Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Geschwindigkeit messen mittels MPU6050


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von Julian K. (julian_kuss)


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Hallo zusammen,

kann ich mit einem MPU6050 die Geschwindigkeit eines Fußballes messen?
Ich würde den Sensor+Arduino gerne in einem Stoffball integrieren und 
dann die Daten über Wifi messen..

Ich bin noch sehr neu in dem Thema. Die Frage an euch: Ist dies 
überhaupt möglich, oder benötige ich einen anderen Sensor?

Danke euch!

von Franko P. (sgssn)


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Hi
der MPU6050 kan +-16g Beschleunigung. Wie stellst du dir das 
"Beschleunigen" des Fussballs vor? 16g ist nicht viel. Und 
Beschleunigung ist nicht Speed. Da steht dann noch Rechenarbeit an. Aber 
die 16g sind wohl der Knackpunkt.
Gruß
Gerhard

von roesler (Gast)


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Hallo Julian,


direkt messen geht nicht, da der Sensor ein Beschleunigungssensor ist.
Du kannst zwar über die Beschleunigung theoretisch die Geschwindigkeit 
ausrechnen, allerdings sollte hierzu eine hohe Samplerate gewählt sein, 
hinzu kommt die Rotation des Balls.
Ebenfalls fraglich ist ob die Beschleunigung, die ein Fußball erfährt 
überhaupt in den Messbereich des Sensors fallen.
Ich habe ihn auch für die Vermessung der Bewegung eines Pferdes 
verwendet (hier war die Beschleunigung der interessante Part), 
allerdings gepaart mit einer Videoanalyse zur Verifizierung der Werte.
Aufgrunddessen, dass es heute viele Kameras (Auch in Smartphones) gibt, 
welche eine hohe Framerate verwenden können würde ich zu einer 
Videoanalyse raten um zunächst einmal die zu erwartenden 
Beschleunigungswerte grob abzuschätzen und dann einen passenden Sensor 
zu suchen oder gleich bei der optischen Analyse zu bleiben.
Zum Beispiel bietet sich die Freeware Kinovea an, diese arbeitet auch 
gut mit induestriellen USB-Kameras zusammen und kann vor Ort direkt 
ausgewertet werden.

LG

von Julian K. (julian_kuss)


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Franko P. schrieb:
> Hi
> der MPU6050 kan +-16g Beschleunigung. Wie stellst du dir das
> "Beschleunigen" des Fussballs vor? 16g ist nicht viel. Und
> Beschleunigung ist nicht Speed. Da steht dann noch Rechenarbeit an. Aber
> die 16g sind wohl der Knackpunkt.
> Gruß
> Gerhard

Danke für die schnelle Rückmeldung.
Ich würde den Ball aus dem Stand schießen..
Kann der Sensor das auswerten?
Rechenarbeit wäre ja nicht das Problem.

Gruß Julian

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Hallo,


so wie du dir das vorstellst, wird das der MPU6050 nicht können und 
schon gar nicht, wenn man nicht die DSP-Software zum Laufen bekommt, die 
es optional noch gibt. Auf die Geschwindigleit könntest Du nur indirekt 
über die Beschleunigung schließen durch Rechnung. Aber Geschwindigkeit 
kann er nicht direkt messen.


mfG

von c-hater (Gast)


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Julian K. schrieb:

> Ich würde den Ball aus dem Stand schießen..
> Kann der Sensor das auswerten?

Eher nicht. Du bist zwar vermutlich kein Profi, von denen einer lt. 
Wikipedia über 200km/h Ballgeschwindigkeit beim Freistoß erreicht hat, 
aber 100km/h dürfte jeder halbwegs trainierte Spieler locker überbieten.

Und nun rechne doch einfach mal überschlägig aus, welche Beschleunigung 
wirken muss, um diese Geschwindigkeit zu erreichen. Dazu mußt du 
eigentlich nur wissen, wie lange der Fuß beim Schuß Kontakt mit dem Ball 
hat. Schau dir ein paar Videos von Fußballspielen an und du wirst 
erkennen, dass das weniger als zwei Videoframes sein müssen, also unter 
40ms.

> Rechenarbeit wäre ja nicht das Problem.

Na dann: leg' los.

von Kevin M. (arduinolover)


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Grob geschätzt dürfte der Ball Beschleunigungen von 100G oder mehr 
ausgesetzt sein. Und selbst wenn das hoch gegriffen ist sind es dennoch 
deutlich mehr als 16G. Wenn wir dann mal annehmen du hättest einen 
Sensor, der das gewünschte messen kann, musst du das immer noch 
mathematisch zusammenbringen. Theoretisch müsstest du die Beschleunigung 
einfach integrieren. Praktisch wird sich der Ball nicht nur 
translatorisch bewegen, sondern auch rotatorisch um eine oder mehr 
seiner eigenen Achsen. Demnach müsstest du wissen welch Komponente der 
Beschleunigung gerade interessant ist. Das bekommst du theoretisch aus 
der Drehrate die der Sensor ja auch messen kann, aber auch hier müsstest 
du erst einmal die Position bestimmen. Dazu kommt die limitierte 
Bandbreite des Sensors die vermutlich viel zu gering ist, als das dort 
sinnvolle Messwerte rauskommen. Ich habe nicht ins Datenblatt geschaut 
aber schonmal damit gearbeitet und das waren irgendwas um die 1KHz für 
die Updaterate und eine deutlich niedrigere Frequenz des internen 
Filters (200 bis 300Hz).

Alles in allem würde ich sagen das es allein von der Datenverarbeitung 
alles andere als trivial ist. Selbst wenn man einen Sensor findet, der 
die benötigten Daten liefert, wird es da vermutlich ehre nicht mit 
einfacher Integration getan sein.

von c-hater (Gast)


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Kevin M. schrieb:

> Grob geschätzt dürfte der Ball Beschleunigungen von 100G oder mehr
> ausgesetzt sein.

Nein, die Bälle sind ja relativ elastisch, müssen sie sein, weil auch 
Fußballerfüße ihre biologischen Grenzen haben. 100g ist völlig 
illusorisch, da würden die Sportler reihenweise mit Vielfach-Frakturen 
vom Platz getragen werden...

von Frank K. (fchk)


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Julian K. schrieb:

> kann ich mit einem MPU6050 die Geschwindigkeit eines Fußballes messen?
> Ich würde den Sensor+Arduino gerne in einem Stoffball integrieren und
> dann die Daten über Wifi messen..

Dieser Weg ist nicht erfolgversprechend, weil die üblichen Sensoren 
nicht die Kombination aus Genauigkeit, Messbereich und 
Abtastgeschwindigkeit haben. Außerdem kannst Du ja nicht direkt die 
Geschwindigkeit messen, sondern nur indirekt über die Beschleunigung.

Andere Messmethoden wie z.B. Radar oder kamerabasierend sind da 
einfacher zu realisieren und genauer.

fchk

von g457 (Gast)


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> Nein, die Bälle sind ja relativ elastisch [..]

Elastizität und (mittlere) Beschleunigung haben genau garnix miteinander 
zu tun.

> 100g ist völlig illusorisch

Geschwindigkeiten jenseits von 100km/h und Ballkontakt in der 
Größenordnung von 20ms sind durchaus realistisch. Das macht dann grob > 
140g.

Ob der FO das hinbekommt sei mal dahingestellt, Tatsache ist dass ein 
Beschleunigungssensor mit einem Limit von etwa 16g nur für Kleinkinder 
geeignet ist.

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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c-hater schrieb:
> 100g ist völlig illusorisch, da würden die Sportler reihenweise mit
> Vielfach-Frakturen vom Platz getragen werden...

100 g · 0,43 kg = 422 N

Diese Kraft wirkt nur kurzzeitig, nur teilweise auf die Knochen des
Spielers und hauptsächlich als Druckbelastung auf die Fußknochen. Da
bricht garantiert nichts.

Ich würde sogar behaupten, dass die 100 g schon ein Gelegenheitsspieler
schafft.

von Julian K. (julian_kuss)


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Danke euch schon mal für die vielen Infos!

Wäre es denn möglich mit dem Sensor die Kraft zu messen, die auf den 
Ball wirkt wenn man schießt?

Sorry fange grade erst an mit diesem Thema :D

von Frank K. (fchk)


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Julian K. schrieb:
> Danke euch schon mal für die vielen Infos!
>
> Wäre es denn möglich mit dem Sensor die Kraft zu messen, die auf den
> Ball wirkt wenn man schießt?
>
> Sorry fange grade erst an mit diesem Thema :D

nicht mit dem Sensor. Aber auch das ist doof. Wenn Du die 
Geschwindigkeit messen willst, solltest Du das direkt machen. Je mehr 
Umwege, desto ungenauer.

fchk

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Hallo,

vielleicht kannst Du ein eindimensionales Demonstrationsmodell aufbauen, 
das aus einem kleinen Wagen auf einer und Schiene besteht. Darauf 
befestigst Du einen Schaumstoffball oder Klotz, der von oben her einen 
definierten Schlag bekommt von einem drehbar aufgehängten Arm. Am Wagen 
befestigst Du einen Datenlogger mit dem Beschleunigungssensor. Den 
kannst Du dann direkt, mit IR-Licht oder über Funk, Akusikkoppler, oder, 
oder auslesen. Brauchst halt einen ganzen Tisch und Platz dazu, aber das 
wäre ja das geringste Problem...

Später bewirbst Du Dich dann bei Elon Musk.

MfG

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