Einführungsveranstaltung Informatikpraktikum 2 im SoSe 2024

Abb. 1: Visualisierung einer Ultraschallmessung

Autor: Prof. Dr.-Ing. Schneider
Lehrveranstaltung: Mechatronik, Informatik Praktikum 2, 2. Semester
Sprechstunde: nach Vereinbarung
Einführungsveranstaltung: 09.04.2024

Modulbeschreibung

Die Lehrveranstaltung Informatik Praktikum 2 ist Teil des Moduls MTR-B-2-2.11.

Qualifikationsziele

Die Studierenden können das an der Hochschule erworbene Wissen in der beruflichen Praxis bzw. in vergleichbaren Aufgabenstellungen anwenden und verfügen daher über eine verbesserte instrumentale Kompetenz. Die Studierenden können praxisorientierte Aufgaben analysieren und geeignete Problemlösungsmethoden im Kontext der Ingenieurdisziplinen anwenden.

Aufbauend auf das Informatik Praktikum 1 können die Studierenden

• strukturiert Software planen und visualisieren.
• mit einem SW-Versionierungstool umgehen.
• komplexe Aufgaben der Informatik systematisch lösen.
• Fehler analysieren und beheben.
• mit dem Simulationstool MATLAB/Simulink umgehen.
• Ergebnisse anschaulich und verständlich präsentieren.
• Ergebnisse nachhaltig dokumentieren.

Inhalte

Informatik Praktikum 2:

• Einführung
• Praktische Umsetzung der Programmierkenntnisse in Projekten
• Dokumentation und Präsentation der Ergebnisse
• In Abhängigkeit der Aufgabenstellungen kann zusätzlich eine Hardwareplattform z. B. Lego Mindstorms/Arduino eingesetzt werden und eine Simulation und Programmierung mit MATLAB^®/Simulink erfolgen.

Lehrform des Informatikpraktikum 2

2 SWS Praktikum (2 SWS)

Prüfungsform des Informatikpraktikum 2

• Anwesenheitspflicht an allen Praktikumsterminen (Anwesenheitskontrolle)
• Vorbereitung des Praktikumstags und Planung der Software in Form von Programmablaufplänen
• Durchführung im Praktikum
• Ergebnisssicherung und Dokumentation in SVN

Bewertung

• Zwischenprüfung und Abschlussprüfung (je 50 %)
• Plagiate (ähnliche Lösungen) werden mit der Note 6.0 bewertet.
• Die Versuche finden chronologisch statt.
• Wer diesen Termin unentschuldigt verpasst, kann dieses Semester nicht am Praktikum teilnehmen. Legen Sie im Krankheitsfall eine ärztliche Bescheinigung bei Prof. Schneider vor.
• Beantworten Sie die Aufgaben im Team und und sichern Sie die Programme/Lösungen in SVN.
• Wechseln Sie sich bitte bei Upload ab, damit sichtbar ist, dass beide Teammitglieder am Projekt arbeiten.

Workload des Informatikpraktikum 2

ETCS	Workload gesamt	Präsenz	Selbststudium
2,5	75 h	30 h	45 h (3 h/w)

Hinweis: Das Praktikum ist ein Submodul. Haben Sie dies bestanden, bleibt der Status bestanden auch beim Nichtbestehen des Moduls erhalten.

Informationsplattformen

Nachfolgende Informationsplattformen finden im Praktikum Anwendung

HSHL-Wiki

• Aufgabenstellungen
• Anleitungen
• Bewertungskriterien
• Literaturhinweise
• Links
• Downloads

Versionsverwaltung SVN

• Demo-Quelltext
• Gruppenordner
• Softwareablageort
• Versionsverwaltung
• Kollaboriertes Arbeiten
• Datensicherung via TortoiseSVN Client

Voraussetzung für die Teilnahme

• Gruppeneinteilung
• Prüfung des SVN-Zugangs
• Einarbeitung in SVN
• Einstieg in die Welt des Arduino
• Einführung_in_MATLAB
• Vorbereitung der Praktika

Gruppeneinteilung

Die Gruppeneinteilung erfolgt über die Lernplattform

Sicherheitseinweisung

• Studieren Sie die Sicherheitsunterlagen auf der Lernplattform.
• Bestätigen Sie auf der Lernplattform, dass Sie diese studiert und verstanden haben.
• Ohne Sicherheitseinweisung dürfen Sie das Labor nicht betreten.

Erwartungen an die Teilnehmenden

• Voraussetzungen erfüllen
• Vorbereitung der Termine
• Aktive Teilnahme - Fragen stellen
• Auseinandersetzung mit den Demos
• Teilnahme an allen Terminen
• Pünktlichkeit
• Teilnahme an Gruppenarbeiten
• Teilnahme am Tutorium

Tutorial zum Einstieg

• Was ist ein Plagiat?
• Einarbeitung in die Versionsverwaltung SVN
• Software Planung mit PAP
• Einstieg in die Welt des Arduino
• Einführung in MATLAB^®
• Programmierrichtlinien

Einstiegsaufgabe

Aufgabe 1.1: Softwareplanung

Planen Sie die Arduino-Software als PAP.

Arbeitsergebnisse in SVN: Softwareplanung_Termin_01.pap

Aufgabe 1.2: Positionserfassung mit Ultraschall

1. Lesen Sie die Messwerte des Ultraschall-Sensors auf ein statisches Ziele aus. Schreiben Sie hierzu ein Arduino-Programm messeEntfernung.ino. Messen Sie zyklisch die Zeit mit dem Befehl millis().
2. Messen Sie 10 s auf ein statisches Ziel (z. B. einen Karton) in 30 cm Entfernung.
3. Nutzen Sie das Programm Putty, um die Daten der seriellen Schnittstelle in der ASCII-Datei UltraschallMessung.txt zu speichern. Eine Anleitung finden Sie unter der URL Einrichtung von PuTTY.
4. Schreiben Sie einmalig als Header die Bezeichnung der Messwerte Zeit in ms und Strecke in cm in die Textdatei.

Nützliche Befehle: pinMode(), digitalWrite(), pulseIn(), delayMicroseconds(), millis()

Arbeitsergebnisse in SVN: UltraschallMessung.txt, messeEntfernung.ino

Tipp 

Nutzen Sie das Demoprogramm DemoUltraschallHCSR04 als Programmierstart.

Aufgabe 1.3: Darstellung und Speicherung in MATLAB^®

1. Kopieren Sie das Demo DemoDebugTxt2MATLAB in Ihr Arbeitsverzeichnis und passen Sie es an.
2. Laden und visualisieren Sie die Messdaten in Ultraschallmessung.txt mit MATLAB^®.
3. Sichern Sie die Achsenbeschriftung im 2x1 Cell-Array stTitel.
4. Stellen Sie die Messdaten in einem Diagramm in cm über der Zeit in s dar.
5. Beschriften Sie die Graphen.
6. Speichern Sie die Messung in der Datei UltraschallMessung.mat.

Nützliche Befehle: plot, xlabel, ylabel, save

Arbeitsergebnisse in SVN: zeigeUltraschallMessung.m, UltraschallMessung.mat

Tipp 

Gegeben (vgl. Abb. 1):

• fZeit: 1x100 Messwertarray der Zeit in s
• fMesswerte: 1x100 Messwertarray der Ultraschallwerte in cm
• save('UltraschallMessung.mat','fZeit',fMesswerte','stTitel')

Aufgabe 1.4: Zyklische Messdatenverarbeitung in MATLAB^®

1. Schreiben Sie die Funktion (fZeit, fEntfernung)=LeseUltraschall(k) und speichern Sie diese in der Datei LeseUltraschall.m.
2. Laden Sie darin UltraschallMessung.mat einmalig nur bei ersten Durchlauf und speichern Sie fZeit, fEntfernung als persistente Variablen.
3. (fZeit, fEntfernung)=LeseUltraschall(k) gibt zwei Werte fZeit(k) und fEntfernung(k) zurück (z. B. [0 30] für 0 s und 30 m).
4. Schreiben Sie das Rahmenprogramm zeigeZyklischUltraschallMessung.m, welches LeseUltraschall zyklisch aufruft.
5. Stellen Sie im Rahmenprogramm die Messdaten in einem Diagramm in cm über der Zeit in s dar.
6. Beschriften Sie den Graphen entsprechend Abb. 1.

Nützliche Befehle: plot, xlabel, ylabel, load, global, persistent, isempty, for, function

Arbeitsergebnisse in SVN: zeigeZyklischUltraschallMessung.m, LeseUltraschall.m

Tipp 

Abb. 2: PAP für die zyklische Messdatenverarbeitung

Aufgabe 1.5: Nachhaltige Doku

Sichern Sie alle Ergebnisse mit beschreibendem Text (message) in SVN.

• Halten Sie die Regeln für den Umgang mit SVN ein.
• Halten Sie die Programmierrichtlinie für C und die Programmierrichtlinien für MATLAB^® ein.
• Versehen Sie jedes Programm mit einem Header (Header Beispiel für MATLAB, Header Beispiel für C).
• Kommentiere Sie den Quelltext umfangreich.

Arbeitsergebnis in SVN: SVN Log

Tutorials

• Arduino Befehlsübersicht
• MATLAB^® Befehlsübersicht
• Programmierrichtlinie für C
• Programmierrichtlinien für MATLAB^®

Demos

• SVN: DemoUltraschallHCSR04
• SVN: DemoDebugTxt2MATLAB

Musterlösung

Nach dem Praktikumstermin erhalten Sie die Musterlösung. Vergleichen Sie diese mit Ihrer Lösung und stellen Sie im Tutorium oder Praktikum gern Fragen. Sie dürfen anschließend auch gern die Musterlösung verwenden um aufbauende Aufgaben zu lösen.

SVN: Musterlösung zu Termin 1

FAQ

• Muss ich die Lösungen selbst programmieren? Ja, nur Eigenleistung wird bewertet.
• Darf ich die Musterlösung 1:1 kopieren und als meine Leistung ausgeben? Nein, das ist ein Plagiat und wird als Täuschungsversuch gewertet.

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