Membran Drucksensor FSR402: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 8. Juli 2024, 13:30 Uhr

Autorin:	Dorothea Tege
Studiengang:	Business and Systems Engineering
Modul:	BSE-M-2-1.03, Hausarbeit in Angewandte Informatik gehalten von Prof. Dr.-Ing. Schneider
Semester:	Sommersemester 2024
Abgabetermin:	28.07.2024

Einführung

Aufgabenstellung

Messen Sie die Kraft mittels Membransensor.

Anforderungen

Tabelle 1: Anforderungen
Req.	Beschreibung	Priorität
1	Die Kraft muss mit Kraftdrucksensor FSR402 mittels Arduino und Simulink gemessen werden.	1
2	Der Messbereich muss bestimmt werden.	1
3	Die Messunsicherheit (1σ) muss für den Messbereich ermittelt und als Vertrauensbereich angezeigt werden.	1
4	Der Sensor muss kalibriert werden.	1
5	Für den Messbereich muss die Kraft referenziert werden.	1
6	Die Messwerte müssen über der Zeit gefiltert werden.	1
7	Ein Piepton muss anzeigen, wenn der Messwert stabil/konstant ist.	1
8	Das Sensorsystem muss die Kraft in N auf dem LCD-Display anzeigen.	2

Thema/Fragestellung: Messung der Entfernung mit dem Sensor Sharp GP2-0430K
Hypothese: Die Entfernung lässt sich im Bereich von 4 cm bis 50 cm fehlerfrei messen.
Einordnung in den Lehrplan

Projektbeschreibung

Tabelle 2: Materialliste
#	Anzahl	Material
1	1	PC mit MATLAB/Simulink R2022b
2	1	Sensor Sharp GP2-0430K
3	1	Arduino Uno R3
4	1	Streckbrett
5	5	Jumper Kabel, männlich/männlich, 20 cm

Beschreibung Funktionsweise der verwendeten Hard- und Software

Arduino Uno R3
Sensor Sharp GP2-0430K
Simulink R2022b

Technische Daten

Messbereich	0 ° .. 180 °
PWM-Modulation	analog
PWM-Pulszykluszeit	20 ms
PWM-Pulsweite	500-2400 ms
Versorgungsspannung	4.0 V .. 7.2 V
Versorgungsstrom	20 mA
Geschwingigkeit	0,12 s/60 ° (@4,8 V, lastfrei)
Drehmoment	1,5 kg/cm (@4,8 V)
Gewicht	9 g
Getriebe	Kunststtoff
Arbeitstemperatur	0 °C .. +55 °C
Abmessungen	22,2 mm x 11,8 mm x 31 mm

Pinbelegung

Pin	Belegung	Signal
1	Versorgungsspannung VCC	5 V
2	Triggereingang	TTL-Pegel
3	Echo, Ausgang Messergebnis	TTL-Pegel
4	Masse (GND)	0 V

Versuchsaufbau und Durchführung

Versuchsaufbau

Der Versuchsaufbau wird durch einen Schaltplan (Abb. 2), Anschlussplan (Abb. 3) und Foto des Aufbaus (Abb. 4) dokumentiert.

Versuchsdurchführung

Das Modell zur Datenverarbeitung wurde gemäß Abb. 5 in Simulink aufgebaut. Die Messdaten wurden aufgezeichnet. Ein Video der Versuchsdurchführung findet sich hier.

Modelleinstellungen: Arduino Uno, Solver: Fixed-step, discrete, Abtastrate: 0,001 s

Versuchsbeobachtung

Das Signal des Sensors weist alle 40 ms systematische Ausreisser auf (vgl. Abb. 6, rote Kurve).

Auswertung

Die Messhypothese wurde verworfen. Der Sensor weist systematische Messwertausreisser auf.

Die Ausreisser lassen sich mit einem Signalfilter eliminieren. Hierzu eignet sich ein Rangordnungsfilter (z. B. Median-Filter). Das Filter wird hierzu auf eine Fensterbreite von 30 Werten eingestellt. Das zufriedenstellende Filterergebnis für statische Werte zeigt Abb. 6 als blaue Kurve. Es konnte mit dynamische Werten verifiziert werden (vgl. Abb. 7). Das Datenblatt ([2, S. 6]) belegt die Messungen und bezeichnet die Messausreisser als "instabile Ausgabe" für maximal 5 ms alle 40 ms. Mit 50 Werten erhöht sich die Filterwirkung, es entsteht jedoch ein Delay von 10 ms. Mit 10 Werten ist die Filterwirkung zu gering.

Zusammenfassung und Ausblick

Zusammenfassung der Kapitel 1-4
Diskussion der Ergebnisse
Ausblick
Selbstreflexion/Lessons learned

Ergebnisvideo

Binden Sie hier Ihr Ergebnisvideo ein.

Anleitung: Videos im Wiki einbinden

Lernzielkrontrolle

Beantworten Sie in Ihrem Artikel die Lernzielkontrollfragen.

Lernzielkontrollfragen

Wie funktioniert der Primärsensor technisch?
Welche Leistungsmerkmale hat der Sensor?
Wie funktioniert die Umsetzerschaltung technisch?
Wie kommuniziert der Sensor mit dem Arduino?
Muss der Sensor kalibriert werden?
Wie wird der Messwert in die zu messende physikalische Größe umgerechnet?
Was nutzen Sie als Referenz?
Benötigt der Sensor eine Kennlinie?
Welchen Messbereich hat das Signal am Ende der Messkette?
Welche Messunsicherheit und welcher Vertrauensbereich hat das Signal am Ende der Messkette für den gesamten Messbereich?
Welche Auflösung hat das Signal am Ende der Messkette? Wodurch wird die Auflösung bedingt?
Weist das Signal am Ende der Messkette einen systematischen oder zufälligen Fehler auf?
Welche Fehlereinflüsse hat die Messung? Muss z. B. die Temperatur der Messung berücksichtigt werden?

Literatur

Zitieren Sie nach DIN ISO 690:2013-10.

Anhang

Datenblätter
Simulink-Modell
Originaldateien (PAP, Schaltplan,... )

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-# Wie funktioniert der Kraftdrucksensor FSR402 technisch? Wie funktioniert der Primärsensor?
+# Wie funktioniert der Primärsensor technisch?
 # Welche Leistungsmerkmale hat der Sensor?
 # Wie funktioniert die Umsetzerschaltung technisch?
 # Wie kommuniziert der Sensor mit dem Arduino?
 # Muss der Sensor kalibriert werden?
-# Wie wird der Messwert in eine Kraft umgerechnet? Was nutzen Sie als Kraftreferenz?
+# Wie wird der Messwert in die zu messende physikalische Größe umgerechnet?
-# Welche Fehlereinflüsse hat die Messung? Muss die Temperatur der Messung berücksichtigt werden?
+# Was nutzen Sie als Referenz?
+# Benötigt der Sensor eine Kennlinie?
+# Welchen Messbereich hat das Signal am Ende der Messkette?
+# Welche Messunsicherheit und welcher Vertrauensbereich hat das Signal am Ende der Messkette für den gesamten Messbereich?
+# Welche Auflösung hat das Signal am Ende der Messkette? Wodurch wird die Auflösung bedingt?
+# Weist das Signal am Ende der Messkette einen systematischen oder zufälligen Fehler auf?
+# Welche Fehlereinflüsse hat die Messung? Muss z.&#8239;B. die Temperatur der Messung berücksichtigt werden?
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