Arduino: Temperaturmessung mit NTC und PTC: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 10. Dezember 2022, 16:18 Uhr

Autor: Prof. Dr.-Ing. Schneider
Modul: Praxismodul I
Lehrveranstaltung: Mechatronik, Informatikpraktikum 1, 1. Semester, Wintersemester

Inhalt

Temperaturkennlinie von NTC und PTC
Temperaturmessung mit NTC und PTC
Datenspeicherung im EEPROM

Lernziele

Nach Durchführung dieser Lektion

können Sie mittels NTC und PTC Temperaturen messen.
können die Funktion und die Kennlinien eines NTC und PTC beschreiben.
können Sie Messwerte im EEPROM ablegen und auswerten.

Lernzielkontrolle

Was ist ein NTC? Wie funktioniert er?
Mit welcher Schaltung kann man mit einem NTC die Temperatur messen?
Wie lautet der Zusammenhang Fehler beim Parsen (Konvertierungsfehler. Der Server („cli“) hat berichtet: „[INVALID]“): {\displaystyle T = f(R_{NTC})<math>? # Setzen Sie die Formel in C um und testen Sie diese mit den Messwerten aus dem NTC-Datenblatt. # Was ist ein PTC? Wie funktioniert er? # Mit welcher Schaltung kann man mit einem PTC die Temperatur messen? # Wie lautet der Zusammenhang <math>T = f(R_{PTC})<math>? # Setzen Sie die Formel in C um und testen Sie diese mit den Messwerten aus dem PTC-Datenblatt. # Was bedeutet EEPROM? # Wie häufig können Sie das EEPROM beschreiben? # Beschreiben Sie alle Methoden der Klasse <code>EEPROM.h</code> (<code>crc, get, put, read, update, write</code>). # Wurde der Quelltext durch Header und Kommentare aufgewertet? # Wurden jedes Programm mittels PAP geplant? # Wurde auf <code>magic numbers</code> verzichtet? # Wurde die [[Medium:Programmierrichtlinie.pdf|Programmierrichtlinie]] eingehalten? == Vorbereitung == Bereiten Sie sich anhand der nachfolgenden Aufgaben auf den Praktikumstermin vor. # Bereiten Sie sich anhand der [[Arduino:_Temperaturmessung_mit_NTC_und_PTC#Tutorials|Tutorials]] vor. # Planen Sie alle Programme mit PAP. # Beantworten Sie die Lernzielkontrollfragen. # Arbeiten Sie nachhaltig in SVN. '''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>PAP, charakterisiereUltraschaschallsensor.ino, USMessung.txt, charakterisiereUltraschallSensor.m, Lernzielkontrolle_Termin_11.pdf, GleitendesMittelwertFilter(), TiefpasstFilter()</code> == Versuchsdurchführung == === Aufgabe 12.1: Lernzielkontrolle === Präsentieren Sie Prof. Schneider das Ergebnis der Lernzielkontrolle. '''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>Lernzielkontrolle_Termin_10.pdf</code> === Aufgabe 12.2: Temperaturmessung mit einem NTC === # Lesen Sie die Messwerte des Ultraschall-Sensors auf statische Ziele im gesamten Messbereich aus (10 cm, 20 cm, 50 cm, 1 m, 2 m, 3 m, 4 m). Schreiben Sie hierzu ein Arduino-Programm <code>statische Messunsicherheit.ino</code>. Jeder Messsatz sollte >100 Messwerte umfassen. # Nutzen Sie das Programm <code>Putty</code>, um die Daten der seriellen Schnittstelle in der ASCII-Datei <code>Ultraschallmessung.txt</code> zu speichern. # Schreiben Sie einmalig als Header die Bezeichnung der Messwerte Zeit in ms und Strecke in cm in die Textdatei. # Laden und visualisieren Sie die Messdaten in Ultraschallmessung.txt mit MATLAB®. # Stellen Sie die Messdaten in einem Diagramm in cm über der Zeit dar. # Berechnen Sie Mittelwert und Standardabweichung und stellen Sie diese dar, # Beschriften Sie die Graphen. '''Nützlich MATLAB®-Befehle:''' <code>mean, std, xline</code> '''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>statische Messunsicherheit.ino, Ultraschallmessung.txt, zeigeUltraschallMessung.m</code> === Aufgabe 12.3: Temperaturmessung mit einem PTC === Ein gleitendes Mittlwertfilter bildet einen Mittelwert über k Messwerte mittels FIFO. # Schreiben Sie die Funktion <code>GleitendesMittelwertFilter()</code>, welches die Eingangswerte zyklisch filtert. Hier bei wird der Mittelwert über die letzten k Messwerte gebildet. # Testen Sie Ihre Funktion mit Ultraschallmesswerten mit statischen Zielen. # Visualisieren Sie Messwerte und Filterergebnis im seriellen Plotter. # Testen Sie Ihre Funktion mit Ultraschallmesswerten mit dynamischen Zielen. # Wählen Sie k anhand der Messwerte und diskutieren Sie Ihre Wahl mit Prof. Schneider. '''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>testeGleitendesMittelwert.ino</code> '''Hinweis:''' * Nutzen Sie das FIFO aus Aufgabe 6.4. * Die Formel für das gleitende Mittelwertfilter lautet: <math>\bar{x}(k)=\frac{x(1)+x(2)+\ldots+x(k)}{k}} für $k$ Messwerte

Eine Einführung zu rekursiven Filtern finden Sie in folgendem Video.

Gleitendes Mittelwertfilter: 19 m 52 s
Tiefpasfilter: 29 m

Demo: SVN: DemoGleitenderMittelwert

Aufgabe 12.4: Datensicherung im EEPROM

Sichern Sie folgende Daten im EEPROM
- die Namen der Teammitglieder als string.
- die Anzahl der Teammitglieder als byte.
- die Baudrate als int.
- die Zeit mit millis() als long.
- die gemessene Temperatur in °C als float.
Trennen Sie den Arduino von der Spannungsversorgung.
Lesen Sie die im EEPROM gespeicherten Daten aus und visualisieren Sie diese im seriellen Monitor.

Arbeitsergebnisse in SVN: speichereDateninEEPROM.ino, leseDatenausEEPROM.ino

Demo: SVN: DemoEEPROM.ino

Tutorials

Video 1: So funktioniert der Arduino EEPROM

Aufgabe 12.5: Nachhaltige Doku

Sichern Sie alle Ergebnisse mit beschreibendem Text (message) in SVN.
Wurden die Regeln für den Umgang mit SVN eingehalten?
Wurde die Programmierrichtlinie eingehalten?
Wurde nachhaltig dokumentiert?
Haben die Programme einen Header?
Wurden der Quelltext umfangreich kommentiert?
Wurden die PAPs erstellt und abgelegt? Passen die PAPs 100% zum Programm?

Arbeitsergebnis in SVN: SVN Log

Bewertung

Aufgabe	Punkte
12.1	2
12.2	2
12.3	2
12.4	2
12.5	2

Tutorials

Demos

SVN: DemoEEPROM.ino

Literatur

Brühlmann, T.: Arduino Praxiseinstieg. Heidelberg: mitp, 4. Auflage 2019. ISBN 978-3-7475-0056-9. URL: HSHL-Bib, O'Reilly-URL
Brühlmann, T.: Sensoren im Einsatz mit Arduino. Frechen: mitp Verlag, 1. Auflage 2017. ISBN: 9783958451520. URL: HSHL-Bib, O'Reilly
Snieders, R.: ARDUINO lernen. Nordhorn: 8. Auflage 2022. URL: https://funduino.de/vorwort
Schneider, U.: Programmierrichtlinie für für die Erstellung von Software in C. Lippstadt: 1. Auflage 2022. PDF-Dokument (212 kb)

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