Angewandte Informatik: Entfernungsmessung mit Ultraschall

Autor:	Prof. Dr.-Ing. Schneider
Modul	Business and Systems Engineering, Angewandte Mathematik und Informatik, Übung, Sommersemester
Modulbezeichnung:	BSE-M-2-1.09

Inhalt

• Aussendung und Empfang von Ultraschallimpulsen mit MATLAB^®
• Ansteuerung einer LED
• Entfernungsmessung mittels Ultraschall
• Messwertanalyse mit MATLAB
• Messwertfilterung in Echtzeit
• Ergebnisdarstellung
• Schwellwertbetrachtung und Anzeige mit Ampelmodul

Inhalt

• Einarbeitung in MATLAB^®
• Programmierung und Anwendung eines gleitenden Mittelwertfilters
• Programmierung und Anwendung eines rekursiven Tiefpassfilters
• Auslegung von Filterparameter
• Anwendung der Filter auf eine Ultraschallmessung
• Vergleich der Filter anhand technischer Kriterien

Lernziele

Nach Durchführung dieser Lektion

• können Sie reale Messwerte speichern und via MATLAB^® zyklisch visualisieren.
• haben Sie ein gleitendes Mittelwertfilter programmiert.
• haben Sie ein rekursives rekursiven Tiefpassfilter programmiert.
• können Sie die Filter parametrieren.
• haben Sie die Filter zyklisch auf Ultraschallmesswerte angewendet und das Filterverhalten analysiert.
• können Sie eine Funktion in MATLAB^® programmieren und aufrufen.

Vorbereitung

Erlernen Sie die Funktion des Ultraschallsensors und eines rekursiven Tiefpassfilters anhand der verlinkten Fachartikeln Literatur.

Tutorial

• HSHL-Wiki: Ultraschallsensors
• MATHWORKS: Ultraschallsensor einlesen
• HSHL-Wiki: Rekursives Tiefpassfilter

Aufgabe 4: Entfernungsmessung mit Ultraschall

1. Lesen Sie die Messwerte des Ultraschallsensor ein [1].
2. Eine rote LED signalisiert den Programmstart.
3. Zeigen Sie die Distanzwerte in cm über der Zeit an.
4. Nutzen Sie ein Tiefpassfilter, um das Messwertrauschen während der Laufzeit in Echtzeit zu entstören.
5. Ein Ampelmodul zeigt die Entfernung an.
6. Sichern Sie nach 30 s Laufzeit Ihre Messwerte Zeit in s, Distanz in cm und die gefilterten Werte DistanzTP in der Datei Ultraschall.mat.

Entfernung	Farbe
x > 20 cm	grün
10 cm < x < 20 cm	gelb
x < 10 cm rot	rot

Teillösung 

clear all; close all; clc; % Initialisierung
if exist('hArduino')==0
    hArduino = arduino('COM8','Uno','Libraries','Ultrasonic'); % Arduino Objekt erzeugen
    disp('Neues Arduino Objekt mit Ultrasonic-Bib erzeugt.')
end
hUltraschall = ultrasonic(hArduino,'D2','D3','OutputFormat','double')
nMesswerte = 100;
%% Messschleife
tic
writeDigitalPin(hArduino, 'D13', 1);
for i=1:nMesswerte
    Distanz(i) = readDistance(hUltraschall);
    Zeit(i)    = toc;
end
writeDigitalPin(hArduino, 'D13', 0);
%% Ergebnisdarstellung
plot(Zeit,Distanz*100,'r.-');
xlabel('Zeit in s')
ylabel('Distanz in cm')
clear hArduino

Arbeitsergebnis: messeUltraschallEntfernung.m

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