| Autor: |
Prof. Dr.-Ing. Schneider
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| Modul |
Business and Systems Engineering, Angewandte Informatikpraktikum, Übung, Wintersemester
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| Modulbezeichnung: |
BSE-M-2-1.09
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Aufgabe 3.1: Entfernungsmessung mit dem Sharp GP2-Y0A41SK0F
- Lesen Sie die Entfernung des Ultraschallsensors ein.
- Filtern Sie das Messignal, um Messfehler zu eliminieren. Programmieren Sie hierzu ein rekursives Tiefpassfilter als
MATLAB Function.
- Nutzen Sie das Ampelmodul, um die Entfernung von Objekten gemäß Tabelle 1 anzuzeigen.
Tabelle 1: Anforderungen an die Software
| Req. |
Beschreibung |
Priorität
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| 1 |
Messung der Entfernung mittels Sharp IR-Sensor |
1
|
| 2 |
Messbereich: 4\,cm bis 30\,cm |
1
|
| 3 |
Aufzeichnung, Analyse und verzugsfreie Filterung der Messwerte Fehler beim Parsen (Konvertierungsfehler. Der Server („cli“) hat berichtet: „[INVALID]“): {\displaystyle U_{raw}<math>. || 1 |- | 4 || Stellen Sie in einem Scope in demselben Graph die ungefilterten Werte $U_{raw}$ dem Filterergebnis $U_{filt}$ gegenüber dar.|| 1 |- | 5 || Die Kennlinie des Infrarotsensors ist nichtlinear. Kalibrierung für den Messbereich mittels Regressionskurve für den Arbeitsbereich.|| 1 |- | 6 || Referenzmessung der Abstandsmessung im Arbeitsbereich mit Gliedermaßstab.|| 1 |- | 7 || x ≥ 0,3 m: gelb || 1 |- | 8 || 0,04 m < x < 0,3 m: grün || 1 |- | 9 || x ≤ 0,04 m: rot || 1 |- |} {| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed" | <strong>Lernzielkontrollfragen </strong> |- | {| class="wikitable" |+ style = "text-align: left"| |- | 1 || Wie funktioniert der IR-Sensor (Sharp 0A41SK) technisch? Wie funktioniert der Primärsensor? |- | 2 || Welche Leistungsmerkmale hat der Sensor? |- | 3 || Wie schließen Sie einen Infrarotsensors über das Breadboard an den Arduino an. |- | 4 || Welcher systematische Fehler tritt beim Infrarotsensor auf? Stellen Sie einen Bezug zum Datenblatt her. |- | 5 || Welches Filterverfahren ist optimal zur Eliminierung des Sensorfehlers? |- | 6 || Wie verarbeiten Sie die analogen Signale des Infrarotsensors digital zur Entfernung? |} |} ---- == Aufgabe 3.2: Kühlschrank-Wächter mit LDR == [[Datei:LDR Spannungsteiler.png|thumb|rigth|450px|Abb. 5: Darstellung des Rohsignals des IR-Entfernungssensors (rote Kurve)]] {| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed" | <strong>Tabelle 1: Materialliste </strong> |- | {| class="wikitable" |+ style = "text-align: left"| |- ! # !! Anzahl !! Material |- | 1 || 1 || PC mit MATLAB/Simulink R2022b |- | 2 || 1 || [[Fotowiderstand LDR 10 kΩ]] |- | 3 || 1 || [[Piezo_Lautsprecher|aktiver Piezo Summer]] oder [[Passiver_Lautsprecher|passiver Lautsprecher]] |- | 4 || 1 || [[Arduino|Arduino Uno R3]] |- | 5 || 1 || [[Steckbrett]] |- | 6 || 5 || Jumper Kabel, männlich/männlich, 20 cm |} |} Entwickeln Sie eine Kühlschrank-Wächter, der einen schrillen Warnton gibt, wenn die Kühlschranktür zu lange geöffnet ist. {| class="wikitable" |+ style = "text-align: left"|Tabelle 2: Anforderungen an die Software |- ! Req. !! Beschreibung !! Priorität |- | 1 || Messung der Helligkeit im Kühlschrank mittels LDR (Schaltung s. Bild 3 und 4). || 1 |- | 2 || Geht das Licht im Kühlschrank an, wird die Zeit gemessen, während die Kühlschranktür geöffnet ist. || 1 |- | 3 || Nach einer Zeit > 5 s ertönt ein Warnton. || 1 |- | 4 || Bei Dunkelheit (Tür geschlossen) verstummt der Warnton || 1 |- |} {| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed" | <strong>Lernzielkontrollfragen </strong> |- | {| class="wikitable" |+ style = "text-align: left"| |- ! # !! Anzahl !! Material |- | 1 || 1 || PC mit MATLAB/Simulink R2022b |- | 2 || 1 || aktiver oder passiver Lautsprecher |- | 3 || 1 || Arduino Uno R3 |- | 4 || 1 || Streckbrett |- | 5 || 5 || Jumper Kabel, männlich/männlich, 20 cm |} |} <!-- {| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed" | <strong>Tabelle 1: Materialliste </strong> |- | {| class="wikitable" |+ style = "text-align: left"| |- | 1 ||Wie funktioniert der Ultraschallsensor (HC-SR04) technisch? |- | 2 || Welche Leistungsmerkmale hat er? |- | 3 || Wie schließen Sie einen Ultraschallsensor (HC-SR04) an den Arduino an? |- | 4 || Wie regen Sie den Ultraschallsender an (<code>Trig</code>)? |- | 5 || Wie sieht das Messsignal aus (<code>Echo</code>)? |- | 6 || Wie verarbeitet man die Signale des Ultraschallsensors \verb|Echo| zu einer Distanz? |} |} --> ---- == Aufgabe 3.3: Temperaturmessung mit PTC == Mittels temperaturabhängigem Halbleiterwiderstand (Thermistor) soll die Außentemperatur gemessen werden. {| class="wikitable" |+ style = "text-align: left"|Tabelle 2: Anforderungen an die Software |- ! Req. !! Beschreibung !! Priorität |- | 1 || Messung der Temperatur mittels PTC-Schaltung Messschaltung || 1 |- | 2 || Kennlinienkalibrierung via nichtlinearer Funktion <math>T=f(R)}
in °C für den Arbeitsbereich. |
1
|
| 3 |
Temperaturbereich: -10 °C bis 70 °C. |
1
|
| 4 |
Temperaturanzeige (Wert, zeitl. Verlauf) in Simulink in °C. |
1
|
| 5 |
Referenzmessung der Temperaturmessung im Arbeitsbereich. |
1
|
| 6 |
Temperaturanzeige (Wert, zeitl. Verlauf) auf dem LCD-Display. |
1
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| Lernzielkontrollfragen
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| # |
Anzahl |
Material
|
| 1 |
1 |
PC mit MATLAB/Simulink R2022b
|
| 2 |
1 |
Widerstand 10\,k$\Omega$, 0,5\% (R1)
|
| 3 |
1 |
Arduino Uno R3
|
| 4 |
1 |
Streckbrett
|
| 5 |
5 |
Jumper Kabel, männlich/männlich, 20 cm
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Literatur
- Bosl, A.: Einführung in MATLAB/Simulink : Berechnung, Programmierung, Simulation. München : Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2. Auflage 2017. ISBN: 9783446442696
- Eshkabilov, S.: Beginning MATLAB and Simulink: From Novice to Professional. Apress, 2019. ISBN: 9781484250617
- Haußer, F.; Luchko, Y.: Mathematische Modellierung mit MATLAB. Berlin, Heidelberg : Springer Spektrum, 2. Auflage 2019. ISBN: 9783662597446.
- Stein, U.: Programmieren mit MATLAB : Programmiersprache, grafische Benutzeroberflächen, Anwendungen. München : Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 6. Auflage 2017. ISBN: 9783446454231
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