Arduino: Sensoren einlesen: Unterschied zwischen den Versionen

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[[Datei:Lernset - Einsteiger Kit für Arduino.jpg|thumb|rigth|450px|Abb. 1: Lernset - Einsteiger Kit für Arduino]]
[[Datei:R20-A-4-2.jpg|thumb|rigth|300px|Abb. 1: Bewegungsmelder, PIR-Sensor - HC-SR501]]
'''Autor:''' [[Benutzer:Ulrich_Schneider| Prof. Dr.-Ing. Schneider]]<br>
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'''Modul:''' Praxismodul I<br>
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'''Lehrveranstaltung:''' Mechatronik, Informatikpraktikum 1, 1. Semester, Wintersemester
| '''Autor:''' || [[Benutzer:Ulrich_Schneider| Prof. Dr.-Ing. Schneider]]
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| '''Modul:''' || Praxismodul I
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| '''Lektion 4:''' || Mechatronik, Informatikpraktikum, 1. Semester, Wintersemester
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== Inhalt ==
== Inhalt ==
* Programmierrichtlinien
* Einbindung von digitalen und analogen Sensoren:
* Taster mittels Arduino auslesen, entprellen, Pull-Up/Pull-Down-Widerstand
** PIR-Bewegungssensor (HC-SR501)
* Zähler inkrementieren
** Fotowiderstand (LDR)
* <code>switch..case</code>-Verzweigung
** Drehpotentiometer (Poti)
* Ansteuerung einer RGB-LED
* Visualisierung von Messwerten im seriellen Plotter.
 


== Lernziele==
== Lernziele==
Nach Durchführung dieser Lektion
Nach Durchführung dieser Lektion
* können Sie Quelltext entsprechend der Programmierrichtlinien schreiben.
* können die Funktionsweise der 3 Sensoren (PIR-Bewegungssensor, Fotowiderstand, Drehpotentiometer) erläutern.
* einen Taster einlesen und entprellen.
* können Sie die Sensoren korrekt (elektrisch) anschließen.
* können Sie mittels Taster und <code>switch..case</code>-Verzweigung eine LED in verschiedenen Helligkeiten ansteuern
* können Sie die Sensordaten im Seriellen Plotter anzeigen und auswerten.
* eine RGB-LED in verschiedenen Farben ansteuern.


== Lernzielkontrolle ==
== Lernzielkontrolle ==
# Wurde der Taster erfolgreich eingelesen und entprellt?
# Wie funktioniert der PIR-Bewegungssensor technisch? Auf welche Strahlung reagiert er? Welche Einstellmöglichkeiten besitzt er?  
# Wozu benötigt man einen Pull-Up/Pull-Down-Widerstand?
# Wie funktioniert der Fotowiderstand technisch? Wozu dienen die Widerstände?
# Wie funktioniert der Drehpotentiometer technisch? Wie lässt sich das Poti kalibrieren?
# Wie geben Sie mehrere Signale im Seriellen Plotter aus?
# Wurde der Quelltext durch Header und Kommentare aufgewertet?
# Wurde der Quelltext durch Header und Kommentare aufgewertet?
# Welche Möglichkeiten gibt es einen Zähler zu in-/dekrementieren?
# Wurde in Aufgabe 3.3 ein <code>switch...case</code> verwendet?
# Welche Version der RGB-LED haben Sie verwendet (gemeinsame Anode oder Kathode)?
# Wurden jedes Programm mittels PAP geplant?
# Wurden jedes Programm mittels PAP geplant?
# Wurde auf <code>magic numbers</code> verzichtet?
# Wurde auf <code>magic numbers</code> verzichtet?
# Wurde die [[Medium:Programmierrichtlinie.pdf|Programmierrichtlinie]] eingehalten?
# Wurde die [[Medium:Programmierrichtlinie.pdf|Programmierrichtlinie]] eingehalten?


'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>Lernzielkontrolle_Termin_03.pdf</code>
'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>Lernzielkontrolle_Termin_04.pdf</code>
== Tutorials ==
* [https://docs.arduino.cc/software/ide-v2/tutorials/ide-v2-serial-plotter Using the Serial Plotter Tool]
* [https://www.arduino.cc/reference/de/ Arduino Befehlsübersicht]
*[[Bewegungsmelder,_PIR-Sensor_-_HC-SR501|PIR-Sensor - HC-SR501]]
* [[Fotowiderstand_LDR|Fotowiderstand LDR]]
* [[Arduino:_Bibliothek_einbinden|Wiki: HSHL-Bibliothek einbinden]]
 
== Demo ==
* [https://svn.hshl.de/svn/Informatikpraktikum_1/trunk/Arduino/ArduinoLibOrdner/ArduinoUnoR3/examples/DemoSerialPlotter/DemoSerialPlotter.ino DemoSerialPlotter.ino]
 
== Versuchsvorbereitung ==
# Studieren Sie das Tutorial [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/Arduino/ArduinoLibOrdner/ArduinoUnoR3/examples/DemoSerialPlotter/DemoSerialPlotter.ino DemoSerialPlotter.ino], um Daten im Seriellen Plotter auszugeben.
# Recherchieren Sie die Funktion der Sensoren ([[Bewegungsmelder,_PIR-Sensor_-_HC-SR501|PIR-Bewegungssensor]], [[Fotowiderstand_LDR|LDR]], Drehpoti) anhand von Fachliteratur.
# Bauen Sie die Schaltungen zur Auswertung der Sensoren auf.
# Planen Sie die Software via PAP.
# Beantworten Sie die Lernzielkontrollfragen.
# Sichern Sie Ihre Unterlagen in SVN.


== Versuchsdurchführung ==
== Versuchsdurchführung ==
=== Aufgabe 3.1: Lernzielkontrolle ===
=== Aufgabe 4.1: Lernzielkontrolle ===
Präsentieren Sie Prof. Schneider das Ergebnis der Lernzielkontrolle.
Präsentieren Sie Prof. Schneider das Ergebnis der Lernzielkontrolle.


'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>Lernzielkontrolle_Termin_03.pdf</code>
'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>Lernzielkontrolle_Termin_04.pdf</code>
 
----
=== Aufgabe 3.2: Eine LED per Tastendruck aktivieren ===
=== Aufgabe 4.2: Der Bewegungsmelder HC-SR501 ===
Eine LED soll für 5 Sekunden leuchten, wenn ein Taster betätigt wurde.
Ein Piezo-Lautsprecher soll piepen, sobald eine Bewegung registriert wird.


'''Nützliche Befehle''': <code>pinmode(), digitalRead(), digitalWrite(), delay, if..else</code>
'''Nützliche Befehle''': <code>pinmode(), digitalRead(), digitalWrite(), delay, if..else</code>


'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>TasterSchaltetLED.ino</code>
'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>BewegungsmelderMitPiezo.ino</code>
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
| <strong>Musterlösung&thinsp;</strong>
|-
| [https://funduino.de/nr-8-bewegungsmelder Bewegungsmelder HC-SR501]
|-
|}
----


'''Musterlösung:''' [https://funduino.de/nr-5-taster-am-arduino]
=== Aufgabe 4.3: Fotowiderstand (LDR) am Arduino auslesen ===
</div>
Eine LED soll leuchten, wenn es dunkel wird bzw. wenn ein Fotowiderstand abgedeckt wird.


=== Aufgabe 3.3: Auf Knopfdruck dimmen ===
'''Nützliche Befehle''': <code>pinmode(), analogRead(), digitalWrite(), if..else</code>
Ein Taster dimmt eine LED:
# Tastendruck: an, 100% Lichtleistung
# Tastendruck: an, 50% Lichtleistung
# Tastendruck: aus 0%


'''Tipp''': Nutzen Sie Ausgangsprogramm <code>PulsierendeLED.ino</code> aus Aufgabe 2.3 und nutzen Sie den Hardwareaufbau aus Aufgabe 3.2.
'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>LDRSteuertLED.ino</code>
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
| <strong>Musterlösung&thinsp;</strong>
|-
| [https://funduino.de/nr-6-fotowiderstand Funduino: Fotowiderstand (LDR) am Arduino auslesen]
|-
|}
----


'''Nützliche Befehle''': <code>pinmode(), analogWrite(), delay(), switch..case</code>
=== Aufgabe 4.4: Drehregler - Drehpotentiometer ===
Eine LED soll blinken. Die Blinkgeschwindigkeit soll mit einem Drehregler eingestellt werden. Zeigen Sie den Wert des Drehpotentiometers sowie den Wert des LED-Ports (z.&thinsp;B. 13) im Serial Plotter aus.


'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>dimmeLED.ino</code>
'''Nützliche Befehle''': <code>pinmode(), analogRead(), analogWrite(), delay(), map()</code>
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">
Eine Anleitung zur Verwendung von <code>switch..case</code> findet sich in der [https://www.arduino.cc/reference/en/language/structure/control-structure/switchcase/ Arduino-Dokumentation].


Demo-Quelltext <code>DemoSwitchCase</code>
'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>PotiSteuertLED.ino</code>
<source line lang="c" style="font-size:small">  
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
//*****************************************************************************
| <strong>Tutorial&thinsp;</strong>
// Modul          : DemoSwitchCase                                          *
|-
//                                                                           *
| [https://docs.arduino.cc/software/ide-v2/tutorials/ide-v2-serial-plotter Using the Serial Plotter Tool]
// Datum          : 17.10.2022                                              *
|-
//                                                                           *
|}
// Funktion        : Demo für eine switch...case-verzweigung                  *
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
//                                                                            *
| <strong>Demo&thinsp;</strong>
// Implementation  : Arduino IDE vers. 2.0.0                                  *
|-
//                                                                            *
| [https://svn.hshl.de/svn/Informatikpraktikum_1/trunk/Arduino/ArduinoLibOrdner/ArduinoUnoR3/examples/DemoSerialPlotter/DemoSerialPlotter.ino SVN: DemoSerialPlotter.ino]
// Hardware        : Arduino UNO R3                                          *
|-
//                                                                            *
|}
// Author          : (c) 2022, Dr. Ulrich Schneider                          *
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
//                                                                            *
| <strong>Musterlösung&thinsp;</strong>
// Letzte Änderung : 17.10.2022                                              *
|-
//                                                                           *
| [https://funduino.de/nr-7-potentiometer Potentiometer zum Regeln der Blinkgeschwindigkeit einer LED verwenden]
//*****************************************************************************
|-
byte Cnt_u8 =0;              // Zählvariable wird angelegt und initialisiert
|}
 
----
void setup() {
  Serial.begin(9600);        // Seriellen Monitor initialisieren, 9600 Baud
}
void loop() {
Cnt_u8++;                    // Zähler inkrementieren
if (Cnt_u8>2) Cnt_u8=0;      // Überlauf ab 2: 012012...
switch (Cnt_u8)
{
case 0:
  Serial.println("Fall 0");
  break;
case 1:
  Serial.println("Fall 1");
  break;
case 2:
  Serial.println("Fall 2");
  break;
default:
  // wird in diesem Beispiel nicht erreicht
  break;
}
delay(500); // ms für die Darstellung
}
 
end;
</source>
</div>
 
=== Aufgabe 3.4: Ansteuerung einer farbigen LED ===
Eine RGB-LED soll in verschiedenen Farben leuchten. Auf Druck des Tasters soll die RGB-LED in folgenden Modi betrieben werden:
# Weiß
# Rot
# Blau
# Grün
# Langsamer Übergang durch das gesamte Farbspektrum (Einschlaflicht)
 
 
 
'''Nützliche Befehle''': <code>pinmode(), analogWrite(), delay()</code>
 
'''Arbeitsergebnisse''' in SVN: <code>steureFarbigeLED.ino</code>
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">


'''Musterlösung:''' [https://funduino.de/nr-20-rgb-led]
=== Aufgabe 4.5: Nachhaltige Doku ===
</div>
 
=== Aufgabe 3.5: 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 ==
== FAQ ==
{| class="wikitable"
* Muss ich die Lösungen selbst programmieren? '''Ja, nur Eigenleistung wird bewertet.'''
|-
* Darf ich die Musterlösung 1:1 kopieren und als meine Leistung ausgeben? '''Nein, das ist ein [[Software_Plagiat|Plagiat]] und wird als Täuschungsversuch gewertet.'''
| '''Aufgabe'''|| '''Punkte'''
 
|-
| 4.1|| 2
|-
| 4.2|| 2
|-
| 4.3|| 2
|-
| 4.4|| 2
|-
| 4.5|| 2
|-
|}
== Literatur ==
== Literatur ==
# Brühlmann, T.: ''Arduino Praxiseinstieg''. Heidelberg: mitp, 4. Auflage 2019. ISBN 978-3-7475-0056-9. URL: [https://hshl.bsz-bw.de/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=125816&query_desc=kw%2Cwrdl%3A%20arduino HSHL-Bib], [https://learning.oreilly.com/library/view/arduino-praxiseinstieg/9783747500569/ O'Reilly-URL]
# Brühlmann, T.: ''Arduino Praxiseinstieg''. Heidelberg: mitp, 4. Auflage 2019. ISBN 978-3-7475-0056-9. URL: [https://hshl.bsz-bw.de/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=125816&query_desc=kw%2Cwrdl%3A%20arduino HSHL-Bib], [https://learning.oreilly.com/library/view/arduino-praxiseinstieg/9783747500569/ O'Reilly-URL]
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→ zurück zum Hauptartikel:[[Arduino_Praxiseinstieg|Arduino Praxiseinstieg]]
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Aktuelle Version vom 23. Oktober 2023, 11:29 Uhr

Abb. 1: Bewegungsmelder, PIR-Sensor - HC-SR501
Autor: Prof. Dr.-Ing. Schneider
Modul: Praxismodul I
Lektion 4: Mechatronik, Informatikpraktikum, 1. Semester, Wintersemester

Inhalt

  • Einbindung von digitalen und analogen Sensoren:
    • PIR-Bewegungssensor (HC-SR501)
    • Fotowiderstand (LDR)
    • Drehpotentiometer (Poti)
  • Visualisierung von Messwerten im seriellen Plotter.

Lernziele

Nach Durchführung dieser Lektion

  • können die Funktionsweise der 3 Sensoren (PIR-Bewegungssensor, Fotowiderstand, Drehpotentiometer) erläutern.
  • können Sie die Sensoren korrekt (elektrisch) anschließen.
  • können Sie die Sensordaten im Seriellen Plotter anzeigen und auswerten.

Lernzielkontrolle

  1. Wie funktioniert der PIR-Bewegungssensor technisch? Auf welche Strahlung reagiert er? Welche Einstellmöglichkeiten besitzt er?
  2. Wie funktioniert der Fotowiderstand technisch? Wozu dienen die Widerstände?
  3. Wie funktioniert der Drehpotentiometer technisch? Wie lässt sich das Poti kalibrieren?
  4. Wie geben Sie mehrere Signale im Seriellen Plotter aus?
  5. Wurde der Quelltext durch Header und Kommentare aufgewertet?
  6. Wurden jedes Programm mittels PAP geplant?
  7. Wurde auf magic numbers verzichtet?
  8. Wurde die Programmierrichtlinie eingehalten?

Arbeitsergebnisse in SVN: Lernzielkontrolle_Termin_04.pdf

Tutorials

Demo

Versuchsvorbereitung

  1. Studieren Sie das Tutorial Using the Serial Plotter Tool und nutzen Sie das Demo DemoSerialPlotter.ino, um Daten im Seriellen Plotter auszugeben.
  2. Recherchieren Sie die Funktion der Sensoren (PIR-Bewegungssensor, LDR, Drehpoti) anhand von Fachliteratur.
  3. Bauen Sie die Schaltungen zur Auswertung der Sensoren auf.
  4. Planen Sie die Software via PAP.
  5. Beantworten Sie die Lernzielkontrollfragen.
  6. Sichern Sie Ihre Unterlagen in SVN.

Versuchsdurchführung

Aufgabe 4.1: Lernzielkontrolle

Präsentieren Sie Prof. Schneider das Ergebnis der Lernzielkontrolle.

Arbeitsergebnisse in SVN: Lernzielkontrolle_Termin_04.pdf

Aufgabe 4.2: Der Bewegungsmelder HC-SR501

Ein Piezo-Lautsprecher soll piepen, sobald eine Bewegung registriert wird.

Nützliche Befehle: pinmode(), digitalRead(), digitalWrite(), delay, if..else

Arbeitsergebnisse in SVN: BewegungsmelderMitPiezo.ino

Aufgabe 4.3: Fotowiderstand (LDR) am Arduino auslesen

Eine LED soll leuchten, wenn es dunkel wird bzw. wenn ein Fotowiderstand abgedeckt wird.

Nützliche Befehle: pinmode(), analogRead(), digitalWrite(), if..else

Arbeitsergebnisse in SVN: LDRSteuertLED.ino

Aufgabe 4.4: Drehregler - Drehpotentiometer

Eine LED soll blinken. Die Blinkgeschwindigkeit soll mit einem Drehregler eingestellt werden. Zeigen Sie den Wert des Drehpotentiometers sowie den Wert des LED-Ports (z. B. 13) im Serial Plotter aus.

Nützliche Befehle: pinmode(), analogRead(), analogWrite(), delay(), map()

Arbeitsergebnisse in SVN: PotiSteuertLED.ino

Aufgabe 4.5: 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

FAQ

  • Muss ich die Lösungen selbst programmieren? Ja, nur Eigenleistung wird bewertet.
  • Darf ich die Musterlösung 1:1 kopieren und als meine Leistung ausgeben? Nein, das ist ein Plagiat und wird als Täuschungsversuch gewertet.

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)


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