Arduino: IR-Theremin: Unterschied zwischen den Versionen

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'''Autor:''' [[Benutzer:Ulrich_Schneider| Prof. Dr.-Ing. Schneider]]<br>
'''Autor:''' [[Benutzer:Ulrich_Schneider| Prof. Dr.-Ing. Schneider]]<br>
'''Modul:''' Praxismodul I<br>
'''Modul:''' Praxismodul I<br>
'''Lehrveranstaltung:''' Mechatronik, Informatikpraktikum 1, 1. Semester, Wintersemester
'''Lehrveranstaltung:''' Mechatronik, Informatikpraktikum 1, 1. Semester, Wintersemester


== Inhalt ==
== Fragestellungen, Begriffe und Voraussetzungen ==
* Kennlinienuntersuchung und Filterung
* Programmierung und Anwendung eines Medianfilters
* Anwendung des Sharp Entfernungssensors GP2Y0A41SK0F als Theremin


=== Fragestellungen ===
Bislang haben Sie sich umfangreich mit dem Sharp IR Abstandssensor beschäftigt. Sie haben analoge Spannungswerte digitalisiert, Störungen entfernt und mittels Kennlinie die Distanz berechnet. In dieser Lektion kommt der kalibrierte Sensor als Musikinstrument zur Anwendung.
=== Eingeführte Begriffe und Konzepte ===
In den vorherigen Lektionen wurde der serielle Monitor und Plotter der Arduino IDE zu Datenvisualisierung verwendet. In dieser Lektion werden die Daten in eine Textdatei geschrieben und mit MATLAB visualisiert. Zusätzlich wird der passive Lautsprecher verwendet, um eine Melodie zu spielen. Als Musikinstrument wird ein Theremin gebaut, welches abhängig vom gemessenen Abstand die Tonfrequenz variiert.
=== Vorausgesetzte Kenntnisse aus vorangegangenen Lektionen ===
* Messung der Entfernung mit einem IR-Sensor
* Ansteuerung des Piezo Lautsprechers


== Lernziele==
== Lernziele==
Nach Durchführung dieser Lektion
Nach Durchführung dieser Lektion
* können Sie den Sensor korrekt (elektrisch) anschließen.
* können Daten in eine Textdatei exportieren und mit MATLAB<sup>®</sup> visualisieren.
* können die Messwerte mit dem Serial Plotter der Arduino IDE anzeigen.
* können eine Melodie mit dem Arduino spielen.
* können Sie die Sensordaten in die gemessene Entfernung umrechnen.
* können Sie ein IR-Theremin bauen und entfernungsabhängig Töne spielen.
* können Sie die Messwerte charakterisieren.


== Lernzielkontrolle ==
== Lernzielkontrolle ==
# Welcher Primärsensor kommt im Sharp GP2Y0A21YK0F zum Einsatz?
# Haben Sie Messdaten mit 115200 baud seriell ausgegeben?
# Wie funktioniert der Sensor GP2Y0A41SK0F technisch?
# Haben Sie Messdaten mit Putty in ein Textdatei geschrieben und gespeichert?
# Was misst der Sensor GP2Y0A41SK0F? Was ist seine Ausgangsgröße <code>U1</code>?
# Haben Sie die Messdaten mit MATLAB geladen und angezeigt?
# Wie wird die Ausgangsgröße (<code>U1</code>) digitalisiert (<code>D1</code>)?
# Auf welchen Wegen lässt sich die digitalisierte Ausgangsgröße <code>D1</code> in die Distanz <code>d</code> umgerechnet?
# Wurde der Quelltext durch Header und Kommentare aufgewertet?
# Wurde der Quelltext durch Header und Kommentare aufgewertet?
# Wurden jedes Programm mittels PAP geplant?
# Wurden jedes Programm mittels PAP geplant?
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# Wurde die [[Medium:Programmierrichtlinie.pdf|Programmierrichtlinie]] eingehalten?
# Wurde die [[Medium:Programmierrichtlinie.pdf|Programmierrichtlinie]] eingehalten?


'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>Lernzielkontrolle_Termin_05.pdf</code>
== Tutorials ==
* [https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/analog-io/analogread/ Arduino Referenz: <code>analogRead()</code>]
* [https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/analog-io/analogread/ Arduino Referenz: <code>map()</code> ]
* [https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/advanced-io/tone/ Arduino Referenz: <code>tone()</code>]
* [https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/advanced-io/notone/ Arduino Referenz: <code>noTone()</code>]
* [[Sharp_GP2Y0A41SK0F| Wiki: SHARP IR Abstandsensor]]
* [[Einrichtung_von_PuTTY| Wiki: Anleitung für Putty]]


== Demos ==
*  [https://svn.hshl.de/svn/Informatikpraktikum_1/trunk/Arduino/ArduinoLibOrdner/ArduinoUnoR3/examples/DemoDebugTxt2MATLAB  DemoDebugTxt2MATLAB]
== Vorbereitung ==
== Vorbereitung ==
[[Datei:Batterie-Tester.jpg |thumb|rigth|300px|Abb. 2: Batterie-Tester]]
Bereiten Sie sich anhand der nachfolgenden Aufgaben auf den Praktikumstermin vor.
# Studieren Sie das [https://docs.arduino.cc/software/ide-v2/tutorials/ide-v2-serial-plotter Using the Serial Plotter Tool]  und nutzen Sie das Demo [https://svn.hshl.de/svn/Informatikpraktikum_1/trunk/Demos/Arduino/DemoSharpIR/DemoSharpIR.ino DemoSharpIR.ino], um Daten im Seriellen Plotter auszugeben.
# Installieren Sie den seriellen Monitor <code>Putty</code> und machen Sie sich mit der Bedienung vertraut. Nutzen Sie den Artikel [[Einrichtung_von_PuTTY| Anleitung für Putty]].
# Recherchieren Sie die Funktion des Sensors anhand von Fachliteratur und des [[Medium:GP2Y0A41SK0F.pdf|Datenblatts]] oder [[Sharp_GP2Y0A41SK0F|Wiki-Artikels]].
# Schreiben Sie ein Arduino Programm, welchen die <code>Zeit in ms</code> und <code>Distanz in cm</code> seriell ausgibt.
# Bauen Sie die Schaltungen zur Auswertung der Sensoren auf.
# Visualisieren Sie Die Distanz über der Zeit in MATLAB. Nutzen Sie hierfür das [https://svn.hshl.de/svn/Informatikpraktikum_1/trunk/Demos/Arduino/DemoDebugTxt2MATLAB  DemoDebugTxt2MATLAB].
# Nutzen Sie die Abbildung auf Seite 4 des [[Medium:GP2Y0A41SK0F.pdf|Datenblatts]], um eine Tabelle Spannung/Distanz aufzustellen (vgl. Tab. 1).
# Machen Sie sich mit der Funktion der analogen Eingänge vertraut: [https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/analog-io/analogread/ Arduino Referenz: <code>analogRead()</code> ]. Messen Sie gemäß Abb. 2 die Spannung einen AA Batterie in V. (Hinweis: KEINE 9-V-BLOCK nutzen! Spannung von mehr als 5&thinsp;V können den '''Arduino zerstören'''.)
# Nutzen Sie die [https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/analog-io/analogread/ Arduino Referenz: <code>analogRead()</code> ] und erweitern Sie Ihre Tabelle um die Spalte Digitalwert <code>D1</code> (vgl. Tab. 1).
# Planen Sie die Software via PAP.
# Planen Sie die Software via PAP.
# Beantworten Sie die Lernzielkontrollfragen.
# Beantworten Sie die Lernzielkontrollfragen.
# Sichern Sie Ihre Unterlagen in SVN.
# Sichern Sie Ihre Unterlagen in SVN.
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'''Musterlösung:''' für den Batterie-Tester
'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>Lernzielkontrolle_Termin_07.pdf</code>
<source line lang="C" style="font-size:small">const unsigned long BAUD_RATE_u32 = 9600;
const unsigned int AUFLOESUNG_u16 = 1023; //2^10-1
const float ARDUINO_SPANNUNG_f32  = 5.0;
 
void setup() {
  Serial.begin(BAUD_RATE);
}
 
void loop() {
  unsigned int Digitalwert_u16 = analogRead(A0); // Quantisierung der Apannung am Analogen Eingang A0
  Serial.print(ARDUINO_SPANNUNG_f32 * AUFLOESUNG_u16/Digitalwert_u16); // Umrechnung Digitalwert in V
  Serial.println("V");
</source>
</div>
{| class="wikitable"
|+ style = "text-align: left"|Tabelle 1: Kennlinie des IR-Distanzsensors
|-
| '''Spannung <code>U1</code> in V'''|| '''Distanz <code>d</code> in cm'''|| '''Digitalwert <code>D1</code>'''
|-
| 3|| 3,6 || 614
|-
| 2.02|| 6 || 413
|-
| 0.82|| 16 || 168
|-
| ..|| .. || ..
|-
|}
'''Tipps:'''
* Nutzen Sie Werte über den gesamten Wertebereich [0.2&thinsp;V .. 3.2&thinsp;V].
* Sie können die Werte auch durch reale Messungen auf ein statisches Ziel ermitteln.
* Umrechnungsformel: <math>D_1 = U_1\cdot \frac{1023}{5\,V}</math>
<iframe key="panopto" path="/Panopto/Pages/Embed.aspx?id=98958e23-9c36-48cf-b912-af3c00601ce1&autoplay=false&offerviewer=true&showtitle=true&showbrand=true&captions=false&interactivity=all" height="405" width="720" style="border: 1px solid #464646;" allowfullscreen allow="autoplay"></iframe>
<!--https://hshl.cloud.panopto.eu/Panopto/Pages/Viewer.aspx?-->


== Versuchsdurchführung ==
== Versuchsdurchführung ==
=== Aufgabe 5.1: Lernzielkontrolle ===
=== Aufgabe 8.1: Lernzielkontrolle ===
Präsentieren Sie Prof. Schneider das Ergebnis der Lernzielkontrolle.
Präsentieren Sie Prof. Schneider das Ergebnis der Lernzielkontrolle.


'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>Lernzielkontrolle_Termin_05.pdf</code>
'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>Lernzielkontrolle_Termin_08.pdf</code>
----
=== Aufgabe 8.2: Debugging ===
'''Arduino-Aufgabe'''
# Messen Sie die Zeit in Millisekunden mit dem Befehl <code>millis()</code>
# Messen Sie die Entfernung mit und ohne Median-Filter.
# Geben Sie die Zeit und Messdaten im seriellen Monitor aus (Format: Zeit in ms;d in cm; Median-Filter in cm <LF></code>).
# Nutzen Sie Putty als seriellen Monitor und speichern Sie die Daten in der Datei <code>Debug.txt</code>.
'''Nützliche Befehle''': <code>millis(), Serial.begin(), Serial.println(), analogRead()</code>
----
'''MATLAB-Aufgabe'''
# Nutzen Sie das Demo <code>startLeseDebug.m</code> und lesen Sie die Daten aus der Datei <code>Debug.txt</code>.
# Stellen Sie die Entfernung ohne Median Filter über der Zeit dar (<code>plot(Zeit,Messwerte,'r.-')</code>).
# Stellen Sie die Entfernung mit Median Filter über der Zeit dar (<code>plot(Zeit,median,'b-')</code>).
# Ergänzen Sie eine Legende (<code>legend("Messwerte", "Median-Filter")</code>).
# Beschriften Sie die Achsen.


=== Aufgabe 5.2: Der Abstandssensor Sharp GP2Y0A21YK0F ===
'''Nützliche Befehle''': <code>hold on, plot, yLabel, legend</code>
# Setzen Sie Ihre geplante Software 1:1 um.
# Stellen Sie die Messwerte <code>D1</code> im Seriellen Monitor und Plotter dar.


'''Nützliche Befehle''': <code>Serial.begin(), Serial.println(), analogRead()</code>
'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>schreibeDebugDatei.ino, Debug.txt, leseDebugDatei.m</code>


'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>leseSharpIR.ino</code>
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">


'''Demo:''' [https://svn.hshl.de/svn/Informatikpraktikum_1/trunk/Demos/Arduino/DemoSharpIR/DemoSharpIR.ino Demo: DemoSharpIR.ino]
'''Tutorial:''' [[Einrichtung_von_PuTTY| Anleitung für Putty]]<br>
'''Demo:''' [https://svn.hshl.de/svn/Informatikpraktikum_1/trunk/Demos/Arduino/DemoDebugTxt2MATLAB  DemoDebugTxt2MATLAB]
</div>
</div>
----


=== Aufgabe 5.3: Sensorkennlinie ===
=== Aufgabe 8.3: Töne erzeugen ===
# Erweitern Sie Ihr Programm <code>leseSharpIR.ino</code>. Rechnen Sie das Digitalwort <code>D1</code> in die Messdistanz <code>d</code> um.
# Folgen Sie der [https://funduino.de/nr-08-toene-erzeugen Anleitung zur Ausgaben von Tönen].
# Stellen Sie die Distanz <code>d</code> im Seriellen Monitor und Plotter dar.
# Mit einem passiven Lautsprecher sollen unterschiedliche Töne und eine Melodie erzeugt werden.
# Verifizieren Sie Ihr Ergebnis mit einem Gliedermaßstab.
# Was fällt Ihnen bei den Messwerten auf?


'''Nützliche Befehle''': <code>Serial.begin(), Serial.println(), analogRead(), LookupTable(), analogRead()</code>
'''Nützliche Befehle''': <code>tone(), delay(), noTone(), pinMode(), digitalRead(), if()</code>


'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>leseSharpIR.ino</code>
'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>spieleMelodie.ino</code>
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">


'''Demo:''' [https://svn.hshl.de/svn/Informatikpraktikum_1/trunk/Demos/Arduino/DemoLookupTable/DemoLookupTable.ino DemoLookupTable.ino]
'''Lösung:''' [https://funduino.de/nr-08-toene-erzeugen Nr.08 – Töne erzeugen]
</div>
</div>
----
=== Aufgabe 8.4: IR-Theremin ===
Ein Theremin ist ein Instrument, das Töne abhängig von den Bewegungen des Musizierenden erzeugt. Die Titelmelodie von Star Treck wurde beispielsweise damit gespielt. Das Theremin detektiert die Hände im Verhältnis zu zwei Antennen. Diese Antennen sind mit einem analogen Schaltkreis verbunden und erzeugen die Musik. Eine Antenne regelt die Frequenz der Töne und die Andere die Lautstärke. Diese Aufgabe emuliert das Theremin indem die Funktion <code>tone()</code> verwendet wird und die vom IR-Sensor gemessenen Abstände die Tonfrequenzen manipulieren. Lesen Sie die Entfernung wie in den Aufgaben zuvor über <code>analogRead()</code> ein. Schließen Sie den aktiven Lautprecher (Piezo-Lautsprecher) an Pin 8 an.
# Erzeugen Sie Töne abhängig von den Messwerten des Sharp IR-Entfernungssensors.
# Kalibrieren Sie die Zuordnung von Entfernung zu Frequenzen mit dem Der <code>map()</code>-Befehl.
# Spielen Sie eine Melodie.


=== Aufgabe 5.4: Charakterisierung des Sharp Abstandssensors ===
'''Nützliche Befehle''': <code>tone(), delay(), noTone(), analogRead(), map()</code>
Bestimmen Sie die nachfolgenden Werte, um den IR-Sensor zu beschreiben
* Messbereich in cm
* Auflösung (Zeit, Distanz)
* Empfindlichkeit


'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>IR_Theremin.ino</code>
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">


'''Nützliche Befehle''': <code>millis(), Serial.print(), Serial.println()</code>
'''Tipps:'''  
 
* [https://funduino.de/nr-08-toene-erzeugen Anleitung zur Ausgaben von Tönen]
'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>Sensorcharakterisierung.pdf</code>
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">


'''Musterlösung:'''
* Den Messbereich beschreibt der kleinste und größte Messwert [3,50]cm.
* Die Auflösung ist der kleinstmögliche Werteschritt. Hier Zeit: 5-7&thinsp;ms, Spannung: 0,0048V
* Die Empfindlichkeit berechnet sich aus <math>E=\frac{\Delta y}{\Delta x}</math>. Im nichtlinearen Fall entsprich dies der 1. Ableitung.
</div>
</div>
 
----
=== Aufgabe 5.5: Nachhaltige Doku ===
=== Aufgabe 8.5: Nachhaltige Doku ===
Sichern Sie alle Ergebnisse mit beschreibendem Text (<code>message</code>) in SVN.
Sichern Sie alle Ergebnisse mit beschreibendem Text (<code>message</code>) in SVN.
* Wurden die Regeln für den Umgang mit SVN eingehalten?
* Wurden die Regeln für den Umgang mit SVN eingehalten?
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'''Arbeitsergebnis''' in SVN: <code>SVN Log</code>
'''Arbeitsergebnis''' in SVN: <code>SVN Log</code>


== Bewertung ==
== Videos ==
{| class="wikitable"
{{#ev:youtube|https://https://youtu.be/flB3BA-johE | 250 | | Was ist ein Theremin?|frame}}
|-
{{#ev:youtube|https://youtu.be/x0NVb25p1oU | 250 | | STAR TREK original theme performed on theremin |frame}}
| '''Aufgabe'''|| '''Punkte'''
{{#ev:youtube|https://https://https://youtu.be/FqG7rlj6tVM | 250 | | Infrarotsensor Theremin|frame}}
|-
| 5.1|| 2
|-
| 5.2|| 2
|-
| 5.3|| 2
|-
| 5.4|| 2
|-
| 5.5|| 2
|-
|}
== Tutorials ==
* [https://docs.arduino.cc/software/ide-v2/tutorials/ide-v2-serial-plotter Arduino: Using the Serial Plotter Tool]
* [https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/analog-io/analogread/ Arduino Referenz: <code>analogRead()</code> ]
* [[SHARP_IR_Abstandsensor_GP2Y0A21YK0F| Wiki: SHARP IR Abstandsensor]]
 
== Demos ==
* [https://svn.hshl.de/svn/Informatikpraktikum_1/trunk/Demos/Arduino/DemoSharpIR/DemoSharpIR.ino DemoSharpIR.ino]
* [https://svn.hshl.de/svn/Informatikpraktikum_1/trunk/Demos/Arduino/DemoLookupTable/DemoLookupTable.ino DemoLookupTable.ino]
* [https://svn.hshl.de/svn/Informatikpraktikum_1/trunk/Demos/Arduino/DemoLookupTable/DemoLookupTableIR.ino DemoLookupTableIR.ino]


== Literatur ==
== Literatur ==
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→ zurück zum Hauptartikel: [[Arduino_Praxiseinstieg|Arduino Praxiseinstieg]]
→ Termine [[Einführungsveranstaltung Informatikpraktikum 1|0]] [[Einarbeitung_in_die_Versionsverwaltung_SVN|1]] [[Einstieg_in_die_Welt_des_Arduino|2]]  [[Arduino: Taster auswerten und LEDs ansteuern|3]] [[Arduino:_Sensoren_einlesen|4]]  [[Arduino:_Infrarotsensor_einlesen|5]] [[Arduino:_Infrarotsensor_entstören|6]] [[Arduino:_Programmier-Challenge_I_WS_23/24|7]] [[Arduino:_IR-Theremin|8]] [[Arduino:_Aktoren|9]] [[Arduino:_LCD_Display_mit_I2C_Schnittstelle|10]] [[Arduino:_Ultraschall_Entfernungsmessung|11]] [[Arduino:_Ultraschallsensor_entstören|12]] [[Arduino:_Temperaturmessung_mit_NTC_und_PTC|13]] [[Arduino:_Programmier-Challenge_I_WS_23/24|14]]<br>
→ zurück zum Hauptartikel: [[Arduino_Praxiseinstieg_WS_23/24|Arduino Praxiseinstieg]]

Aktuelle Version vom 20. November 2023, 10:43 Uhr

Abb. 1: Alexandra Stepanoff spielt ein Theremin für NBC Radio im Jahr 1930

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

Fragestellungen, Begriffe und Voraussetzungen

Fragestellungen

Bislang haben Sie sich umfangreich mit dem Sharp IR Abstandssensor beschäftigt. Sie haben analoge Spannungswerte digitalisiert, Störungen entfernt und mittels Kennlinie die Distanz berechnet. In dieser Lektion kommt der kalibrierte Sensor als Musikinstrument zur Anwendung.

Eingeführte Begriffe und Konzepte

In den vorherigen Lektionen wurde der serielle Monitor und Plotter der Arduino IDE zu Datenvisualisierung verwendet. In dieser Lektion werden die Daten in eine Textdatei geschrieben und mit MATLAB visualisiert. Zusätzlich wird der passive Lautsprecher verwendet, um eine Melodie zu spielen. Als Musikinstrument wird ein Theremin gebaut, welches abhängig vom gemessenen Abstand die Tonfrequenz variiert.

Vorausgesetzte Kenntnisse aus vorangegangenen Lektionen

  • Messung der Entfernung mit einem IR-Sensor
  • Ansteuerung des Piezo Lautsprechers

Lernziele

Nach Durchführung dieser Lektion

  • können Daten in eine Textdatei exportieren und mit MATLAB® visualisieren.
  • können eine Melodie mit dem Arduino spielen.
  • können Sie ein IR-Theremin bauen und entfernungsabhängig Töne spielen.

Lernzielkontrolle

  1. Haben Sie Messdaten mit 115200 baud seriell ausgegeben?
  2. Haben Sie Messdaten mit Putty in ein Textdatei geschrieben und gespeichert?
  3. Haben Sie die Messdaten mit MATLAB geladen und angezeigt?
  4. Wurde der Quelltext durch Header und Kommentare aufgewertet?
  5. Wurden jedes Programm mittels PAP geplant?
  6. Wurde auf magic numbers verzichtet?
  7. Wurde die Programmierrichtlinie eingehalten?

Tutorials

Demos

Vorbereitung

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

  1. Installieren Sie den seriellen Monitor Putty und machen Sie sich mit der Bedienung vertraut. Nutzen Sie den Artikel Anleitung für Putty.
  2. Schreiben Sie ein Arduino Programm, welchen die Zeit in ms und Distanz in cm seriell ausgibt.
  3. Visualisieren Sie Die Distanz über der Zeit in MATLAB. Nutzen Sie hierfür das DemoDebugTxt2MATLAB.
  4. Planen Sie die Software via PAP.
  5. Beantworten Sie die Lernzielkontrollfragen.
  6. Sichern Sie Ihre Unterlagen in SVN.

Arbeitsergebnisse in SVN: Lernzielkontrolle_Termin_07.pdf

Versuchsdurchführung

Aufgabe 8.1: Lernzielkontrolle

Präsentieren Sie Prof. Schneider das Ergebnis der Lernzielkontrolle.

Arbeitsergebnisse in SVN: Lernzielkontrolle_Termin_08.pdf

Aufgabe 8.2: Debugging

Arduino-Aufgabe

  1. Messen Sie die Zeit in Millisekunden mit dem Befehl millis()
  2. Messen Sie die Entfernung mit und ohne Median-Filter.
  3. Geben Sie die Zeit und Messdaten im seriellen Monitor aus (Format: Zeit in ms;d in cm; Median-Filter in cm <LF>).
  4. Nutzen Sie Putty als seriellen Monitor und speichern Sie die Daten in der Datei Debug.txt.

Nützliche Befehle: millis(), Serial.begin(), Serial.println(), analogRead()

MATLAB-Aufgabe

  1. Nutzen Sie das Demo startLeseDebug.m und lesen Sie die Daten aus der Datei Debug.txt.
  2. Stellen Sie die Entfernung ohne Median Filter über der Zeit dar (plot(Zeit,Messwerte,'r.-')).
  3. Stellen Sie die Entfernung mit Median Filter über der Zeit dar (plot(Zeit,median,'b-')).
  4. Ergänzen Sie eine Legende (legend("Messwerte", "Median-Filter")).
  5. Beschriften Sie die Achsen.

Nützliche Befehle: hold on, plot, yLabel, legend

Arbeitsergebnisse in SVN: schreibeDebugDatei.ino, Debug.txt, leseDebugDatei.m

Tutorial: Anleitung für Putty
Demo: DemoDebugTxt2MATLAB

Aufgabe 8.3: Töne erzeugen

  1. Folgen Sie der Anleitung zur Ausgaben von Tönen.
  2. Mit einem passiven Lautsprecher sollen unterschiedliche Töne und eine Melodie erzeugt werden.

Nützliche Befehle: tone(), delay(), noTone(), pinMode(), digitalRead(), if()

Arbeitsergebnisse in SVN: spieleMelodie.ino

Lösung: Nr.08 – Töne erzeugen

Aufgabe 8.4: IR-Theremin

Ein Theremin ist ein Instrument, das Töne abhängig von den Bewegungen des Musizierenden erzeugt. Die Titelmelodie von Star Treck wurde beispielsweise damit gespielt. Das Theremin detektiert die Hände im Verhältnis zu zwei Antennen. Diese Antennen sind mit einem analogen Schaltkreis verbunden und erzeugen die Musik. Eine Antenne regelt die Frequenz der Töne und die Andere die Lautstärke. Diese Aufgabe emuliert das Theremin indem die Funktion tone() verwendet wird und die vom IR-Sensor gemessenen Abstände die Tonfrequenzen manipulieren. Lesen Sie die Entfernung wie in den Aufgaben zuvor über analogRead() ein. Schließen Sie den aktiven Lautprecher (Piezo-Lautsprecher) an Pin 8 an.

  1. Erzeugen Sie Töne abhängig von den Messwerten des Sharp IR-Entfernungssensors.
  2. Kalibrieren Sie die Zuordnung von Entfernung zu Frequenzen mit dem Der map()-Befehl.
  3. Spielen Sie eine Melodie.

Nützliche Befehle: tone(), delay(), noTone(), analogRead(), map()

Arbeitsergebnisse in SVN: IR_Theremin.ino

Tipps:

Aufgabe 8.5: 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

Videos

Was ist ein Theremin?
STAR TREK original theme performed on theremin
Infrarotsensor Theremin

Literatur

  1. Brühlmann, T.: Arduino Praxiseinstieg. Heidelberg: mitp, 4. Auflage 2019. ISBN 978-3-7475-0056-9. URL: HSHL-Bib, O'Reilly-URL
  2. Brühlmann, T.: Sensoren im Einsatz mit Arduino. Frechen: mitp Verlag, 1. Auflage 2017. ISBN: 9783958451520. URL: HSHL-Bib, O'Reilly
  3. Snieders, R.: ARDUINO lernen. Nordhorn: 8. Auflage 2022. URL: https://funduino.de/vorwort
  4. Schneider, U.: Programmierrichtlinie für für die Erstellung von Software in C. Lippstadt: 1. Auflage 2022. PDF-Dokument (212 kb)
  5. Sharp: GP2Y0A41SK0F. URL: [1]. Datenblatt (858 kb)

→ Termine 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
→ zurück zum Hauptartikel: Arduino Praxiseinstieg

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