Arduino: Ultraschall Entfernungsmessung: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 27. November 2022, 14:11 Uhr

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

Fragestellungen, Begriffe und Voraussetzungen

Fragestellungen

In dieser Lektion wird der Ultraschallsensor HC-SR04 angesteuert und seine Messwerte analysiert.

Eingeführte Begriffe und Konzepte

Diese Lektion befasst sich mit der Vorstellung und Ansteuerung des Ultraschallsensors HC-SR04.

Vorausgesetzte Kenntnisse aus vorangegangenen Lektionen

Nutzung der dititalen IO-Pins

Lernziele

Nach Durchführung dieser Lektion

können die Funktion eines Ultraschallsensors erläutern.
können Sie die Vor- und Nachteile der Entfernungsmessung mit Ultraschall erläutern.
können Sie einen Ultraschallsensors ansteuern.
können Sie die Messdaten charakterisieren und auf dem LCD-Display anzeigen.
können Sie die Messwerte filtern.

Lernzielkontrolle

Welche Frequenzen kann das menschliche Ohr wahrnehmen?
Ist Ultraschall (US) hörbar?
Welche Frequenz hat US?
Welche Geschwindigkeit hat US bei Raumtemperatur (20 °C)?
Von welchen Faktoren hängt die US-Geschwindigkeit noch ab?
Nennen Sie die Formel für die Entfernungsmessung mit Ultraschall.
Nennen Sie Vor- und Nachteile von US-Sensoren.
Nennen Sie 10 Anwendungsgebiete für US-Sensoren.
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.

Recherchieren Sie die Funktion des I²C-Busses: Wiki: I2C, [1, S.112ff., 240ff.]
Setzen Sie das Beispiel Temperaturen mit einem TMP36 am Arduino messen um.
Setzen Sie das Beispiel Ein LCD Display per Arduino ansteuern um.
Schalten Sie verschiedene Anzeigen im Display um.
Planen Sie die Software via PAP.
Beantworten Sie die Lernzielkontrollfragen.
Sichern Sie Ihre Unterlagen in SVN.

Arbeitsergebnisse in SVN: Lernzielkontrolle_Termin_09.pdf

Versuchsdurchführung

Aufgabe 10.1: Lernzielkontrolle

Präsentieren Sie Prof. Schneider das Ergebnis der Lernzielkontrolle.

Arbeitsergebnisse in SVN: Lernzielkontrolle_Termin_09.pdf

Aufgabe 10.2: Ultraschall Entfernungsmessung

Mit den Ultraschallsensor HC-SR04 und einem Arduino Mikrocontroller soll eine Entfernung gemessen und mit dem „serial-monitor“ angezeigt werden.

Nützliche Befehle: #include, init, backlight, setCursor, print

Arbeitsergebnisse in SVN: AusgabeTextAufLCD.ino

Tutorial: Funduino: Entfernungen mit einem HC-SR04 Ultraschallsensor am Arduino messen

Aufgabe 10.3: Sensordaten auf LCD ausgeben

Mit den Temperatursensor TMP36 soll die Temperatur ausgelesen und auf dem LCD angezeigt werden.

Nützliche Befehle: analogRead(), map()

Arbeitsergebnisse in SVN: messeTemperatur.ino

Lösung: Temperaturen mit einem TMP36 am Arduino messen

Aufgabe 10.4: Anzeige via Taster umschalten

Lesen Sie einen Taster über einen Interrupt ein.
Beim Drücken sollen 4 Modi durchgeschaltet werden
1. 1: Text aus Aufgabe 9.2.
2. 2: Sensorwert aus Aufgabe 9.3.
3. 3: Text "Modus 3".
4. 4: Text "Modus 4".
Nach Modus 4 soll wieder Modus 1 angezeigt werden

Nützliche Befehle: switch .. case

Aufgabe 10.5: 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
10.1	2
10.2	2
10.3	2
10.4	2
10.5	2

Tutorials

Quellenverzeichnis

https://www.mikrocontroller.net/attachment/218122/HC-SR04_ultraschallmodul_beschreibung_3.pdf
http://www.pcserviceselectronics.co.uk/arduino/Ultrasonic/electronics.php
http://www.pcserviceselectronics.co.uk/arduino/Ultrasonic/HC-SR04-cct.pdf

Videos

Video 1: DE BitBastelei #327 - Abstandsmessung per Ultraschall: HC-SR04 mit Arduino

Datenblätter

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)
Waller, H.: Arduino Blog. URL: https://hartmut-waller.info/arduinoblog/

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 === Fragestellungen ===
-In dieser Lektion wird ein LCD-Display angesteuert Die Schnittstelle ist der I<sup>2</sup>C-Bus.
+In dieser Lektion wird der Ultraschallsensor HC-SR04 angesteuert und seine Messwerte analysiert.
 === Eingeführte Begriffe und Konzepte ===
-Diese Lektion befasst sich mit der Vorstellung des I<sup>2</sup>C-Busses und Ansteuerung eines LCD-Displays via I<sup>2</sup>C.
+Diese Lektion befasst sich mit der Vorstellung und Ansteuerung des [[Ultraschallsensor_HC-SR04| Ultraschallsensors HC-SR04]].
 === Vorausgesetzte Kenntnisse aus vorangegangenen Lektionen ===
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 == Lernziele==
 Nach Durchführung dieser Lektion
-* können die Funktion eines I<sup>2</sup>C-Busses erläutern.
+* können die Funktion eines Ultraschallsensors erläutern.
-* können Sie das LCD-Display ansteuern.
+* können Sie die Vor- und Nachteile der Entfernungsmessung mit Ultraschall erläutern.
-* können Sie Daten auf dem LCD-Display anzeigen.
+* können Sie einen Ultraschallsensors ansteuern.
-* können Sie die Anzeige via Taster umschalten.
+* können Sie die Messdaten charakterisieren und auf dem LCD-Display anzeigen.
+* können Sie die Messwerte filtern.
 == Lernzielkontrolle ==
-# Was ist ein [[Inter-Integrated Circuit Bus (I2C)|I<sup>2</sup>C-Bus]]?
+# Welche Frequenzen kann das menschliche Ohr wahrnehmen?
-# Wie funktioniert die Kommunikation eines I<sup>2</sup>C-Busses?
+# Ist Ultraschall (US) hörbar?
-# Wie steuert man ein LCD-Display an?
+# Welche Frequenz hat US?
-# Wie liest man den Temperatursensor TMP36 aus?
+# Welche Geschwindigkeit hat US bei Raumtemperatur (20&thinsp;°C)?
-# Wie schaltet man Modi im Display um?
+# Von welchen Faktoren hängt die US-Geschwindigkeit noch ab?
+# Nennen Sie die Formel für die Entfernungsmessung mit Ultraschall.
+# Nennen Sie Vor- und Nachteile von US-Sensoren.
+# Nennen Sie 10 Anwendungsgebiete für US-Sensoren.
 # Wurde der Quelltext durch Header und Kommentare aufgewertet?
 # Wurden jedes Programm mittels PAP geplant?