Arduino: IR-Theremin: Unterschied zwischen den Versionen

Aus HSHL Mechatronik
Zur Navigation springen Zur Suche springen
Keine Bearbeitungszusammenfassung
Zeile 112: Zeile 112:


=== Aufgabe 6.4: IR-Theremin ===
=== Aufgabe 6.4: IR-Theremin ===
Ein Theremin ist ein Instrument, das Töne abhängig von den Bewegungen des Musizierenden erzeugt. Die Titelmelodie von Star Treck wurde beispielsweise damit gespielt. Das Theremin detektiert die Hände im Verhältnis zu zwei Antennen. Diese Antennen sind mit einem analogen Schaltkreis verbunden und erzeugen die Musik. Eine Antenne regelt die Frequenz der Töne und die Andere die Lautstärke. Diese Aufgabe emuliert das Theremin indem die Funktion <code>tone()</code> verwendet wird und die vom IR-Sensor gemessenen Abstände die Tonfrequenzen manipulieren. Lesen Sie die Entfernung wie in den Aufgaben zuvor über <code>analogRead()</code> ein. Schließen Sie den aktiven Lautprecher (Piezo-Lautsprecher) an Pin 8 an. Folgen Sie der Anleitung zur Ausgaben von Tönen.
Ein Theremin ist ein Instrument, das Töne abhängig von den Bewegungen des Musizierenden erzeugt. Die Titelmelodie von Star Treck wurde beispielsweise damit gespielt. Das Theremin detektiert die Hände im Verhältnis zu zwei Antennen. Diese Antennen sind mit einem analogen Schaltkreis verbunden und erzeugen die Musik. Eine Antenne regelt die Frequenz der Töne und die Andere die Lautstärke. Diese Aufgabe emuliert das Theremin indem die Funktion <code>tone()</code> verwendet wird und die vom IR-Sensor gemessenen Abstände die Tonfrequenzen manipulieren. Lesen Sie die Entfernung wie in den Aufgaben zuvor über <code>analogRead()</code> ein. Schließen Sie den aktiven Lautprecher (Piezo-Lautsprecher) an Pin 8 an.  
* Messbereich in cm
# Folgen Sie der [https://funduino.de/nr-08-toene-erzeugen Anleitung zur Ausgaben von Tönen].
* Auflösung (Zeit, Distanz)
# Erzeugen Sie Töne abhängig von den Messwerten des Sharp IR-Entfernungssensors.
* Empfindlichkeit
# Kalibrieren Sie die Zuordnung von Entfernung zu Frequenzen mit dem Der <code>map()</code>-Befehl.
# Spielen Sie eine Melodie.




'''Nützliche Befehle''': <code>millis(), Serial.print(), Serial.println()</code>


'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>Sensorcharakterisierung.pdf</code>
'''Nützliche Befehle''': <code>tone(), delay(), noTone(), analogRead(), map()</code>
 
'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>IR_Theremin.ino</code>
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">


'''Musterlösung:'''  
'''Musterlösung:'''  
* Den Messbereich beschreibt der kleinste und größte Messwert [3,50]cm.
* [https://funduino.de/nr-08-toene-erzeugen Anleitung zur Ausgaben von Tönen]
* Die Auflösung ist der kleinstmögliche Werteschritt. Hier Zeit: 5-7&thinsp;ms, Spannung: 0,0048V
 
* Die Empfindlichkeit berechnet sich aus <math>E=\frac{\Delta y}{\Delta x}</math>. Im nichtlinearen Fall entsprich dies der 1. Ableitung.
</div>
</div>


Version vom 31. Oktober 2022, 17:00 Uhr

Abb. 1: Lernset - Einsteiger Kit für Arduino

Autor: Prof. Dr.-Ing. Schneider
Modul: Praxismodul I
Lehrveranstaltung: Mechatronik, Informatikpraktikum 1, 1. Semester, Wintersemester

Inhalt

  • Kennlinienuntersuchung und Filterung
  • Programmierung und Anwendung eines Medianfilters
  • Anwendung des Sharp Entfernungssensors GP2Y0A41SK0F als Theremin


Lernziele

Nach Durchführung dieser Lektion

  • können Sie die systematischen Sensorfehler erkennen und behandeln.
  • können die Messwerte mit dem Serial Plotter der Arduino IDE vergleichend anzeigen und bewerten.
  • können Sie die über entfernungsabhängig Töne spielen.
  • können Sie die Messwerte charakterisieren.

Lernzielkontrolle

  1. Zeichnen Sie die gemessene Entfernung im Verhältnis zu einer Referenz auf. Die Referent kann ein Gliedermaßstab sein. Welchen Messbereich hat Ihr IR-Sensor?
  2. Zeichnen Sie die gemessenen Entfernungsschritte über dem Messbereich auf. Welche Auflösung hat Ihr Sensor?
  3. Zeichnen Sie die Auflösung über dem Messbereich auf. Welche Empfindlichkeit hat Ihr Sensor?
  4. Wurde der Quelltext durch Header und Kommentare aufgewertet?
  5. Wurden jedes Programm mittels PAP geplant?
  6. Wurde auf magic numbers verzichtet?
  7. Wurde die Programmierrichtlinie eingehalten?

Arbeitsergebnisse in SVN: Lernzielkontrolle_Termin_05.pdf

Vorbereitung

Bereiten Sie sich anhand der nachfolgenden Aufgaben auf den Praktikumstermin vor.

Versuchsdurchführung

Aufgabe 6.1: Lernzielkontrolle

Präsentieren Sie Prof. Schneider das Ergebnis der Lernzielkontrolle.

Arbeitsergebnisse in SVN: Lernzielkontrolle_Termin_06.pdf

Aufgabe 6.2: Messwertanalyse

  1. Setzen Sie Ihre geplante Software 1:1 um.
  2. Stellen Sie die Messwerte D1 im Seriellen Monitor und Plotter dar.

Nützliche Befehle: Serial.begin(), Serial.println(), analogRead()

Arbeitsergebnisse in SVN: leseSharpIR.ino

Demo: Demo: DemoSharpIR.ino

Aufgabe 6.3: Median-Filter

  1. Erweitern Sie Ihr Programm leseSharpIR.ino. Rechnen Sie das Digitalwort D1 in die Messdistanz d um.
  2. Stellen Sie die Distanz d im Seriellen Monitor und Plotter dar.
  3. Verifizieren Sie Ihr Ergebnis mit einem Gliedermaßstab.
  4. Was fällt Ihnen bei den Messwerten auf?

Nützliche Befehle: Serial.begin(), Serial.println(), analogRead(), LookupTable(), analogRead()

Arbeitsergebnisse in SVN: leseSharpIR.ino

Lösung: [Sharp_GP2Y0A41SK0F#Median-Filter_f%C3%BCr_die_St%C3%B6rungen| Median-Filter für die Störung]

Aufgabe 6.4: IR-Theremin

Ein Theremin ist ein Instrument, das Töne abhängig von den Bewegungen des Musizierenden erzeugt. Die Titelmelodie von Star Treck wurde beispielsweise damit gespielt. Das Theremin detektiert die Hände im Verhältnis zu zwei Antennen. Diese Antennen sind mit einem analogen Schaltkreis verbunden und erzeugen die Musik. Eine Antenne regelt die Frequenz der Töne und die Andere die Lautstärke. Diese Aufgabe emuliert das Theremin indem die Funktion tone() verwendet wird und die vom IR-Sensor gemessenen Abstände die Tonfrequenzen manipulieren. Lesen Sie die Entfernung wie in den Aufgaben zuvor über analogRead() ein. Schließen Sie den aktiven Lautprecher (Piezo-Lautsprecher) an Pin 8 an.

  1. Folgen Sie der Anleitung zur Ausgaben von Tönen.
  2. Erzeugen Sie Töne abhängig von den Messwerten des Sharp IR-Entfernungssensors.
  3. Kalibrieren Sie die Zuordnung von Entfernung zu Frequenzen mit dem Der map()-Befehl.
  4. Spielen Sie eine Melodie.


Nützliche Befehle: tone(), delay(), noTone(), analogRead(), map()

Arbeitsergebnisse in SVN: IR_Theremin.ino

Musterlösung:

Aufgabe 6.5: Nachhaltige Doku

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

  • Wurden die Regeln für den Umgang mit SVN eingehalten?
  • Wurde die Programmierrichtlinie eingehalten?
  • Wurde nachhaltig dokumentiert?
  • Haben die Programme einen Header?
  • Wurden der Quelltext umfangreich kommentiert?
  • Wurden die PAPs erstellt und abgelegt? Passen die PAPs 100% zum Programm?

Arbeitsergebnis in SVN: SVN Log

Bewertung

Aufgabe Punkte
6.1 2
6.2 2
6.3 2
6.4 2
6.5 2

Tutorials

Demos

Videos

Was ist ein Theremin?
Infrarotsensor Theremin

Literatur

  1. Brühlmann, T.: Arduino Praxiseinstieg. Heidelberg: mitp, 4. Auflage 2019. ISBN 978-3-7475-0056-9. URL: HSHL-Bib, O'Reilly-URL
  2. Brühlmann, T.: Sensoren im Einsatz mit Arduino. Frechen: mitp Verlag, 1. Auflage 2017. ISBN: 9783958451520. URL: HSHL-Bib, O'Reilly
  3. Snieders, R.: ARDUINO lernen. Nordhorn: 8. Auflage 2022. URL: https://funduino.de/vorwort
  4. Schneider, U.: Programmierrichtlinie für für die Erstellung von Software in C. Lippstadt: 1. Auflage 2022. PDF-Dokument (212 kb)
  5. Sharp: GP2Y0A41SK0F. URL: [1]. Datenblatt (858 kb)

→ zurück zum Hauptartikel: Arduino Praxiseinstieg

Abgerufen von „https://wiki.hshl.de/wiki/index.php?title=Arduino:_IR-Theremin&oldid=96684“