BSE AngInf - SoSe24 - Digitale Signalverarbeitung mit Simulink: Unterschied zwischen den Versionen
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| '''Modulbezeichnung:''' || BSE-M-2-1.09 | | '''Modulbezeichnung:''' || BSE-M-2-1.09 | ||
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== Aufgabe 3.1: Entfernungsmessung mit dem Sharp GP2- | == Aufgabe 3.1: Entfernungsmessung mit dem Sharp GP2-Y0A41SK0F == | ||
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed" | {| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed" | ||
| <strong>Tabelle 1: Materialliste </strong> | | <strong>Tabelle 1: Materialliste </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- | | 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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| | | 5 || 1 || [[Steckbrett]] | ||
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| | | 6 || 5 || Jumper Kabel, männlich/männlich, 20 cm | ||
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# Lesen Sie die Entfernung des | # Lesen Sie die Entfernung des IR-Sensor ein. | ||
<!--# Messen Sie auf ein feststehenden Ziel im Abstand von 20 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 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 || Messung der Entfernung mittels Sharp IR-Sensor || 1 | ||
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| 2 || Messbereich: 4\,cm bis 30\,cm || 1 | |||
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| 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 | |||
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| 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 m: gelb || 1 | |||
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| | | 8 || 0,04 m < x < 0,3 m: grün || 1 | ||
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| | | 9 || x ≤ 0,04 m: rot || 1 | ||
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|} | |} | ||
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed" | {| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed" | ||
| <strong> | | <strong>Lernzielkontrollfragen </strong> | ||
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{| class="wikitable" | |||
|+ style = "text-align: left"| | |||
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| 1 || Wie funktioniert der IR-Sensor (Sharp 0A41SK) technisch? Wie funktioniert der Primärsensor? | |||
|- | |||
| 2 || Welche Leistungsmerkmale hat der Sensor? | |||
|- | |||
| 3 || Wie schließen Sie einen Infrarotsensors über das Breadboard an den Arduino an. | |||
|- | |- | ||
| | | 4 || Welcher systematische Fehler tritt beim Infrarotsensor auf? Stellen Sie einen Bezug zum Datenblatt her. | ||
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| 5 || Welches Filterverfahren ist optimal zur Eliminierung des Sensorfehlers? | |||
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| 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. | |||
{| class="wikitable" | |||
|+ style = "text-align: left"|Tabelle 2: Anforderungen an die Software | |||
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! Req. !! Beschreibung !! Priorität | |||
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| 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 | |||
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| 3 || Nach einer Zeit > 5 s ertönt ein Warnton. || 1 | |||
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| 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 </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 | |||
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| 2 || 1 || [[Fotowiderstand LDR 10 kΩ]] | |||
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| 3 || 1 || [[Piezo_Lautsprecher|aktiver Piezo Summer]] oder [[Passiver_Lautsprecher|passiver Lautsprecher]] | |||
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| 4 || 1 || [[Arduino|Arduino Uno R3]] | |||
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| 5 || 1 || [[Steckbrett]] | |||
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| 6 || 5 || Jumper Kabel, männlich/männlich, 20 cm | |||
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{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed" | |||
| <strong>Lernzielkontrollfragen </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 || aktiver oder passiver Lautsprecher | |||
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| 3 || 1 || Arduino Uno R3 | |||
|- | |||
| 4 || 1 || Streckbrett | |||
|- | |||
| 5 || 5 || Jumper Kabel, männlich/männlich, 20 cm | |||
|} | |||
|} | |||
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{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed" | |||
| <strong>Tabelle 1: Materialliste </strong> | |||
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{| class="wikitable" | |||
|+ style = "text-align: left"| | |||
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| 1 ||Wie funktioniert der Ultraschallsensor (HC-SR04) technisch? | |||
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| 2 || Welche Leistungsmerkmale hat er? | |||
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| 3 || Wie schließen Sie einen Ultraschallsensor (HC-SR04) an den Arduino an? | |||
|- | |||
| 4 || Wie regen Sie den Ultraschallsender an (<code>Trig</code>)? | |||
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| 5 || Wie sieht das Messsignal aus (<code>Echo</code>)? | |||
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| 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 | |||
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! Req. !! Beschreibung !! Priorität | |||
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| 1 || Messung der Temperatur mittels PTC-Schaltung Messschaltung || 1 | |||
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| 2 || Kennlinienkalibrierung via nichtlinearer Funktion <math>T=f(R)</math> in °C für den Arbeitsbereich. || 1 | |||
|- | |||
| 3 || Temperaturbereich: -10 °C bis 70 °C. || 1 | |||
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| 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 </strong> | |||
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{| class="wikitable" | |||
|+ style = "text-align: left"| | |||
|- | |||
! # !! Anzahl !! Material | |||
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| 1 || 1 || PC mit MATLAB/Simulink R2022b | |||
|- | |||
| 2 || 1 || Widerstand 10 kΩ, 0,5 % | |||
|- | |||
| 3 || 1 || [[PTC_Temperatursensor_KTY_81-210|PTC Thermistor]], 2 kΩ, 1 %, -55...+150 °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
Tabelle 1: Materialliste | |||||||||||||||||||||
|
- Lesen Sie die Entfernung des IR-Sensor ein.
- Filtern Sie das Messignal, um Messfehler zu eliminieren. Programmieren Sie hierzu ein rekursives Tiefpassfilter als
MATLAB Function
. - Nutzen Sie das Ampelmodul, um die Entfernung von Objekten gemäß Tabelle 1 anzuzeigen.
- Erfüllen Sie die Anforderungen an die Software in Tabelle 1.
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 |
Lernzielkontrollfragen | ||||||||||||
|
Aufgabe 3.2: Kühlschrank-Wächter mit LDR
Entwickeln Sie eine Kühlschrank-Wächter, der einen schrillen Warnton gibt, wenn die Kühlschranktür zu lange geöffnet ist.
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 |
Tabelle 1: Materialliste | |||||||||||||||||||||
|
Lernzielkontrollfragen | ||||||||||||||||||
|
Aufgabe 3.3: Temperaturmessung mit PTC
Mittels temperaturabhängigem Halbleiterwiderstand (Thermistor) soll die Außentemperatur gemessen werden.
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 |
Materialliste | ||||||||||||||||||||||||
|
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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