Arduino Programmierung mit MATLAB

Inhalt

• Erste Schritte mit dem MATLAB-Supportpaket für Arduino-Hardware
• Arduino Explorer App
• Erste Schritte mit MATLAB
• Arduino Programmierung mit MATLAB^®
• Ultraschallsensor einlesen

Aufgabe 1.1: Arduino Explorer

Testen Sie zuerst die Verbindung zum Arduino mit dem Arduino Explorer. Den passenden port finden Sie über den Windows Geräte-Manager.
>> arduinoExplorer

1. Schließen Sie ein Potentiometer an den analogen Eingang A0 an.
2. Visualisieren Sie die Spannung an A0 mit dem arduinoExplorer.
3. Stecken Sie eine Diode in D13 gegen GND.
4. Schalten Sie die Diode via arduinoExplorer an uns aus.

Aufgabe 1.2: Poti mit MATLAB^® lesen

1. Schließen Sie ein Potentiometer an den analogen Eingang A0 an.
2. Visualisieren Sie die Spannung an A0 mit einem MATLAB^®-Skript für 100 Werte über der Zeit in s.

Musterlösung 

close all; clc; % Initialisierung

if ~isobject(hArduino)
  hArduino = arduino('COM8','Uno') % Verbindung aufbauen
end
tic % Timer starten
for i=1:100
    Spannung(i)= readVoltage(hArduino,'A0');
    Zeit(i)    = toc;
    pause(0.1) % in s
end

plot(Zeit,Spannung,'r.-')
xlabel('Zeit in s')
ylabel('Spannung in V')

Aufgabe 1.3: LED mit MATLAB^® schalten

1. Stecken Sie eine Diode in D13 gegen GND.
2. Schalten Sie die Diode mit einem MATLAB^®-Skript zyklisch an und aus.

Musterlösung 

close all; clc; % Initialisierung
if exist('hArduino')==0
  hArduino = arduino('COM8','Uno'); % Arduino Objekt erzeugen
  disp('Neues Arduino Objekt erzeugt.')
end
nMesswerte = 100;
%% Messschleife
for i=1:nMesswerte
      writeDigitalPin(hArduino, 'D13', 0);
      pause(0.5);
      writeDigitalPin(hArduino, 'D13', 1);
      pause(0.5);
end
clear hArduino

Aufgabe 1.4: LED mit MATLAB^® dimmen

Abb. 1: LED und Potentiometer mit dem Arduino verbinden

1. Stecken Sie eine Diode in D11 gegen GND.
2. Dimmen Sie die Diode mit einem MATLAB^®-Skript mittels Potentiometer (vgl. Aufgabe 2).

Musterlösung 

close all; clc; % Initialisierung
if exist('hArduino')==0
  hArduino = arduino('COM8','Uno'); % Arduino Objekt erzeugen
  disp('Neues Arduino Objekt erzeugt.')
end

nMesswerte = 100;
%% Messschleife
for i=1:nMesswerte
    Spannung = readVoltage(hArduino, 'A0')       % Spannung messen
    writePWMVoltage(hArduino, 'D11', Spannung);   % LED via PWM dimmen
    pause(0.1);
end
clear hArduino

Aufgabe 1.5: Taster und Summer

Abb. 2: Verkabelungsplan für taster und Summer

1. Lesen Sie den Taster via D12 ein (vgl. Abb 2).
2. Steuern Sie den Summer bei Tasterdruck via D11 an.
3. Eine rote LED signalisiert die aktive Programmlaufzeit.

Musterlösung 

close all; clc; % Initialisierung
if exist('hArduino')==0
    hArduino = arduino('COM8','Uno'); % Arduino Objekt erzeugen
    disp('Neues Arduino Objekt erzeugt.')
end

configurePin(hArduino, 'D12', 'pullup');
nMesswerte = 100;
%% Messschleife
for i=1:nMesswerte
    writeDigitalPin(hArduino, 'D13', 1); % Achtung - System läuft
    speaker_status = readDigitalPin(hArduino, 'D12');
    if speaker_status == 0
        playTone(hArduino, 'D11', 1200, 1);
    else
        % Change duration to zero to mute the speaker
        playTone(hArduino, 'D11', 1200, 0);
    end
end
writeDigitalPin(hArduino, 'D13', 0);
clear hArduino

Aufgabe 1.6: Entfernungsmessung mit Ultraschall

Hinweis: Mit der Lösung dieser Aufgabe und Sicherung in SVN können Sie Bonuspunkte erwerben.

1. Lesen Sie die Messwerte des Ultraschallsensor ein [1].
2. Eine rote LED signalisiert die aktive Programmlaufzeit.
3. Zeigen Sie die Distanzwerte in cm über der Zeit an.
4. Sichern Sie Ihre Messwerte in der Datei Ultraschall.mat.
5. Nutzen Sie ein Tiefpassfilter, um das Messwertrauschen zu entstören.
6. Ein Ampelmodul zeigt die Entfernung an.

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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