Infrarotsensor mit Matlab/Simulink
Autor: Janis Ostermann
Sensor: High Precision Medium Range Infrared distance sensor for NXT or EV3
Lehrveranstaltung: Signalverarbeitende Systeme im Sommersemester 2018
Dozent und Betreuer: Prof. Schneider
Aufgabenstellung
Die Aufgabe in der Lehrveranstaltung Signalverarbeitende Systeme aus dem Master-Studiengang Business and Systems Engineering der Hochschule Hamm-Lippstadt war es, semesterbegleitend einen zugeteilten Sensor mit der Hilfe von MATLAB/Simulink auszulesen und dessen Signalverarbeitungskette zu beschreiben, zu untersuchen und zu verstehen.
Sensor
Bei dem genutzten Sensor mit dem Namen DIST-Nx-v3 handelt es sich um ein Modul welches es ermöglicht einen Infrarotsensor mit einem LEGO Mindstorms NXT oder EV3 Mikrocontroller zu verbinden. Bei dem verwendeten Infrarotsensor handelt es sich um einen Sensor der Firma Sharp mit der Bezeichung 2Y0A21. Das DIST-Nx-v3 Modul ist kein LEGO Produkt und wurde von dem Dritthersteller mindsensors.com für die Verwendung mit LEGO Mindsorms Produkten entwickelt. Die Schnittstelle des Sharp Sensors ist ohne weitere zwischengeschaltete Elektronik an SChnittstelle des Moduls angeschlossen. Somit liegen alle Sensorsignal in analoger Form vor.
Wie in der Sensormodul Abbildung zu sehen verfügt dieses über zwei Schnittstellen. Eine Buchse welche es ermöglicht die LEGO Mindstorms Kabel zu verwenden und eine Buchse mit drei Pins, welche sensorseitig vorhanden sind.
Sharp 2Y0A21
Bei dem verwendeten Infrarotsensor handelt es sich um einen Infrarot Abstandssensor der Firma Sharp mit der Bezeichnung 2Y0A21.
Dieser Sensor arbeitet in einem Abstand von 10 bis 80 Zentimetern. Er hat ein analoges Ausgangssignal und verbraucht 30 Milliampere bei einer Betriebsspannung zwischen 4,5 und 5,5 Volt. Die Ausgangsspannung des Sensors liegt zwischen 0 und 5 Volt.
Wie im Blockschaldbild des Sensors zu erkennen besteht er aus einem optischen Positionssensor, einer Infrarot Diode und einer signalverarbeitenden Schaltung. Die Reflektivität des gemessenen Objekts, die Umgebungstemperatur und die Betriebsdauer werden hierbei nicht in die Abstandsmessung eingerechnet, da die Messung durch Triangulation dadurch nicht nennenswert beeinträchtigt wird.
Mikrocontroller
Da der DIST-Nx-v3 Sensor über keine Elektronik verfürgt, welche es ermöglicht eine Kommunikation mit Matlab durchzuführen ist es nötig einen Mikrocontroller zur Umwandlung der analogen in digitale Signale durchzuführen und diese mit Hilfe eines Bussystems an den Matlab ausführenden Computer Zur Wandlung der analogen Messsignale und zur Übertragung an Matlab wird ein Arduino UNO verwendet.
Messaufbau
Signalverarbeitung
Vorverarbeitung
Analog-Digital-Umsetzter
Bussystem
Digitale Signalverarbeitung
Ergebnis
Fehler
Messunsicherheit
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