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Hi zusammen,
ich wollte hier ein Projekt vorstellen, dass ich in meinen Semesterferien im Laufe einer Hausarbeit für das Studium erstellt habe.



Aufgabenstellung:
Messung der Geschwindigkeit eines Balles auf einem Tischfussball / Kicker / Kickertisch bei der verschiedene Dinge über ein LCD eingestellt werden können.

Inhaltsverzeichnis des Projektes:
1. Aufgabenstellung
2. Einführung
3. Hardware im Detail + Kostenberechnung
4. Software im Detail
5. Messungen um die Genauigkeit zu bestimmen
6. Ergebnisse
7. Zeitaufwand
8. Interpretation der Ergebnisse
9. Quellen

Downloads:
Das Projekt als PDF kann man hier herunterladen:
http://jomelo.de/r/arduino/kicker/hausarbeit_embedded.pdf
Das gesamte Projekt mit allen Verdrahtungsplänen einschließlich Software und erstellter Bibliotheken befindet sich hier:
http://jomelo.de/r/arduino/kicker/hausarbeit_embedded_geschwindigkeitsanzeige_kicker.rar

Funktionsbeschreibung:
Die Geschwindigkeit kann über verschiedene Wege mit der Hilfe von Lichtschranken ermittelt werden.
1. Möglichkeit:
Messung mit zwei Lichtschranken in dem Abstand zwischen den Lichtschranken bekannt ist. (Abstand L1 <-> L2)
2. Möglichkeit:
Messung mit einer Lichtschranke in dem die Größe des zu messenden Objektes bekannt ist. (Objekt Größe)
3. Möglichkeit:
Messung mit zwei Lichtschranken in dem die Größe des zu messenden Objektes bekannt ist. (Objekt Größe)
Aus den beiden Geschwindigkeit wird der Mittelwert gebildet.
4. Möglichkeit:
Messung mit zwei Lichtschranken in dem die Größe des zu messenden Objektes und der Abstand zwischen den beiden Lichtschranken bekannt ist. (Abstand L1 <-> L2) && (Objekt Größe)
Aus den drei Geschwindigkeit wird der Mittelwert gebildet. Somit kann die Messung noch genauer vorgenommen werden.

Die verschieden Möglichkeiten können über ein LCD Menü eingestellt werden auf das ich weiter unten eingehe.

Die Geschwindigkeiten werden mit einer Genauigkeit von zwei Nachkommastellen gemessen.

Die beste Geschwindigkeit wird dauerhaft unter der aktuellen und zuletzt Gemessenen Geschwindigkeit als Vergleichswert angezeigt.
Die besten 3 Geschwindigkeit werden nicht flüchtig gespeichert und können auch zu späteren Zeitpunkt über den Menüpunkt "Bestenliste" eingesehen werden.

Unter den Einstellungen kann man die Objekt größe sowie den Abstand zwischen den Lichtschranken einstellen. Die Einstelung lässt einen Bereich zwischen maximal 99,999 cm und minimal 0,009 cm zu.
Je nachdem wieviele Lichtschranken eingesteckt und welche Einstellungen getroffen werden ergeben sich oben die 4 Möglichkeiten wie die Geschwindigkeit bestimmt wird.

Die Lichtschranken lassen sich während des Betriebes an und ab stecken. Es wird solange man im Hauptmenü ist und die Messung neu startet die richtige Möglichkeit aus automatisch ausgewählt.

Damit die Lichtschranken (Infrarot) leichter genau eingestellt werden können, gibt es im Menü die Funktion Kalibrierung. Hierbei wird überprüft ob die Lichtstrecke zwischen den Lichtschranken in Ordnung ist. Wenn ja wird "ok" angezeigt. Wenn dies nicht der Fall ist, wird "nicht ok" angezeigt.
Im nächsten Punkt der Kalibrierung muss man objekte durch die Lichtschranken ziehen. Jedes Objekt wird gezählt. Wenn bei schnellen Bewegungen der Counter nicht hochzählt sind die Lichtschranken nicht genau justiert und müssen genauer eingestellt werden.
Wenn die Kalibrierung nicht erfolgreich abgeschlossen wird, kann keine genaue Geschwindigkeit gemessen werden.

Über eine Tastatur lässt sich ein Menü mit verschiedenen Ebenen bedienen. Hinter jedem Button befindet sich entweder eine neue Ebene oder eine Funktion die Ausgeführt wird. Die Menü Struktur ist wie folgt aufgebaut:
1. Start
2. Bestenliste
3. Information
4. Einstellungen
4.1. Objekt Länge
4.2. Abstand Lichtschranke 1 zu Lichtschranke 2 (L1<->L2)
4.3. Kalibrierung
4.4. Bestenliste zurücksetzen.
4.5. Werkseinstellungen

Um alle Details des Projektes zu verstehen oder um es nachbauen zu können sollte man sich das oben verlinkte PDF Dokument durchlesen. Alles (Verdrahtungspläne, Libs, Software, Kosten, Bilder) befindet sich in diesem Dokument.

Es hat sich am Ende des Projektes herausgestellt, dass sich nicht nur die Geschwindigkeit von Bällen gut bestimmen lassen, sondern von beliebigen Objekten (RC - Autos, Fahrrädern, ...).
Der Messbereich liegt zwischen 0,01 - 99,99 km/h.
Mit einer Maximalen Abweichung von
2,5 %  ab 90 km/h
1,5 %  ab 60 km/h
0,5 %  ab 50 km/h
<0,5 % unter 50 km/h

Es befindet sich sehr viele Bilder zu allen Schritten im PDF Dokument.

Falls Fragen offen sind werde ich die auch beantworten.


Zum Abschluss noch ein paar Bilder:

Hauptmenü


Geschwindigkeitsmessung mit einer Lichtschranke


Objektgröße verstellen

Erklärung wie es geht

Durchführung

[Reply #1 on:]

Hallo Jomelo,

herzlichen Dank für die Vorstellung Deiner Hausarbeit.
Ich habe mal einen kurzen Blick hinein geworfen und denke ich werde bei der Programmierung viel lernen können für eigene Projekte.

Einige grundsätzliche Fragen hätte ich:
- wird die Hausarbeit benotet ?
- auf was wird geachtet ?
- ist Rechtschreibung wichtig für die Benotung ?
- ist die Verarbeitungsqualität der Baugruppen relevant ?

nochmals Danke
Kurti

[Reply #2 on:]

Hi Kurti,

also zu deinen Fragen:
zu 1:
Jap, die Hausarbeit wurde benotet, sie ersetzt eine Klausur und gibt 5 Credits. Die Note ist mit 1,3 sehr gut ausgefallen.

zu 2:
Bei einer Hausarbeit gehen viele Dinge mit in die Bewertung ein. z.B.:
- ordentliches Aussehen
- die Qualität und Art wie die Aufgabe gelöst wurde
- wie man an die Aufgabe herangeht
- ... alles was man sich sonst auch noch vorstellt kann

zu 3:
Ich denke die Rechtschreibung spielt auch eine Rolle, aber inwiefern das die Note nach unten ziehen kann weiß ich nicht.
Man versucht ja immer alle Fehler zu finden.

zu 4:
Die Verarbeitungsqualität ging in diesem Fall nicht mit in die Benotung ein.
Die Hausarbeit wurde im Fach "Embedded Systems" geschrieben. In diesem Fach liegt der Schwerpunkt auf der Software in Kombination mit dem Verwendeten Kontroller.
Ich durfte mir einen Kontroller aussuchen und hätte z.B. auch einen Infinion Chip mit 40 Mhz  und einem "Real Time OS" nehmen können.
Aus dem Grund habe ich erst eine Messung durchgeführt, wie schnell der Interrupt reagiert und welche Abweichungen bei hohen Geschwindigkeiten entsteht vom Kontroller her entstehen.

Im laufe der nächsten Woche werde ich nochmal ein Beispielprogramm zur  LcdMenu2 Klasse vorstellen. Das beinhaltet auch die Funktions Abwicklung mit Abbruchkriterien.
Man ruft über das Lcd eine Menüpunkt auf und das Programm bleibt dann immer in diesem Menupunkt. 

[Reply #3 on:]

Schöne Projektvorstellung! Ich denke nicht, dass die Rechtschreibung sehr stark eingeflossen ist, schließlich ist das keine Bachelor-, Master- oder Diplomarbeit. Einige kleine Fehler sind mir aufgefallen, selbst hier auf dem Display "Kalibrirung" statt "Kalibrierung". Passiert schon mal, ich nehme mich da auch nicht aus.

Glückwunsch zur guten Note! Schade, dass mit der Messeinrichtung nicht mehr richtig gespielt werden kann, wenn du das noch hinbekommst, bist du der Größte!

[Reply #4 on:]

Hallo Jomelo,
herzlichen Glückwunsch zur guten Benotung.

Im laufe der nächsten Woche werde ich nochmal ein Beispielprogramm zur  LcdMenu2 Klasse vorstellen. Das beinhaltet auch die Funktionsabwicklung mit Abbruchkriterien.
Man ruft über das LCD einen Menüpunkt auf und das Programm bleibt dann immer in diesem Menüpunkt. 

darauf freue ich mich schon

Gruss
Kurti

[Reply #5 on:]

@sth77
Ich habe zu diesem Projekt noch eine kleine Erweiterung gebaut, die ich im Moment noch privat teste. Die Lichtschranke wurde durch einen Laserpointer und einen Fototransitor ersetzt, damit größere Genauigkeiten erreicht werden. (Infrarot lässt sich so schlecht justieren).
Das ganze wurde dann in einen alten Kneipenkicker eingebaut. Die Lichtstrecke befindet sich hinter der Torlinie im Tor. Dadurch ist der normale Spielbetrieb wieder gesichert.

Die Tore werden erfasst und ein Spiel nach Zeit ist auch möglich. Die Bodenplatte wurde durch eine Plexiglasplatte ersetzt, die über RGB Led`s von der Seite indirekt in verschiedene Farben beleuchtet werden kann. Jede Spielseite so wie die Torbereiche sind einzelne Schaltkreise, so dass bei einem Hattrick von einem Spieler gewisse Effekte gezeigt werden könne.

Als Basis dient hier der AtMega 1280. 

Das ganze ist leider so auf den Kicker abgestimmt das es nicht in jeden Kickertisch eingebaut werden kann.