Zur Ansteuerung von Standardservos sind bestimmte Impulsfolgen notwendig, die für die drei Mikrocontroller Arduino UNO, BASIC Stamp 2 und den Propeller Controller noch einmal nachgelesen werden können:
Das Timing einer Impulsfolge entscheidet darüber, in welche Richtung und wie weit sich ein Servo dreht. Das schauen wir uns jetzt noch einmal genauer an und nehmen die Impuls-Zeit-Diagramme mit einem Oszilloskop auf.
Material |
1x Activity Board oder BoE oder Arduino Board 1x Standardservo 2x Steckdraht 1x Oszilloskop mit Tastkopf |
Schaltskizze und Schaltungsaufbau
Der Schaltungsaufbau bei einem BoE mit BASIC Stamp 2 oder BoE Shield-Bot Arduino ist nahezu identisch.
Mit den beiden folgenden Programmen wird je ein Servo über ein BoE mit einer BASIC Stamp 2 und einem Activity Board mit einem Propeller Controller so angesteuert, dass sie sich in Mittelstellung bewegen. Die zugehörige Impulsfolge wird über das Oszilloskop aufgezeichnet. Als drittes Board habe ich noch den Arduino UNO auf dem BoE Shield hinzugenommen.
Die Impulsfolgen der drei betrachteten Mikrocontroller weichen voneinander ab. Das Zusammenspiel von hinterlegtem Programmcode und benutzter Hardware ist unterschiedlich genau umgesetzt worden, ist aber bei den Toleranzen der Standardservos überhaupt kein Problem.
Während bei dem Propeller Controller mit dem Befehl servo_angle der 1,5ms Zentrierimpuls im Gesamtzeitbereich von 20ms liegt und tatsächlich ca. 2ms lang ist, wird bei der BASIC Stamp zu einer Pause von 20ms (Programmzeile 6) der Impuls von 2,4ms hinzugefügt. Der Arduino UNO liefert tatsächlich einen 1,5ms Zentrierimpuls im Gesamtzeitraum von 20ms.
Material | wie in 1 |
Aufgaben |
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Das Programm zeitvariierendPulsfolge.bs2
Im Kapitel 7 - Was ist eigentlich ein Tastverhältnis? haben wir uns mit dem Dimmen einer LED und Begriffen wie Tastverhältnis und Pulsweitenmodulation beschäftigt.
Etwas salopp kann man sagen, dass eine LED umso heller leuchtet, je mehr Strom sie bei nahezu konstanter Spannung zieht. Das Produkt aus konstanter Spannung und konstantem Strom entspricht der elektrischen Leistung.
Wird die LED über Impulsfolgen angesteuert, bleibt die Spannung konstant und die Höhe des Stromes durch sie hängt vom Vorwiderstand ab, ist aber ebenfalls konstant. Ändern sich die Größen U und I mit der Zeit, dann berechnet sich die elektrische Leistung über einen Integralansatz
Bei der Ansteuerung einer LED über einen Port des Mikrocontrollers ist die Spannung u(t) über einen Zeitraum t konstant; dies gilt dann auch für den Stromfluss i(t) durch die LED.
Die schraffierte rechteckige Fläche unter dem Oszillogramm ist damit ein Maß für die elektrische Leistungsaufnahme der LED. Sie soll hier auch ein Maß für die Leuchtkraft der LED sein.
Wird die anliegende Spannung in Intervallen ein- und ausgeschaltet, dann reduziert sich die elektrische Leistungsaufnahme der LED auf die schraffierten Flächenstücke in Abbildung 3. Die Leuchtkraft nimmt ab. Ab wann wir dies bemerken ist in der Übung Dunkle Zeiten für LEDs getestet worden.
Reduziert man die angelegte Spannung weiter, zum Beispiel auf den Wert 50%, nimmt die Leuchtkraft und die Leistungsaufnahme der LED weiter ab. Das könnte ein Ansatz sein, um Energie einzusparen, wenn man weiß, bis zu welchem Grad unser Auge eine Lichtstärkenminderung nicht oder kaum wahrnimmt.