Unterrichts- und Lernmaterial für Mikrocontroller
Unterrichts- und Lernmaterial fürMikrocontroller

Seeeduino Nano und Grove

  • Grundlageninformationen zu IR Empfängern und Sendern findest du unter
    Grundlagen - IR Fernbedienung. Empfehlenswert, sich hier vorab zu informieren.

IR-Empfänger und Sender

Wärmestrahlung oder IR-Strahlung ist im optischen Spektralbereich die langwellige Grenze des sichtbaren Lichtes; ihr Wellenlängenbereich reicht von ca. 780 nm bis ca. 1 mm. Der Infrarot-Bereich wird in drei Bereiche aufgeteilt:

  • IR-A mit Wellenlängen im Bereich von 780 nm – 1400 nm. Sie dringt beim Menschen ca. 5 mm in die Haut ein und lässt ihn nach kurzer Zeit schwitzen.
  • IR-B mit Wellenlängen im Bereich von 1400 nm – 3000 nm. Sie dringt weniger stark in die Haut des Menschen ein: ca. 2 mm und ist damit schonender.
  • IR-C mit Wellenlängen von 1400 nm – 1 mm. Sie dringt kaum in die Haut des Menschen ein und erzeugt ein angenehmes Wärmegefühl.

     
  • Die menschlichen Augen können IR-Strahlung nicht wahrnehmen, aber die Haut und der Körper.

Unsere wichtigste natürliche IR-Quelle ist die Sonne; künstliche Quellen sind die sogenannten Rotlicht-Lampen, die in der Tieraufzucht und auch zu Hause eingesetzt werden.

In der Technik wird die IR-Strahlung für die kontaktlose Übertragung von Wärme (z.B. IR-Öfen, Wand- und Deckenheizungen, IR-Kameras, Nachtsichtgeräte) und die drahtlose Kommunikation eingesetzt.

 

In diesem Kapitel beschäftigen wir uns mit der drahtlosen Kommunikation etwas näher. Ein in fast jedem Haushalt befindliches Gerät ist die sog. Fernbedienung, die Fernseher, Audioanlagen u. a. m. steuert (Abb. 1).

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 1

Fernbedienungen verschiedener Hersteller. Mit dem Sanyo-Gerät lassen sich Beamer ansteuern, mit dem rechten von Denon Radios, CD-Player, Verstärker.

Wie arbeitet eine Fernbedienung?

Eine Fernbedienung ist ein IR-Sender mit z.B. 36 kHz-Generator, der bei Druck auf eine seiner Tasten einen bestimmten Code generiert und in Form einer elektrischen Impulsfolge an den Empfänger (Fernseher, Radio, DVD Player) übertragt. Dies geschieht über eine IR-Sendediode, die im Kopf der Fernbedienung untergebracht ist. Aufgenommen wird das gesendete Signal von einem IR Modul im Empfänger (Fernseher, Radio o.a.), das die Lichtsignale in einen Spannungsimpuls umwandelt und einer Decodiereinheit zuführt.

 

 

 

 

 

 

Abb. 2

IR-Empfängermodule von verschiedenen Herstellern und verschiedener Größe. Die Anschlusspin sind wie folgt ausgelegt:

1 SIG - 2 GND - 3 VCC

Wie dieser, von einer Fernbedienung gesendete Code aussieht, beschäftigt uns in Übung 1. In Übung 2 werden dann LEDs mit Hilfe einer Fernbedienung gesteuert.

Didaktisch methodische Einordnung

 

Die Schülerinnen und Schüler lernen in dieser Übung ...

  • ... eine Schaltung nach Vorgabe aufzubauen.
  • ... eine IR Fernbedienung,  ihre Wirkungsweise und Beschaltung kennen.
  • ... ein IR Empfängermodul, seine Wirkungsweise und Beschaltung kennen.
  • ... Befehle der Sprache Arduino-C kennen.
  • ... einfache Änderungen im Programm vorzunehmen und neuen Anforderungen anzupassen.
  • ... Versuchsergebnisse zu bewerten und Fehlerquellen zu benennen.

Übung 1: Code einer Fernbedienung auslesen (MO)

Übung 1 - Code einer Fernbedienung auslesen (MO)

Aufgaben

  • Ermittle für eine beliebige IR-Fernsteuerung den gesendeten Code für fünf Tasten. Notiere den gesendeten Code in einer Tabelle.

Gehe dazu wie folgt vor:

  • Baue die Schaltung nach Schaltungsaufbau auf.
  • Übertrage das Programm IR_Fernbedienung_Code in den Arduino Editor und speichere es ab.
  • Starte das Programm und öffne das Terminalfenster. Drücke fünf verschiedene Tasten und notiere den angezeigten Code.

Material

  • 1x  Seeed Basis Set mit USB-Typ C Verbindungskabel zum Laptop/Computer
  • 1x  Grove IR Empfänger oder
  • 1x  Steckbrett mit
  • 1x  IR-Empfängermodul
  • 1x  Widerstand, 470 Ohm
  • 1x  Steckdraht auf Grove-Stecker

Schaltungsaufbau mit Grove Modulen

 

 

 

 

 

Abb. 3

Aufbau mit Seeeduino Nano und Grove Arduino Shield, sowie Grove IR Receiver

Schaltungsaufbau mit Steckbrett

 

 

 

 

Abb. 4

Aufbau mit Seeeduino Nano und Grove Arduino Shield, sowie externem Steckbrett mit IR-Empfänger und 470 Ohm Widerstand. Das Steckdraht-Grove-Kabel ist mit Slot D6 auf dem Arduino Shield verbunden.

Das Programm IR_Fernbedienung_Code für Steckbrett-Aufbau

Die Ausgabe im Terminalfenster

 

 

 

 

Abb. 5

Empfangener Code einer Sanyo-Fernbedienung für Beamer. Der oberste Eintrag ergibt sich, wenn die Taste "1" gedrückt wird, der Code für Taste "2" steht darunter.

Was zeigt das Oszilloskop an?

Schließt man das Oszilloskop an den SIG-Eingang (gelbes Kabel, s. Abb. 4) des IR-Empfängers, dann ergibt sich für die verschiedenen Tastendrücke ein unterschiedliches Bitmuster. Für die Taste „1“ auf der Fernbedienung eines Sanyo Gerätes ergibt sich die folgende Bitfolge.

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Abb. 6 - Nullen werden durch einen kurzen, Einsen durch einen langen Impuls dargestellt. Der im Terminalfenster angezeigte Code für Taste "1" (CC001CE3) ist im Oszillogramm als Bitfolge dargestellt.

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