Arduino: Infrarotsensor entstören: Unterschied zwischen den Versionen

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'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>IR_Sensorcharakterisierung.pdf</code>
'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>IR_Sensorcharakterisierung.pdf</code>
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| <strong>Messbereich&thinsp;</strong>
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Sie messen auf ein Ziel in verschiedenen Distanzen und zeichnen auf x die Referenz und auf y die Anzeige Ihres Systems.


'''Tipps:'''
'''Messbereich:''' Sie messen auf ein Ziel in verschiedenen Distanzen und zeichnen auf x die Referenz und auf y die Anzeige Ihres Systems.
Minimalbeispiel:
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Mit der Abweichung von einer Ursprungsgraden können wir im Gespräch die Güte bewerten. Gibt es beispielsweise einen Offset oder driften die Werte auseinander?
Mit der Abweichung von einer Ursprungsgraden können wir im Gespräch die Güte bewerten. Gibt es beispielsweise einen Offset oder driften die Werte auseinander?
 
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'''Auflösung:''' [https://de.wikipedia.org/wiki/Aufl%C3%B6sung_(Messtechnik)]
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Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Aufl%C3%B6sung_(Messtechnik)]
* Welche Auswirkung hat D=700 zu D=699 auf die Ausgangsgröße d?
* Welche Auswirkung hat D=700 zu D=699 auf die Ausgangsgröße d?
* Tragen Sie diese Werte gegeneinander auf ergibt sich eine Kurve.  
* Tragen Sie diese Werte gegeneinander auf ergibt sich eine Kurve.  
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'''Empfindlichkeit:''' [https://de.wikipedia.org/wiki/Empfindlichkeit_(Technik)]
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Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Empfindlichkeit_(Technik)]
* Hier setzen Sie <math>E = \frac{\Delta d}{\Delta U}</math> ins Verhältnis.
* Hier setzen Sie <math>E = \frac{\Delta d}{\Delta U}</math> ins Verhältnis.
* Das sind die partiellen Ableitungen (Steigung) der [[Sharp_GP2Y0A41SK0F|Kennlinie]] in Abb. 8.
* Das sind die partiellen Ableitungen (Steigung) der [[Sharp_GP2Y0A41SK0F|Kennlinie]] in Abb. 8.
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Version vom 19. März 2026, 11:06 Uhr

Abb. 1: Systematischer Sensorfehler des Sharp IR
Autor: Prof. Dr.-Ing. Schneider
Modul: Praxismodul I
Lektion 6: Mechatronik, Informatikpraktikum, 1. Semester, Wintersemester

Inhalt

  • Kennlinienuntersuchung und Filterung
  • Installation und Nutzung einer Bibliothek
  • Programmierung und Anwendung eines Median-Filters

Lernziele

Nach Durchführung dieser Lektion

  • können Sie die systematischen Sensorfehler erkennen und behandeln.
  • können Sie eine Bibiothek installieren und nutzen.
  • können die Messwerte vergleichend anzeigen und bewerten.
  • können Sie die Messwerte charakterisieren.
  • können Sie ein Median-Filter erläutern und anwenden.

Lernzielkontrolle

  1. Wie bestimmt man die Größe eines Arrays?
  2. Wie installiert man in der Arduino IDE eine neuen Bibliothek?
  3. Wie nutzt man die Bibliothek ArduinoSort, um ein Array auszugeben und zu sortieren?
  4. Was ist ein Median-Filter? Wie wird der Median berechnet?
  5. Was ist in C ein Zeiger und wie wird er verwendet?

Arbeitsergebnisse in SVN: Lernzielkontrolle_Termin_06.pdf

Tutorials

Video Tutorials

Demos

Vorbereitung

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

  1. Studieren Sie die Tutorials und Demos.
  2. Legen Sie ein Array an und bestimmen Sie dessen Größe. Nutzen Sie das DemoSizeOfArray.ino.
  3. Sie benötigen die Bibliothek ArduinoSort-master.zip. Diese ist im HSHL-Library-Ordner bereits für Sie hinterlegt. Hier finden Sie die Anleitung.
  4. Machen Sie sich mit dem DemoSortiereArray vertraut.
  5. Geben Sie mit ein Array im seriellen Monitor aus. Machen Sie sich mit der Funktion von Zeigern in C vertraut.
  6. Recherchieren Sie hier die Bezeichnungen "call by value" und "call by reference".
  7. Sortieren Sie ein Array mit zufälligen Zahlen. Versuchen Sie das Demo DemoSortiereArray.ino nachzuvollziehen.
  8. Schauen Sie sich die Videos zum Median Filter sowie das dazugehörige DemoMedianFilter an.
  9. Planen Sie die Software via PAP.
  10. Beantworten Sie die Lernzielkontrollfragen.
  11. Sichern Sie Ihre Unterlagen in SVN.

Vorbereitungsaufgabe: Median-Filter

Ausreißer lassen sich gut mit einem Median-Filter entfernen. Ein Beispielvideo finden Sie in diesem Artikel.

  1. Schreiben Sie die Funktion int MedianFilter(int Messwert_s16). Diese Funktion soll über einen statischen 5 Werte Ringspeicher (first in first out, FIFO) verfügen. Der erste Wert wird gelöscht, die nachfolgenden Werte rutschen einen auf und der neue Messwert (Messwert_s32) nimmt Platz 5 ein.
  2. Sortieren Sie die 5 Werte nach Größe z. B. 2,2,4,1,2 wird zu 1,2,2,2,4. Nutzen Sie hierfür die Funktionen aus DemoSortiereArray
  3. Geben Sie als Rückgabewert die Mitte des Arrays SortiertesArray[3] zurück.
  4. Testen Sie die Funktion Ihrer Funktion mit Zufallszahlen im void loop()

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

Arbeitsergebnis in SVN: testeMedianFilter.ino

Video Tutorials

Versuchsdurchführung

Aufgabe 6.1: Besprechung der Versuchsvorbereitung

Diskutieren Sie mit Prof. Schneider die Ergebnis Ihrer Vorbereitung.

Aufgabe 6.2: Messwertanalyse

  1. Messen Sie die Zeit in Millisekunden (ms) mit dem Befehl millis()
  2. Geben Sie die Zeit und Messdaten im seriellen Plotter mit 115200 Baud aus (z. B. Zeit in ms : Entfernung in cm 1 : 5).
  3. Analysieren Sie die Messdaten. Was fällt Ihnen auf?
  4. Diskutieren Sie das Ergebnis mit Prof. Schneider.
  5. Wie lässt sich der Fehler beheben?

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

Arbeitsergebnisse in SVN: zeigeIRMesswerte.ino

Aufgabe 6.3: IR Sensorcharakterisierung

  1. Zeichnen Sie die gemessene Entfernung im Verhältnis zu einer Referenz auf. Die Referenz 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?

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

Arbeitsergebnisse in SVN: IR_Sensorcharakterisierung.pdf

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