Beschleunigungssensor mit Matlab/Simulink - Versionsgeschichte

Julia Averesch: /* Zusammenfassung & Ausblick */

2018-06-28T20:19:33Z

Zusammenfassung & Ausblick

← Nächstältere Version		Version vom 28. Juni 2018, 20:19 Uhr
Zeile 317:		Zeile 317:
	== Zusammenfassung & Ausblick ==		== Zusammenfassung & Ausblick ==

	Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Beschleunigungssensor über NXT ausgelesen werden konnte und zur einfacheren Betrachtung die Neigung genauer untersucht wurde. Die ausgelesenen Sensordaten weisen eine sehr große Spannweite auf und es lässt sich keine Regelmäßigkeit in den gemessenen Sensordaten feststellen, die die unterschiedlichen Abweichungen bei den Messarten erklären würde. Im Weiteren könnte genauer untersucht werden, wieso sich unterschiedliche Messdaten bei den unterschiedlichen Messarten ergeben. In einem zweiten Schritt kann eine Versuchsvorrichtung gebaut werden, ~~damit~~ für eine Beschleunigungsmessung ebenfalls Referenzdaten ~~vorhanden sind~~. Diese beiden Punkte wurden aus Zeitmangel nicht mehr beachtet und könnten im Nachgang noch untersucht werden.		Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Beschleunigungssensor über NXT ausgelesen werden konnte und zur einfacheren Betrachtung die Neigung genauer untersucht wurde. Die ausgelesenen Sensordaten weisen eine sehr große Spannweite auf und es lässt sich keine Regelmäßigkeit in den gemessenen Sensordaten feststellen, die die unterschiedlichen Abweichungen bei den Messarten erklären würde. Im Weiteren könnte genauer untersucht werden, wieso sich unterschiedliche Messdaten bei den unterschiedlichen Messarten ergeben. In einem zweiten Schritt kann eine Versuchsvorrichtung gebaut werden, um für eine Beschleunigungsmessung ebenfalls Referenzdaten zu bekommen. Diese beiden Punkte wurden aus Zeitmangel nicht mehr beachtet und könnten im Nachgang noch weiter untersucht werden.

	== Lessons Learned ==		== Lessons Learned ==

Julia Averesch: /* Zusammenfassung & Ausblick */

2018-06-28T20:18:22Z

Zusammenfassung & Ausblick

← Nächstältere Version		Version vom 28. Juni 2018, 20:18 Uhr
Zeile 317:		Zeile 317:
	== Zusammenfassung & Ausblick ==		== Zusammenfassung & Ausblick ==

			Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Beschleunigungssensor über NXT ausgelesen werden konnte und zur einfacheren Betrachtung die Neigung genauer untersucht wurde. Die ausgelesenen Sensordaten weisen eine sehr große Spannweite auf und es lässt sich keine Regelmäßigkeit in den gemessenen Sensordaten feststellen, die die unterschiedlichen Abweichungen bei den Messarten erklären würde. Im Weiteren könnte genauer untersucht werden, wieso sich unterschiedliche Messdaten bei den unterschiedlichen Messarten ergeben. In einem zweiten Schritt kann eine Versuchsvorrichtung gebaut werden, damit für eine Beschleunigungsmessung ebenfalls Referenzdaten vorhanden sind. Diese beiden Punkte wurden aus Zeitmangel nicht mehr beachtet und könnten im Nachgang noch untersucht werden.

	== Lessons Learned ==		== Lessons Learned ==

Julia Averesch: /* Darstellung der Ergebnisse */

2018-06-28T20:01:44Z

Darstellung der Ergebnisse

← Nächstältere Version		Version vom 28. Juni 2018, 20:01 Uhr
Zeile 311:		Zeile 311:
	Dem NXT Brick selber wird bereits vom Sensor ein digitaler Wert übergeben, sodass auch der NXT Brick keinen so großen und unterschiedlichen systematischen Fehler verursachen kann.		Dem NXT Brick selber wird bereits vom Sensor ein digitaler Wert übergeben, sodass auch der NXT Brick keinen so großen und unterschiedlichen systematischen Fehler verursachen kann.

	Die Fehlerquelle des systematischen Fehlers kann daher nur in der internen Signalverarbeitung des Sensors sein. Komisch ist, dass kein gleichbleibender Fehler zu erkennen ist, sondern ein mit Änderung der Messart unterschiedlich ~~ausgepräger~~ Fehler.		Die Fehlerquelle des systematischen Fehlers kann daher nur in der internen Signalverarbeitung des Sensors sein. Komisch ist, dass kein gleichbleibender Fehler zu erkennen ist, sondern ein mit Änderung der Messart unterschiedlich ausgeprägter Fehler. Durch den komplexen Aufbau des Sensors konnte dort keine Fehlerquellen gefunden werden.

	Die Messunsicherheit und das Vertrauensintervall bei jeder Messart wurde in der nebenstehenden Abbildung dargestellt.		Die Messunsicherheit und das Vertrauensintervall bei jeder Messart wurde in der nebenstehenden Abbildung dargestellt.

Julia Averesch: /* Darstellung der Ergebnisse */

2018-06-28T19:59:48Z

Darstellung der Ergebnisse

← Nächstältere Version		Version vom 28. Juni 2018, 19:59 Uhr
Zeile 303:		Zeile 303:

	In der Messtechnik werden Fehler in zufällige und systematische Fehler gegliedert. Die zufälligen Fehler lassen sich dabei durch die Messunsicherheit bzw. das Vertrauensintervall abbilden. In der Tabelle sind die Messunsicherheit und das Vertrauensintervall angegeben und es lässt sich erkennen, dass diese sich lediglich auf die dritte bzw. bei zwei Messungen auf die zweite Nachkommastelle auswirken. Die zufälligen Fehler sind daher fast zu vernachlässigen.		In der Messtechnik werden Fehler in zufällige und systematische Fehler gegliedert. Die zufälligen Fehler lassen sich dabei durch die Messunsicherheit bzw. das Vertrauensintervall abbilden. In der Tabelle sind die Messunsicherheit und das Vertrauensintervall angegeben und es lässt sich erkennen, dass diese sich lediglich auf die dritte bzw. bei zwei Messungen auf die zweite Nachkommastelle auswirken. Die zufälligen Fehler sind daher fast zu vernachlässigen.
	Der systematische Fehler dagegen ist sehr groß und schwankt je nach Messart. In der oben dargestellten Tabelle sollte eigentlich bei allen Messungen ein Wert um die 200 ~~herauskommen~~, also die Erdbeschleunigung. Bei den Messungen wurde lediglich die Neigung untersucht und nicht die Beschleunigung. Dafür wurde der Sensor in eine Vorrichtung gespannt und nicht bewegt. Die größte Abweichung von der eigentlichen Erdbeschleunigung beträgt 6,5 % bei einem nach unten gerichteten Sensor.		Der systematische Fehler dagegen ist sehr groß und schwankt je nach Messart. In der oben dargestellten Tabelle sollte eigentlich bei allen Messungen ein Wert um die 200, also die Erdbeschleunigung herauskommen. Bei den Messungen wurde lediglich die Neigung untersucht und nicht die Beschleunigung. Dafür wurde der Sensor in eine Vorrichtung gespannt und nicht bewegt. Die größte Abweichung von der eigentlichen Erdbeschleunigung beträgt 6,5 % bei einem nach unten gerichteten Sensor.

	[[Datei:Vertrauensintervall.jpg \|mini\|300px\| Darstellung des Vertrauensintervalls des Sensors bei verschiedenen Messarten.]]		[[Datei:Vertrauensintervall.jpg \|mini\|300px\| Darstellung des Vertrauensintervalls des Sensors bei verschiedenen Messarten.]]

Julia Averesch: /* Darstellung der Ergebnisse */

2018-06-28T19:58:35Z

Darstellung der Ergebnisse

← Nächstältere Version		Version vom 28. Juni 2018, 19:58 Uhr
Zeile 302:		Zeile 302:
	=== Darstellung der Ergebnisse ===		=== Darstellung der Ergebnisse ===

	In der Messtechnik werden Fehler in zufällige und systematische Fehler gegliedert. Die zufälligen Fehler lassen sich dabei durch die Messunsicherheit bzw. das Vertrauensintervall abbilden. In der Tabelle sind die Messunsicherheit und das Vertrauensintervall angegeben und es lässt sich erkennen, dass diese sich lediglich auf die dritte Nachkommastelle auswirken. Die zufälligen Fehler sind daher fast zu vernachlässigen.		In der Messtechnik werden Fehler in zufällige und systematische Fehler gegliedert. Die zufälligen Fehler lassen sich dabei durch die Messunsicherheit bzw. das Vertrauensintervall abbilden. In der Tabelle sind die Messunsicherheit und das Vertrauensintervall angegeben und es lässt sich erkennen, dass diese sich lediglich auf die dritte bzw. bei zwei Messungen auf die zweite Nachkommastelle auswirken. Die zufälligen Fehler sind daher fast zu vernachlässigen.
	Der systematische Fehler dagegen ist sehr groß und schwankt je nach Messart. In der oben dargestellten Tabelle sollte eigentlich bei allen Messungen ein Wert um die 200 herauskommen, also die Erdbeschleunigung. Bei den Messungen wurde lediglich die Neigung untersucht und nicht die Beschleunigung. Dafür wurde der Sensor in eine Vorrichtung gespannt und nicht bewegt. Die größte Abweichung von der eigentlichen Erdbeschleunigung beträgt 6,5 % bei einem nach unten gerichteten Sensor.		Der systematische Fehler dagegen ist sehr groß und schwankt je nach Messart. In der oben dargestellten Tabelle sollte eigentlich bei allen Messungen ein Wert um die 200 herauskommen, also die Erdbeschleunigung. Bei den Messungen wurde lediglich die Neigung untersucht und nicht die Beschleunigung. Dafür wurde der Sensor in eine Vorrichtung gespannt und nicht bewegt. Die größte Abweichung von der eigentlichen Erdbeschleunigung beträgt 6,5 % bei einem nach unten gerichteten Sensor.

Julia Averesch: /* Digitale Signalverarbeitung */

2018-06-28T19:53:01Z

Digitale Signalverarbeitung

← Nächstältere Version		Version vom 28. Juni 2018, 19:53 Uhr
Zeile 128:		Zeile 128:
	<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:Horizontal_Sensor_Neu.jpg\|mini\|ohne\|x250px\| Messung der Neigung bei horizontaler Anordnung des Sensors ohne Filter.]]</div>		<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:Horizontal_Sensor_Neu.jpg\|mini\|ohne\|x250px\| Messung der Neigung bei horizontaler Anordnung des Sensors ohne Filter.]]</div>

	Die ausgegebenen Signale des Sensor über den NXT an das Simulationsprogramm Matlab weisen ein Rauschen auf. Der Sensor wurde dazu horizontal auf den Tisch gestellt und die Werte aufgenommen. Auf Grund des Rauschens ~~wurde~~ die Sensordaten im Weiteren mit einem Tiefpass gefiltert.		Die ausgegebenen Signale des Sensor über den NXT an das Simulationsprogramm Matlab weisen ein Rauschen auf. Der Sensor wurde dazu horizontal auf den Tisch gestellt und die Werte aufgenommen. Auf Grund des Rauschens wurden die Sensordaten im Weiteren mit einem Tiefpass gefiltert.

	Schaltungen, die auf ein frequenzunabhängiges Übertragungsverhalten ausgelegt sind, werden als Filter bezeichnet. ~~Sie können das~~ Eingangssignal in einer gewünschten Art, je nach Filter umgeformt werden ~~und~~ besitzen so vielfache Anwendungsmöglichkeiten in der Signalverarbeitung. Im Allgemein wird zwischen vier Grundtypen von Filtern unterschieden: der Tiefpass, Hochpass, Bandpass und der Sperrfilter. Die Filter können durch konzentrierte Bauelemente wie Spule und Kondensator realisiert werden. In unserem Fall wurde der Tiefpassfilter verwendet, um das Rauschen der Sensordaten zu minimieren. Ein Tiefpassfilter lässt alle Signalanteile mit einer Frequenz unterhalb der Grenzfrequenz passieren. Die Signalanteile oberhalb dieser Grenzfrequenz werden blockiert <ref name="Filter"> RuhrUni Bochum moodle: Filter. - Letzter Aufruf: 20.06.2018 https://moodle.ruhr-uni-bochum.de/m/mod/wiki/view.php?pageid=1236#toc-2 </ref>.		Schaltungen, die auf ein frequenzunabhängiges Übertragungsverhalten ausgelegt sind, werden als Filter bezeichnet. Das Eingangssignal kann so in einer gewünschten Art, je nach Filter umgeformt werden. Filter besitzen so vielfache Anwendungsmöglichkeiten in der Signalverarbeitung. Im Allgemein wird zwischen vier Grundtypen von Filtern unterschieden: der Tiefpass, Hochpass, Bandpass und der Sperrfilter. Die Filter können durch konzentrierte Bauelemente wie Spule und Kondensator realisiert werden. In unserem Fall wurde der Tiefpassfilter verwendet, um das Rauschen der Sensordaten zu minimieren. Ein Tiefpassfilter lässt alle Signalanteile mit einer Frequenz unterhalb der Grenzfrequenz passieren. Die Signalanteile oberhalb dieser Grenzfrequenz werden blockiert <ref name="Filter"> RuhrUni Bochum moodle: Filter. - Letzter Aufruf: 20.06.2018 https://moodle.ruhr-uni-bochum.de/m/mod/wiki/view.php?pageid=1236#toc-2 </ref>.

	Als Tiefpassfilter in Matlab wurde das Demo-Programm bzw. die Funktion "Tiefpass" von Hr. Schneider aus dem 2. Fachsemester aus der Veranstaltung "Moderne Tracking Systeme" verwendet.		Als Tiefpassfilter in Matlab wurde das Demo-Programm bzw. die Funktion "Tiefpass" von Hr. Schneider aus dem 2. Fachsemester aus der Veranstaltung "Moderne Tracking Systeme" verwendet.
Zeile 136:		Zeile 136:


	Als Auflösung eines Sensors wird der kleinste unterscheidbare Schritt am Ausgang also in der Anzeige bezeichnet <ref name="Auflösung"> Carl-Enger-Schule Karlsruhe(2008): Formelsammlung Messtechnik. - Letzter Aufruf: 20.06.2018 http://www.carl-engler-schule.de/culm/culm/culm2/th_messtechnik/systeme/messgrundlagen1-3.pdf </ref>. Bei unserem Sensor ist die Auflösung eine Beschleunigungsabstufung von 0,005 g, also 0,049 m/s² <ref name="Auflösung Sensor"> Berns,K. und Schmidt, D.(2010): Programmierung mit LEGO Mindstorms NXT. Springer-Verlag. - Letzter Aufruf: 20.06.2018 https://books.google.de/books?id=YR4kBAAAQBAJ&pg=PA56&lpg=PA56&dq=Funktionsweise+nxt+beschleunigungssensor&source=bl&ots=G7KNwyf9NA&sig=y42Ep4bMCVQSncs5D8zoUdmoZmw&hl=de&sa=X&ved=0ahUKEwj3zLTtqb_bAhWBLhQKHTGPC58Q6AEINjAB#v=onepage&q=Funktionsweise%20nxt%20beschleunigungssensor&f=false</ref>. Die Auflösung hängt ebenfalls vom eingesetzten AD-Wandler ab. In unserem Falle wird ein 10-Bit Wandler verwendet. Es gibt demnach 10 Binärstellen und demnach 2^10 also 1024 unterschiedlich Digitalsignale <ref name="Auflösung"> http://www.carl-engler-schule.de/culm/culm/culm2/th_messtechnik/systeme/messgrundlagen1-3.pdf </ref>. Zusätzlich wird das höherwertige Bit auf dem NXT genutzt um das Vorzeichen zu definieren. Bei einer 1 ist es negativ, bei einer ~~null~~ bzw. wenn ~~nicht~~ davor steht ist es positiv.		Als Auflösung eines Sensors wird der kleinste unterscheidbare Schritt am Ausgang also in der Anzeige bezeichnet <ref name="Auflösung"> Carl-Enger-Schule Karlsruhe(2008): Formelsammlung Messtechnik. - Letzter Aufruf: 20.06.2018 http://www.carl-engler-schule.de/culm/culm/culm2/th_messtechnik/systeme/messgrundlagen1-3.pdf </ref>. Bei unserem Sensor ist die Auflösung eine Beschleunigungsabstufung von 0,005 g, also 0,049 m/s² <ref name="Auflösung Sensor"> Berns,K. und Schmidt, D.(2010): Programmierung mit LEGO Mindstorms NXT. Springer-Verlag. - Letzter Aufruf: 20.06.2018 https://books.google.de/books?id=YR4kBAAAQBAJ&pg=PA56&lpg=PA56&dq=Funktionsweise+nxt+beschleunigungssensor&source=bl&ots=G7KNwyf9NA&sig=y42Ep4bMCVQSncs5D8zoUdmoZmw&hl=de&sa=X&ved=0ahUKEwj3zLTtqb_bAhWBLhQKHTGPC58Q6AEINjAB#v=onepage&q=Funktionsweise%20nxt%20beschleunigungssensor&f=false</ref>. Die Auflösung hängt ebenfalls vom eingesetzten AD-Wandler ab. In unserem Falle wird ein 10-Bit Wandler verwendet. Es gibt demnach 10 Binärstellen und demnach 2^10 also 1024 unterschiedlich Digitalsignale <ref name="Auflösung"> http://www.carl-engler-schule.de/culm/culm/culm2/th_messtechnik/systeme/messgrundlagen1-3.pdf </ref>. Zusätzlich wird das höherwertige Bit auf dem NXT genutzt um das Vorzeichen zu definieren. Bei einer 1 ist es negativ, bei einer Null bzw. wenn nichts davor steht ist es positiv.



	Nach DIN1319-1 ist die Empfindlichkeit eines Sensors die Änderung des Wertes der Ausgangsgröße bezogen auf die verursachende Änderung der Werte der Eingangsgröße <ref name="Empfindlichkeit"> Micro-epsilon.de: Empfindlichkeit. - Letzter Aufruf: 20.06.2018 https://www.micro-epsilon.de/service/glossar/Empfindlichkeit.htmlf </ref>. Die Empfindlichkeit des Beschleunigungssensor ist im Datenblatt angegeben. Der Sensor ist auf eine Versorgungsspannung von 3,3 V kalibriert, aber die betriebliche Stromversorgung liegt bei 2,4 bis 3,6 V. Die Empfindlichkeit ist mit einer Versorgungsspannung von 3,3 V und 25°C gemessen worden und beläuft sich auf die 3,3 V geteilt durch 5, also 0,66 ~~beim~~ Versorgungsspannung von 3,3 V. Die Empfindlichkeit hat ein Minimum und Maximum bei 0,66 +- 5 % <ref name="Datenblatt"> ST.com: Datenblatt des Beschleunigungsmessers (LIS344ALH). - Letzter Aufruf: 20.06.2018 http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/datasheet/59/4c/43/66/c7/4d/4b/db/CD00182781.pdf/files/CD00182781.pdf/jcr:content/translations/en.CD00182781.pdf </ref>.		Nach DIN1319-1 ist die Empfindlichkeit eines Sensors die Änderung des Wertes der Ausgangsgröße bezogen auf die verursachende Änderung der Werte der Eingangsgröße <ref name="Empfindlichkeit"> Micro-epsilon.de: Empfindlichkeit. - Letzter Aufruf: 20.06.2018 https://www.micro-epsilon.de/service/glossar/Empfindlichkeit.htmlf </ref>. Die Empfindlichkeit des Beschleunigungssensor ist im Datenblatt angegeben. Der Sensor ist auf eine Versorgungsspannung von 3,3 V kalibriert, aber die betriebliche Stromversorgung liegt bei 2,4 bis 3,6 V. Die Empfindlichkeit ist mit einer Versorgungsspannung von 3,3 V und 25°C gemessen worden und beläuft sich auf die 3,3 V geteilt durch 5, also 0,66 bei einer Versorgungsspannung von 3,3 V. Die Empfindlichkeit hat ein Minimum und Maximum bei 0,66 +- 5 % <ref name="Datenblatt"> ST.com: Datenblatt des Beschleunigungsmessers (LIS344ALH). - Letzter Aufruf: 20.06.2018 http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/datasheet/59/4c/43/66/c7/4d/4b/db/CD00182781.pdf/files/CD00182781.pdf/jcr:content/translations/en.CD00182781.pdf </ref>.

Julia Averesch: /* Digitale Signalverarbeitung */

2018-06-28T19:48:55Z

Digitale Signalverarbeitung

← Nächstältere Version		Version vom 28. Juni 2018, 19:48 Uhr
Zeile 128:		Zeile 128:
	<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:Horizontal_Sensor_Neu.jpg\|mini\|ohne\|x250px\| Messung der Neigung bei horizontaler Anordnung des Sensors ohne Filter.]]</div>		<div class="tright" style="clear:none">[[Datei:Horizontal_Sensor_Neu.jpg\|mini\|ohne\|x250px\| Messung der Neigung bei horizontaler Anordnung des Sensors ohne Filter.]]</div>

	Die ausgegebenen Signale des Sensor über den NXT an das Simulationsprogramm Matlab weisen ein Rauschen auf. Der Sensor wurde dazu horizontal auf den Tisch gestellt und die Werte aufgenommen. Auf Grund des Rauschens wurde die Sensordaten im ~~weiteren~~ mit einem Tiefpass gefiltert.		Die ausgegebenen Signale des Sensor über den NXT an das Simulationsprogramm Matlab weisen ein Rauschen auf. Der Sensor wurde dazu horizontal auf den Tisch gestellt und die Werte aufgenommen. Auf Grund des Rauschens wurde die Sensordaten im Weiteren mit einem Tiefpass gefiltert.

	Schaltungen, die auf ein frequenzunabhängiges Übertragungsverhalten ausgelegt sind, werden als Filter bezeichnet. Sie können das Eingangssignal in einer gewünschten Art, je nach Filter umgeformt werden und besitzen so vielfache Anwendungsmöglichkeiten in der Signalverarbeitung. Im Allgemein wird zwischen vier Grundtypen von Filtern unterschieden: der Tiefpass, Hochpass, Bandpass und der Sperrfilter. Die Filter können durch konzentrierte Bauelemente wie Spule und Kondensator realisiert werden. In unserem Fall wurde der Tiefpassfilter verwendet, um das Rauschen der Sensordaten zu minimieren. Ein Tiefpassfilter lässt alle Signalanteile mit einer Frequenz unterhalb der Grenzfrequenz passieren. Die Signalanteile oberhalb dieser Grenzfrequenz werden blockiert <ref name="Filter"> RuhrUni Bochum moodle: Filter. - Letzter Aufruf: 20.06.2018 https://moodle.ruhr-uni-bochum.de/m/mod/wiki/view.php?pageid=1236#toc-2 </ref>.		Schaltungen, die auf ein frequenzunabhängiges Übertragungsverhalten ausgelegt sind, werden als Filter bezeichnet. Sie können das Eingangssignal in einer gewünschten Art, je nach Filter umgeformt werden und besitzen so vielfache Anwendungsmöglichkeiten in der Signalverarbeitung. Im Allgemein wird zwischen vier Grundtypen von Filtern unterschieden: der Tiefpass, Hochpass, Bandpass und der Sperrfilter. Die Filter können durch konzentrierte Bauelemente wie Spule und Kondensator realisiert werden. In unserem Fall wurde der Tiefpassfilter verwendet, um das Rauschen der Sensordaten zu minimieren. Ein Tiefpassfilter lässt alle Signalanteile mit einer Frequenz unterhalb der Grenzfrequenz passieren. Die Signalanteile oberhalb dieser Grenzfrequenz werden blockiert <ref name="Filter"> RuhrUni Bochum moodle: Filter. - Letzter Aufruf: 20.06.2018 https://moodle.ruhr-uni-bochum.de/m/mod/wiki/view.php?pageid=1236#toc-2 </ref>.

Julia Averesch: /* Digitale Signalverarbeitung */

2018-06-28T19:47:53Z

Digitale Signalverarbeitung

← Nächstältere Version		Version vom 28. Juni 2018, 19:47 Uhr
Zeile 100:		Zeile 100:
	Zur Signalverarbeitung mit Matlab wurden die RWTH Toolbox verwendet und die darin enthaltenden Funktionen genutzt. Matlab sollte vorbereitet werden und alle vorherigen NXT Ports und Handlungen geschlossen werden, damit die NXT Verbindung neu aufgerufen werden kann. Der NXT-Eingang wird als global definiert und der Sensor initialisiert, indem man angibt an welchem Eingang der entsprechende Sensor am NXT Brick angeschlossen ist. In einer Schleife werden 1000 Messwerte aufgenommen und jeweils in einem Array abgespeichert und in Laufzeit ausgegeben. Nach Durchlaufen der Schleife wird der Sensoreingang und die komplette NXT Verbindung wieder geschlossen.		Zur Signalverarbeitung mit Matlab wurden die RWTH Toolbox verwendet und die darin enthaltenden Funktionen genutzt. Matlab sollte vorbereitet werden und alle vorherigen NXT Ports und Handlungen geschlossen werden, damit die NXT Verbindung neu aufgerufen werden kann. Der NXT-Eingang wird als global definiert und der Sensor initialisiert, indem man angibt an welchem Eingang der entsprechende Sensor am NXT Brick angeschlossen ist. In einer Schleife werden 1000 Messwerte aufgenommen und jeweils in einem Array abgespeichert und in Laufzeit ausgegeben. Nach Durchlaufen der Schleife wird der Sensoreingang und die komplette NXT Verbindung wieder geschlossen.

	Die mit diesem Matlab-Code gemessene Beschleunigung ist in den nebenstehenden Abbildungen gezeigt. Einmal ohne die Anwendung eines Filters und eine zweite mit Anwendung eines Tiefpass-~~Filers~~. Die Funktion des Filters wird im Weiteren erläutert.		Die mit diesem Matlab-Code gemessene Beschleunigung ist in den nebenstehenden Abbildungen gezeigt. Einmal ohne die Anwendung eines Filters und eine zweite mit Anwendung eines Tiefpass-Filters. Die Funktion des Filters wird im Weiteren erläutert.

Julia Averesch: /* Digitale Signalverarbeitung */

2018-06-28T19:47:27Z

Digitale Signalverarbeitung

← Nächstältere Version		Version vom 28. Juni 2018, 19:47 Uhr
Zeile 98:		Zeile 98:
	Die digitale Signalverarbeitung wird sensorintern durchgeführt (wie in den vorherigen Schritten zur Signalbearbeitung erläutert) und mit Hilfe eines NXT Bricks an den PC gesendet und mit Matlab digital weiterverarbeitet. Der nebenstehende Programmablaufplan soll den Ablauf des in Matlab gestarteten Programms visualisieren. Der konkrete Matlab-Code ist im SVN-Ordner hinterlegt.		Die digitale Signalverarbeitung wird sensorintern durchgeführt (wie in den vorherigen Schritten zur Signalbearbeitung erläutert) und mit Hilfe eines NXT Bricks an den PC gesendet und mit Matlab digital weiterverarbeitet. Der nebenstehende Programmablaufplan soll den Ablauf des in Matlab gestarteten Programms visualisieren. Der konkrete Matlab-Code ist im SVN-Ordner hinterlegt.

	Zur Signalverarbeitung mit Matlab wurden die RWTH Toolbox verwendet und die darin enthaltenden Funktionen genutzt. Matlab sollte vorbereitet werden und alle vorherigen NXT Ports und Handlungen geschlossen werden, damit die NXT Verbindung neu aufgerufen werden kann. Der NXT-Eingang wird als ~~Global~~ definiert und der Sensor initialisiert, indem man angibt an welchem Eingang der entsprechende Sensor am NXT Brick angeschlossen ist. In einer Schleife werden 1000 Messwerte aufgenommen und jeweils in einem Array abgespeichert und in Laufzeit ausgegeben. Nach ~~durchlaufen~~ der Schleife wird der Sensoreingang und die komplette NXT Verbindung wieder geschlossen.		Zur Signalverarbeitung mit Matlab wurden die RWTH Toolbox verwendet und die darin enthaltenden Funktionen genutzt. Matlab sollte vorbereitet werden und alle vorherigen NXT Ports und Handlungen geschlossen werden, damit die NXT Verbindung neu aufgerufen werden kann. Der NXT-Eingang wird als global definiert und der Sensor initialisiert, indem man angibt an welchem Eingang der entsprechende Sensor am NXT Brick angeschlossen ist. In einer Schleife werden 1000 Messwerte aufgenommen und jeweils in einem Array abgespeichert und in Laufzeit ausgegeben. Nach Durchlaufen der Schleife wird der Sensoreingang und die komplette NXT Verbindung wieder geschlossen.

	Die mit diesem Matlab-Code gemessene Beschleunigung ist in den nebenstehenden Abbildungen gezeigt. Einmal ohne die Anwendung eines Filters und eine zweite mit Anwendung eines Tiefpass-Filers. Die Funktion des Filters wird im Weiteren erläutert.		Die mit diesem Matlab-Code gemessene Beschleunigung ist in den nebenstehenden Abbildungen gezeigt. Einmal ohne die Anwendung eines Filters und eine zweite mit Anwendung eines Tiefpass-Filers. Die Funktion des Filters wird im Weiteren erläutert.

Julia Averesch: /* Signalvorbereitung */

2018-06-28T19:43:22Z

Signalvorbereitung

← Nächstältere Version		Version vom 28. Juni 2018, 19:43 Uhr
Zeile 67:		Zeile 67:
	Auf der Hauptplatine des Sensors lässt sich neben dem Beschleunigungsmesser noch ein Microchip erkennen, in dem die gemessenen Signale vorverarbeitet werden.		Auf der Hauptplatine des Sensors lässt sich neben dem Beschleunigungsmesser noch ein Microchip erkennen, in dem die gemessenen Signale vorverarbeitet werden.

	Auf dem Microcontroller werden die gemessenen analogen Daten verarbeitet. Dafür kommt die im nebenstehenden Bild gezeigte vereinfachte Schaltung zum Einsatz. Die analogen Eingänge teilen sich die Verbindung mit dem digitalen Eingang, sodass auf der Pinseite eine in Sperrrichtung vorgespannte ESD-Schutzdiode eigesetzt werden muss. Der analoge Eingang sollte daher immer zwischen Vss und Vdd liegen. Wenn die Eingangsspannung um mehr als 0,6 V abweicht ist eine der Dioden vorgespannt und es kann zu einem Latch up kommen. Als Latch up wird der Übergang eines Halbleiterbauelements in einen niederohmigen Zustand verstanden, der bei fehlenden Schutzmaßnahmen zu einem Kurzschluss führen kann. Für die analogen Quellen wird eine max. Quellenimpedanz von 10 kOhm empfohlen. Des Weiteren sollte jeder externen Komponente, die mit einem Eingangspin wie einem Kondensator, einen sehr geringen Leckstrom aufweisen, um die eingeführte Ungenauigkeit zu minimieren.		Auf dem Microcontroller werden die gemessenen analogen Daten verarbeitet. Dafür kommt die im nebenstehenden Bild gezeigte vereinfachte Schaltung zum Einsatz. Die analogen Eingänge teilen sich die Verbindung mit dem digitalen Eingang, sodass auf der Pinseite eine in Sperrrichtung vorgespannte ESD-Schutzdiode eigesetzt werden muss. Der analoge Eingang sollte daher immer zwischen den positiven Versorgungsspanungen Vss und Vdd liegen. Wenn die Eingangsspannung um mehr als 0,6 V abweicht ist eine der Dioden vorgespannt und es kann zu einem Latch up kommen. Als Latch up wird der Übergang eines Halbleiterbauelements in einen niederohmigen Zustand verstanden, der bei fehlenden Schutzmaßnahmen zu einem Kurzschluss führen kann. Für die analogen Quellen wird eine max. Quellenimpedanz von 10 kOhm empfohlen. Des Weiteren sollte jeder externen Komponente, die mit einem Eingangspin wie einem Kondensator, einen sehr geringen Leckstrom aufweisen, um die eingeführte Ungenauigkeit zu minimieren.

	=== Analog - Digital - Umsetzer ===		=== Analog - Digital - Umsetzer ===