Herzschlagsensor KY-039: Unterschied zwischen den Versionen

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== Einführung ==
== Einführung ==
=== Aufgabenstellung ===
=== Aufgabenstellung ===
Messen Sie die Kraft mittels Membransensor.
Messen Sie die die Herzfrequenz am Ohrläppchen oder Finger in Herzschlag pro Minute (BPM).
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| 1 || Die Kraft muss mit Kraftdrucksensor FSR402 mittels Arduino und Simulink gemessen werden.|| 1
| 1 || Die Herzfrequenz muss mittels Pulsesensor SE050, Arduino und Simulink gemessen werden.|| 1
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| 2 || Der Messbereich muss bestimmt werden. || 1
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| 4 || Der Sensor muss kalibriert werden. || 1
| 4 || Der Sensor muss kalibriert werden. || 1
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| 5 || Für den Messbereich muss die Kraft referenziert werden. || 1
| 5 || Für den Messbereich muss die Pulsfrequenz referenziert werden. || 1
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| 6 || Die Messwerte müssen über der Zeit gefiltert werden.  || 1
| 6 || Die Messwerte müssen über der Zeit gefiltert werden.  || 1
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| 7 || Ein Piepton muss anzeigen, wenn der Messwert stabil/konstant ist. || 1
| 7 || Ein Piepton muss anzeigen, wandelt den Herzschlag in ein akustisches Signal um. || 1
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| 8 || Das Sensorsystem muss die Kraft in N auf dem [[LCD_Modul_16x02_I2C|LCD-Display]] anzeigen. || 2
| 8 || Das Sensorsystem muss die Herzschläge pro Minute auf dem [[LCD_Modul_16x02_I2C|LCD-Display]] anzeigen. || 2
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Version vom 8. Juli 2024, 15:05 Uhr

Abb. 1: Herzschlagsensor KY-039
Autor: Rick Bürger
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 die Herzfrequenz am Ohrläppchen oder Finger in Herzschlag pro Minute (BPM).

  • 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

Abb. 2: Schaltplan
Abb. 3: Anschlussplan
Abb. 4: Foto des Versuchsaufbaus

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

Versuchsdurchführung

Abb. 5: Simulink-Modell

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

Abb. 6: Darstellung des Rohsignals des IR-Entfernungssensors (rote Kurve)
Abb. 7: Darstellung von dynamischen Messwerten des IR-Entfernungssensors

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.

Literatur

Zitieren Sie nach DIN ISO 690:2013-10.

Anhang

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

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