Angewandte Informatik: Entfernungsmessung mit Ultraschall

Autor:	Prof. Dr.-Ing. Schneider
Modul	Business and Systems Engineering, Angewandte Mathematik und Informatik, Übung, Sommersemester
Modulbezeichnung:	BSE-M-2-1.09

Inhalt

• Aussendung und Empfang von Ultraschallsensor HC-SR04 mit MATLAB^® eingelesen und seine Messwerte analysiert. Das Messrauschen wird anschließend gefiltert.

Inhalt

• Einarbeitung in MATLAB^®
• Programmierung und Anwendung eines gleitenden Mittelwertfilters
• Programmierung und Anwendung eines rekursiven Tiefpassfilters
• Auslegung von Filterparameter
• Anwendung der Filter auf eine Ultraschallmessung
• Vergleich der Filter anhand technischer Kriterien

Lernziele

Nach Durchführung dieser Lektion

• können Sie reale Messwerte speichern und via MATLAB^® zyklisch visualisieren.
• haben Sie ein gleitendes Mittelwertfilter programmiert.
• haben Sie ein rekursives rekursiven Tiefpassfilter programmiert.
• können Sie die Filter parametrieren.
• haben Sie die Filter zyklisch auf Ultraschallmesswerte angewendet und das Filterverhalten analysiert.
• können Sie eine Funktion in MATLAB^® programmieren und aufrufen.

Vorbereitung

Erlernen Sie die Funktion des Ultraschallsensors anhand dieses Fachartikeln und der verlinkten Primärliteratur.

Beispiel

MATHWORKS: Ultraschallsensor einlesen

Aufgabe 4: Entfernungsmessung mit Ultraschall

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 während der Laufzeit in Echtzeit 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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