Versuchsprotokoll
Autor: Prof. Dr.-Ing. Schneider
Einleitung
Dieser Artikel beschreibt die förmlichen Erwartungen an die Dokumentation eines Versuchs (Versuchsprotokoll). Ein Versuchsprotokoll ermöglicht es ein durchgeführtes Experiment nachzuvollziehen und zu wiederholen. Das Protokoll muss sachlich formuliert und wie in Tabelle 1 beschrieben formatiert sein.
| # | Teil | Inhalt |
|---|---|---|
| Deckblatt | Versuch, Praktikum, Gruppe, Autor(en) und Datum | |
| 1 | Einleitung | Motivation des Versuchs: Warum führt man den Versuch durch? Was ist der Inhalt? Die Einleitung sollte dabei kurz und prägnant sein und die Motivation des Versuches gut wiedergeben. Hier können auch theoretische Grundlagen erläutert werden: Relevante Modelle, Gesetze, Definitionen, Wichtige Formeln (mit Erklärung der Größen), Annahmen und Vereinfachungen. |
| 2 | Versuchsaufbau | Beschreibung der verwendeten Geräte und Materialien. Zeigen Sie bspw. Stückliste, Schaltung/Anschlussplan und analysieren Sie ggf. die Schaltung. |
| 3 | Versuchsdurchführung | Die Durchführung des Versuches sollte schrittweise, bewertungsfrei, klar, deutlich und reproduzierbar formuliert werden. Dabei sollte Ihren Aufbau auf dem Breadboard mit einem Foto ggf. mit Beschriftung gezeigt werden, die einzelnen Schritte der Durchführung wiedergegeben und die aufzunehmenden Messdaten genannt werden. Dabei sind oft Skizzen/Fotos hilfreicher als viele Worte. Die Durchführung sollte nachher für jedermann nachvollziehbar und verständlich sein. |
| 4 | Versuchsbeobachtung | Darstellung der Messwerte ohne Analyse. |
| 5 | Auswertung | Im Auswertungsteil sollen die Messungen ausgewertet werden. Wichtig ist auch eine graphische Darstellung der Messwerte/-ergebnisse, sowie eine gute sichtbare Hervorhebung des Endergebnisses. |
| 6 | Diskussion | Im Diskussionsteil sollen die gewonnen Ergebnisse aus der Auswertung diskutiert werden. Auch kann man den Versuch hinsichtlich der Ergebnisse bewerten und mögliche Fehlerquellen nennen. Dieser Teil dient somit dem Einordnen der Ergebnisse,
sowie konstruktiver Kritik. |
| 7 | Lessons Learned | Reflektieren Sie knapp, was Sie im Versuch gelernt haben. |
Hinweis: Hier folgt ein Minimalbeispiel für ein Versuchsprotokoll. Bitte dokumentieren Sie ausführlicher und umfassender.
Deckblatt
| Autor: | Prof. Ulrich Schneider |
| Praktikum: | Fachpraktikum Mechatronik, MTR |
| Gruppe: | MTR 1 |
| Datum: | 09.10.2020 |
| Versuch 2: | Rapid-Control-Prototyping mit Arduino: Abstandsmessung mit Sharp IR |
1. Einführung
Thema/Fragestellung: Messung der Entfernung mit dem Sensor Sharp GP2-0430K
Hypothese: Die Entfernung lässt sich im Bereich von 4 cm bis 50 cm fehlerfrei messen.
| # | Anzahl | Material |
|---|---|---|
| 1 | 1 | PC mit MATLAB/Simulink R2022b |
| 2 | 1 | Sensor Sharp GP2-0430K |
| 3 | 1 | Arduino Uno R3 |
| 4 | 1 | Streckbrett |
| 5 | 5 | Jumper Kabel, männlich/männlich, 20 cm |
2. Versuchsaufbau
Der Versuchsaufbau wird durch einen Schaltplan (Abb. 1), Anschlussplan (Abb. 2) und Foto des Aufbaus (Abb. 3) mit Beschriftung dokumentiert.
3. Versuchsdurchführung
Das Modell zur Datenverarbeitung wurde gemäß Abb. 4 in Simulink aufgebaut. Die Messdaten wurden aufgezeichnet. Ein Video der Versuchsdurchführung findet sich hier.
Modelleinstellungen: Arduino Uno, Solver: Fixed-step, discrete, Abtastrate: 0,001 s
4. Versuchsbeobachtung
Das Signal des Sensors weist neben Rauschen alle 40 ms systematische Ausreisser auf (vgl. Abb. 5, rote Kurve).
5. Auswertung
Die Messhypothese wurde verworfen. Der Sensor weist systematische Messwertausreisser auf.
Die Ausreisser lassen sich mit einem Signalfilter eliminieren. Hierzu eignet sich ein Rangordnungsfilter (z. B. Median-Filter). Das Filter wird hierzu auf eine Fensterbreite von 30 Werten eingestellt. Das zufriedenstellende Filterergebnis für statische Werte zeigt Abb. 5 als blaue Kurve. Es konnte mit dynamische Werten verifiziert werden (vgl. Abb. 6).
6. Diskussion
Das Datenblatt ([2, S. 6]) belegt die Messungen und bezeichnet die Messausreisser als "instabile Ausgabe" für maximal 5 ms alle 40 ms. Mit 50 Werten erhöht sich die Filterwirkung, es entsteht jedoch ein Delay von 10 ms. Mit 10 Werten ist die Filterwirkung zu gering.
7. Lessons Learned
In diesem Praktikum konnte das Arbeiten mit modellbasierter Entwicklung mit Simulink vertieft werden. Die aus der Vorlesung Sensortechnik bekannte Funktion des Abstandssensors konnte in der Praxis umgesetzt werden. Für die Fehlerbehandlung konnte das Median-Filter erfolgreich angewendet werden, welches in der Vorlesung Digitale Signal- und Bildverarbeitung behandelt wurde. Die Umrechnung in cm erfolgte über eine Wertetabelle mit linearer Interpolation. Dieses Verfahren war aus der Messtechnik bekannt.
Nützliche Links
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