BSE AngInf - SoSe24 - Digitale Signalverarbeitung mit Simulink: Unterschied zwischen den Versionen

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| '''Modulbezeichnung:''' || BSE-M-2-1.09
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== Aufgabe 3.1: Entfernungsmessung mit dem Sharp GP2-0430K ==
== Aufgabe 3.1: Entfernungsmessung mit dem Sharp GP2-Y0A41SK0F  ==
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| <strong>Tabelle 1: Materialliste&thinsp;</strong>
| <strong>Tabelle 1: Materialliste&thinsp;</strong>
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| 1  || 1|| PC mit MATLAB/Simulink R2022b
| 1  || 1|| PC mit MATLAB/Simulink R2022b
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| 2  || 1 || Sensor Sharp GP2-0430K
| 2  || 1 || [[Sharp_GP2Y0A41SK0F|Sensor Sharp GP2-Y0A41SK0F]]
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| 3  || 1 || Arduino Uno R3
| 3  || 1 || [[Arduino:_Ampelmodul|Ampelmodul]]
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| 4  || 1 || [[Arduino|Arduino Uno R3]]
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| 4 || 1 || Streckbrett
| 5 || 1 || [[Steckbrett]]
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| 5 || 5 || Jumper Kabel, männlich/männlich, 20 cm
| 6 || 5 || Jumper Kabel, männlich/männlich, 20 cm
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# Lesen Sie die Entfernung des Ultraschallsensors ein.
# Lesen Sie die Entfernung des IR-Sensor ein.
<!--# Messen Sie auf ein feststehenden Ziel im Abstand von 20&thinsp;cm. Bestimmen Sie die Messunsicherheit Typ C nach GUM und geben Sie das komplette Messergebnis an. -->
<!--# Messen Sie auf ein feststehenden Ziel im Abstand von 20&thinsp;cm. Bestimmen Sie die Messunsicherheit Typ C nach GUM und geben Sie das komplette Messergebnis an. -->
# Filtern Sie das Messignal, um Messfehler zu eliminieren. Programmieren Sie hierzu ein rekursives Tiefpassfilter als <code>MATLAB Function</code>.  
# Filtern Sie das Messignal, um Messfehler zu eliminieren. Programmieren Sie hierzu ein rekursives Tiefpassfilter als <code>MATLAB Function</code>.  
# Nutzen Sie das Ampelmodul, um die Entfernung von Objekten gemäß Tabelle 1 anzuzeigen.
# Nutzen Sie das Ampelmodul, um die Entfernung von Objekten gemäß Tabelle 1 anzuzeigen.
# Erfüllen Sie die Anforderungen an die Software in Tabelle 1.
{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
|+ style = "text-align: left"|Tabelle 1: Anforderungen an die Software
|+ style = "text-align: left"|Tabelle 1: Anforderungen an die Software
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! Req.  !! Beschreibung !! Priorität
! Req.  !! Beschreibung !! Priorität
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| 1  || x ≥ 1&thinsp;m: grün || 1
| 1  || Messung der Entfernung mittels Sharp IR-Sensor || 1
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| 2  || 0,5&thinsp;m < x < 1&thinsp;m: gelb || 1
| 2  || Messbereich: 4\,cm bis 30\,cm || 1
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| 3  || x ≤ 0,5&thinsp;m: rot || 1
| 3  || Aufzeichnung, Analyse und verzugsfreie Filterung der Messwerte <math>U_{raw}</math>. || 1
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| 4  || Stellen Sie in einem Scope in demselben Graph die ungefilterten Werte <math>U_{raw}</math> dem Filterergebnis <math>U_{filt}</math> gegenüber dar.|| 1
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
|-
| <strong>Nützliche Links&thinsp;</strong>
| 5  || Die Kennlinie des Infrarotsensors ist nichtlinear. Kalibrierung für den Messbereich mittels Regressionskurve für den Arbeitsbereich.|| 1
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| 6  || Referenzmessung der Abstandsmessung im Arbeitsbereich mit Gliedermaßstab.|| 1
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| 7  || x ≥ 0,3&thinsp;m: gelb || 1
|-
| 8  || 0,04&thinsp;m < x < 0,3&thinsp;m: grün || 1
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| 9  || x ≤ 0,04&thinsp;m: rot || 1
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|-
| [[Sharp_GP2Y0A41SK0F| Wiki-Artikel: Sharp GP2Y0A41SK0F]]
|}
|}


== Aufgabe 3.2: Kühlschrank-Wächter mit LDR ==
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
| <strong>Tabelle 1: Materialliste&thinsp;</strong>
| <strong>Lernzielkontrollfragen&thinsp;</strong>
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{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
|+ style = "text-align: left"|
|+ style = "text-align: left"|  
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! # !! Anzahl !! Material
| 1 || Wie funktioniert der IR-Sensor (Sharp 0A41SK) technisch? Wie funktioniert der Primärsensor?
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| 1 || 1 || PC mit MATLAB/Simulink R2022b
| 2 || Welche Leistungsmerkmale hat der Sensor?
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| 2 || 1 || aktiver oder passiver Lautsprecher
| 3 || Wie schließen Sie einen Infrarotsensors über das Breadboard an den Arduino an.
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| 3  || 1 || Arduino Uno R3
| 4 || Welcher systematische Fehler tritt beim Infrarotsensor auf? Stellen Sie einen Bezug zum Datenblatt her.
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| 4 || 1 || Streckbrett
| 5 || Welches Filterverfahren ist optimal zur Eliminierung des Sensorfehlers?
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| 5 || 5 || Jumper Kabel, männlich/männlich, 20 cm
| 6 || Wie verarbeiten Sie die analogen Signale des Infrarotsensors digital zur Entfernung?
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== Aufgabe 3.2: Kühlschrank-Wächter mit LDR ==
Entwickeln Sie eine Kühlschrank-Wächter, der einen schrillen Warnton gibt, wenn die Kühlschranktür zu lange geöffnet ist.
Entwickeln Sie eine Kühlschrank-Wächter, der einen schrillen Warnton gibt, wenn die Kühlschranktür zu lange geöffnet ist.
{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
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! Req.  !! Beschreibung !! Priorität
! Req.  !! Beschreibung !! Priorität
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| 1  || Messung der Helligkeit im K¨uhlschrank mittels LDR (Schaltung s. Bild 3 und 4). || 1
| 1  || Messung der Helligkeit im Kühlschrank mittels LDR-Spannungsteiler. || 1
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| 2  || Geht das Licht im Kühlschrank an, wird die Zeit gemessen, während die Kühlschranktür geöffnet ist. || 1
| 2  || Geht das Licht im Kühlschrank an, wird die Zeit gemessen, während die Kühlschranktür geöffnet ist. || 1
|-
|-
| 3  || Nach einer Zeit > 5 s ertönt ein Warnton. || 1
| 3  || Nach einer Zeit > 5&thinsp;s ertönt ein Warnton. || 1
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| 4  || Bei Dunkelheit (Tür geschlossen) verstummt der Warnton || 1
| 4  || Bei Dunkelheit (Tür geschlossen) verstummt der Warnton || 1
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{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
| <strong>Tabelle 1: Materialliste&thinsp;</strong>
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{| class="wikitable"
|+ style = "text-align: left"|
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! #  !! Anzahl !! Material
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| 1  || 1 || PC mit MATLAB/Simulink R2022b
|-
| 2  || 1 || [[Fotowiderstand LDR 10 kΩ]]
|-
| 3  || 1 || [[Piezo_Lautsprecher|aktiver Piezo Summer]] oder [[Passiver_Lautsprecher|passiver Lautsprecher]]
|-
| 4  || 1 || [[Arduino|Arduino Uno R3]]
|-
| 5 || 1 || [[Steckbrett]]
|-
| 6 || 5 || Jumper Kabel, männlich/männlich, 20 cm
|}
|}
|}
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
Zeile 108: Zeile 144:
|}
|}
|}
|}
<!--
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
| <strong>Nützliche Links&thinsp;</strong>
| <strong>Tabelle 1: Materialliste&thinsp;</strong>
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|-
| [[Sharp_GP2Y0A41SK0F| Wiki-Artikel: Sharp GP2Y0A41SK0F]]
|  
{| class="wikitable"
|+ style = "text-align: left"|
|-
| 1  ||Wie funktioniert der Ultraschallsensor (HC-SR04) technisch?
|-
| 2  || Welche Leistungsmerkmale hat er?
|-
| 3  || Wie schließen Sie einen Ultraschallsensor (HC-SR04) an den Arduino an?
|-
| 4 || Wie regen Sie den Ultraschallsender an (<code>Trig</code>)?
|-
| 5 || Wie sieht das Messsignal aus (<code>Echo</code>)?
|-
| 6 || Wie verarbeitet man die Signale des Ultraschallsensors \verb|Echo| zu einer Distanz?
|}
|}
|}
-->
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== Aufgabe 3.3: Temperaturmessung mit PTC ==
Mittels temperaturabhängigem Halbleiterwiderstand (Thermistor) soll die Außentemperatur gemessen werden.
{| class="wikitable"
|+ style = "text-align: left"|Anforderungen an die Software
|-
! Req.  !! Beschreibung !! Priorität
|-
| 1  || Messung der Temperatur mittels PTC-Schaltung Messschaltung || 1
|-
| 2  || Kennlinienkalibrierung via nichtlinearer Funktion <math>T=f(R)</math> in °C für den Arbeitsbereich. || 1
|-
| 3  || Temperaturbereich: -10&thinsp;°C bis 70&thinsp;°C. || 1
|-
| 4  || Temperaturanzeige (Wert, zeitl. Verlauf) in Simulink in °C.  || 1
|-
| 5  || Referenzmessung der Temperaturmessung im Arbeitsbereich.  || 1
|-
| 6  || Temperaturanzeige (Wert, zeitl. Verlauf) auf dem LCD-Display.  || 2
|-
|}
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
| <strong>Materialliste&thinsp;</strong>
|-
|
{| class="wikitable"
|+ style = "text-align: left"|
|-
! #  !! Anzahl !! Material
|-
| 1  || 1 || PC mit MATLAB/Simulink R2022b
|-
| 2  || 1 || Widerstand 10&thinsp;kΩ, 0,5&thinsp;% 
|-
| 3  || 1 || [[PTC_Temperatursensor_KTY_81-210|PTC Thermistor]], 2&thinsp;kΩ, 1&thinsp;%, -55...+150&thinsp;°C, KTY81-210
|-
| 4  || 1 || [[LCD_Modul_16x02_I2C|LCD Display]]
|-
| 5  || 1 || Arduino Uno R3
|-
| 6 || 1 || Streckbrett
|-
| 5 || 5 || Jumper Kabel, männlich/männlich, 20 cm
|}
|}


==Literatur==
==Literatur==
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Aktuelle Version vom 26. Juni 2024, 10:12 Uhr

Autor: Prof. Dr.-Ing. Schneider
Modul Business and Systems Engineering, Angewandte Informatikpraktikum, Übung, Wintersemester
Modulbezeichnung: BSE-M-2-1.09

Aufgabe 3.1: Entfernungsmessung mit dem Sharp GP2-Y0A41SK0F

  1. Lesen Sie die Entfernung des IR-Sensor ein.
  2. Filtern Sie das Messignal, um Messfehler zu eliminieren. Programmieren Sie hierzu ein rekursives Tiefpassfilter als MATLAB Function.
  3. Nutzen Sie das Ampelmodul, um die Entfernung von Objekten gemäß Tabelle 1 anzuzeigen.
  4. Erfüllen Sie die Anforderungen an die Software in Tabelle 1.
Tabelle 1: Anforderungen an die Software
Req. Beschreibung Priorität
1 Messung der Entfernung mittels Sharp IR-Sensor 1
2 Messbereich: 4\,cm bis 30\,cm 1
3 Aufzeichnung, Analyse und verzugsfreie Filterung der Messwerte . 1
4 Stellen Sie in einem Scope in demselben Graph die ungefilterten Werte dem Filterergebnis gegenüber dar. 1
5 Die Kennlinie des Infrarotsensors ist nichtlinear. Kalibrierung für den Messbereich mittels Regressionskurve für den Arbeitsbereich. 1
6 Referenzmessung der Abstandsmessung im Arbeitsbereich mit Gliedermaßstab. 1
7 x ≥ 0,3 m: gelb 1
8 0,04 m < x < 0,3 m: grün 1
9 x ≤ 0,04 m: rot 1

Aufgabe 3.2: Kühlschrank-Wächter mit LDR

Entwickeln Sie eine Kühlschrank-Wächter, der einen schrillen Warnton gibt, wenn die Kühlschranktür zu lange geöffnet ist.

Tabelle 2: Anforderungen an die Software
Req. Beschreibung Priorität
1 Messung der Helligkeit im Kühlschrank mittels LDR-Spannungsteiler. 1
2 Geht das Licht im Kühlschrank an, wird die Zeit gemessen, während die Kühlschranktür geöffnet ist. 1
3 Nach einer Zeit > 5 s ertönt ein Warnton. 1
4 Bei Dunkelheit (Tür geschlossen) verstummt der Warnton 1

Aufgabe 3.3: Temperaturmessung mit PTC

Mittels temperaturabhängigem Halbleiterwiderstand (Thermistor) soll die Außentemperatur gemessen werden.

Anforderungen an die Software
Req. Beschreibung Priorität
1 Messung der Temperatur mittels PTC-Schaltung Messschaltung 1
2 Kennlinienkalibrierung via nichtlinearer Funktion in °C für den Arbeitsbereich. 1
3 Temperaturbereich: -10 °C bis 70 °C. 1
4 Temperaturanzeige (Wert, zeitl. Verlauf) in Simulink in °C. 1
5 Referenzmessung der Temperaturmessung im Arbeitsbereich. 1
6 Temperaturanzeige (Wert, zeitl. Verlauf) auf dem LCD-Display. 2

Literatur

  • Bosl, A.: Einführung in MATLAB/Simulink : Berechnung, Programmierung, Simulation. München : Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2. Auflage 2017. ISBN: 9783446442696
  • Eshkabilov, S.: Beginning MATLAB and Simulink: From Novice to Professional. Apress, 2019. ISBN: 9781484250617
  • Haußer, F.; Luchko, Y.: Mathematische Modellierung mit MATLAB. Berlin, Heidelberg : Springer Spektrum, 2. Auflage 2019. ISBN: 9783662597446.
  • Stein, U.: Programmieren mit MATLAB : Programmiersprache, grafische Benutzeroberflächen, Anwendungen. München : Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 6. Auflage 2017. ISBN: 9783446454231

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