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

Version vom 10. Dezember 2022, 16:29 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 $T = f(R_{NTC})$ ?
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 $T = f(R_{PTC})$ ?
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 EEPROM.h (crc, get, put, read, update, write).
Wurde der Quelltext durch Header und Kommentare aufgewertet?
Wurden jedes Programm mittels PAP geplant?
Wurde auf magic numbers verzichtet?
Wurde die Programmierrichtlinie eingehalten?

Vorbereitung

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

Bereiten Sie sich anhand der Tutorials und Demos vor.
Planen Sie alle Programme als PAP.
Beantworten Sie die Lernzielkontrollfragen.
Arbeiten Sie nachhaltig in SVN.

Arbeitsergebnisse in SVN: Lernzielkontrolle_Termin_12.pdf

Versuchsdurchführung

Aufgabe 12.1: Lernzielkontrolle

Präsentieren Sie Prof. Schneider das Ergebnis der Lernzielkontrolle.

Arbeitsergebnisse in SVN: Lernzielkontrolle_Termin_12.pdf

Aufgabe 12.2: Temperaturmessung mit einem NTC

Bauen Sie die Grundschaltung für eine Temperaturmessung mit NTC auf.
Lesen Sie die Spannung am Analogpin A0 ein.
Berechnen Sie aus dem Digitalwort den Widerstand $R(T)$ in Ω.
Formen Sie die Formel $R(T)$ nach $T$ um.
Berechnen Sie mit Ihrer Formel die Temperatur in °C.
Visualisieren Sie die Temperatur in °C im Seriellen Plotter.

Arbeitsergebnisse in SVN: messeNTCTemperatur.ino

Aufgabe 12.3: Temperaturmessung mit einem PTC

Bauen Sie die Grundschaltung für eine Temperaturmessung mit NTC auf.
Lesen Sie die Spannung am Analogpin A0 ein.
Berechnen Sie aus dem Digitalwort den Widerstand $R(T)$ in Ω.
Formen Sie die Formel $R(T)$ nach $T$ um.
Berechnen Sie mit Ihrer Formel die Temperatur in °C.
Visualisieren Sie die Temperatur in °C im Seriellen Plotter.

Arbeitsergebnisse in SVN: messePTCTemperatur.ino

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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 Präsentieren Sie Prof. Schneider das Ergebnis der Lernzielkontrolle.
-'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>Lernzielkontrolle_Termin_10.pdf</code>
+'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>Lernzielkontrolle_Termin_12.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.
+# Bauen Sie die [[Temperatursensor_NTC_MF58_3950_B#Messschaltung|Grundschaltung]] für eine Temperaturmessung mit NTC auf.
-# Nutzen Sie das Programm <code>Putty</code>, um die Daten der seriellen Schnittstelle in der ASCII-Datei <code>Ultraschallmessung.txt</code> zu speichern.
+# Lesen Sie die Spannung am Analogpin <code>A0</code> ein.
-# Schreiben Sie einmalig als Header die Bezeichnung der Messwerte Zeit in ms und Strecke in cm in die Textdatei.
+# Berechnen Sie aus dem Digitalwort den Widerstand <math>R(T)</math> in Ω.
-# Laden und visualisieren Sie die Messdaten in Ultraschallmessung.txt mit MATLAB®.
+# Formen Sie die [[Temperatursensor_NTC_MF58_3950_B#Kennlinie|Formel]] <math>R(T)</math> nach <math>T</math> um.
-# Stellen Sie die Messdaten in einem Diagramm in cm über der Zeit dar.
+# Berechnen Sie mit Ihrer Formel die Temperatur in °C.
-# Berechnen Sie Mittelwert und Standardabweichung und stellen Sie diese dar,
+# Visualisieren Sie die Temperatur in °C im Seriellen Plotter.
-# Beschriften Sie die Graphen.
-'''Nützlich MATLAB®-Befehle:''' <code>mean, std, xline</code>
+'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>messeNTCTemperatur.ino</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.
+# Bauen Sie die [[PTC_Temperatursensor_KTY_81-210#Messschaltung|Grundschaltung]] für eine Temperaturmessung mit NTC auf.
-# Schreiben Sie die Funktion <code>GleitendesMittelwertFilter()</code>, welches die Eingangswerte zyklisch filtert. Hier bei wird der Mittelwert über die letzten k Messwerte gebildet.
+# Lesen Sie die Spannung am Analogpin <code>A0</code> ein.
-# Testen Sie Ihre Funktion mit Ultraschallmesswerten mit statischen Zielen.
+# Berechnen Sie aus dem Digitalwort den Widerstand <math>R(T)</math> in Ω.
-# Visualisieren Sie Messwerte und Filterergebnis im seriellen Plotter.
+# Formen Sie die [[PTC_Temperatursensor_KTY_81-210#Kennlinie|Formel]] <math>R(T)</math> nach <math>T</math> um.
-# Testen Sie Ihre Funktion mit Ultraschallmesswerten mit dynamischen Zielen.
+# Berechnen Sie mit Ihrer Formel die Temperatur in °C.
-# Wählen Sie k anhand der Messwerte und diskutieren Sie Ihre Wahl mit Prof. Schneider.
+# Visualisieren Sie die Temperatur in °C im Seriellen Plotter.
-'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>testeGleitendesMittelwert.ino</code>
+'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>messePTCTemperatur.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}</math> für <math>k</math> Messwerte
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