diff Differenz
load laden von Messdaten
mean arithmetischer Mittelwert
medfilt1 Median
std empirische Standardabweichung


Sammlung nützlicher MATLAB-Befehle

Error

Error:MAT-file logging supported only for Arduino Due, Arduino MKR1000, Arduino MKR WiFi 1010, Arduino MKRZero, Arduino Nano 33 IoT, ESP32-WROOM-DevKitC(38 pin), ESP32-WROOM-DevKitV1(30 pin), ESP32-WROOM-DevKitV1(36 pin) and ESP32WROVERModuleBoard boards. To disable MAT-file logging, select 'Configuration Parameters > Code Generation > Interface > Advanced parameters' and clear the 'MAT-file logging' option.



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