Unterrichts- und Lernmaterial für Mikrocontroller
Unterrichts- und Lernmaterial fürMikrocontroller

Seeeduino Nano und Grove

Weitere Vorschläge zum gleichen Thema mit den Boards: Prop-BoE - Prop-AB - BASIC Stamp - Raspberry Pi

Diese Übung baut auf einigen Vorkenntnissen auf, die du erst einmal erarbeiten solltest. Lies dir dazu bitte die folgenden Kapitel durch: Kapitel 7 („Was ist eigentlich ein Tastverhältnis“), Kapitel 8 („Dunkle Zeiten für LEDs“) und Kapitel 9 („Eine LED dimmen“).

 

In der folgenden Übung soll über einen Taster, sobald er gedrückt wird, eine LED gedimmt werden. Lässt man den Taster los, leuchtet die LED wieder normal hell.

Übung PWM: Pulsweitenmodulation (MO)

Eine Übung für die Mittel- und Oberstufe. Programmierkenntnisse werden vorausgesetzt.

Didaktisch methodische Einordnung

 

In dieser Übung lernst du …

  • … eine Schaltung nach Vorgabe zusammenzustecken.
  • … etwas über das Tastverhältnis.
  • … wie man eine LED dimmt.
  • … Befehle der Sprache Arduino C kennen.
  • … einfache Änderungen im Programm vorzunehmen und neuen Anforderungen anzupassen.
  • … Versuchsergebnisse zu bewerten und Fehlerquellen zu benennen.
Übung PWM: Pulsweitenmodulation (MO)
Material
  • 1x   Seeed Basis-Set
  • 1x   Grove rote LED
  • 1x   Grove Button
  • 2x   Grove-Verbindungskabel
  • 1x   USB-Typ C Verbindungskabel zum Laptop/Computer
Aufgaben
  • Baue die Schaltung nach Schaltungsvorlage (Abb. 1) auf. Der Grove Button ist mit D2, die LED mit D6 auf dem Shield verbunden.
  • Google im Internet, welche Pinouts des Nano PWM-Fähigkeiten aufweisen. Notiere dir für spätere Versuche die Pin Zahlen.
  • Übertrage das Programm „PWM“ in den Arduino Editor und speichere es ab. Starte das Programm und überprüfe, ob der Taster die LED dimmt.
  • Beschreibe mit eigenen Worten für jede Programmzeile was der Controller macht.
  • Wie müsste das Programm abgeändert werden, wenn man vor dem Start des Dimmers die maximale Helligkeit der LED anpassen möchte?
  • Wie müsste das Programm „PWM“ geändert werden, wenn man mit zwei Tastern arbeitet? Der eine reduziert, der andere erhöht die Leuchtstärke der LED.

Schaltungsaufbau

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 1

Seeed Basis-Set mit Grove Red LED und Grove Button. Grove Red LED ist mit Buchse D6, Grove Button mit Buchse D2 verbunden.

Wie könnten die Handlungsanweisungen an den Controller aussehen?

Eine mögliche Lösung:

In der Funktion SETUP müssten stehen

  • Seeeduino Nano, setze Pin D6 (LED) auf Ausgang.
  • Setze Pin D2 (Taster) auf Eingang.
  • Schalte die LED aus.

In der Funktion LOOP sollte stehen

  • Wenn der Taster an D2 gedrückt wird, dann
    lege an den Ausgang D6 pwm-Spannungswerte, von 0 aufsteigend bis zum Maximalwert.
  • Ist der Maximalwert erreicht, setze ihn zurück auf 0.

Eine Umsetzung dieser Handlungsanweisungen in Arduino C zeigt das folgende Programm.

Das Programm PWM1

Abb. 2 - Das Programm PWM1

Wie funktioniert die Schaltung?

 

Bis auf den Befehl analogWrite sind uns alle anderen Befehle bekannt.

  • analogWrite(pin, wert)

Der Parameter pin legt fest, an welchem Pin eine Rechteckspannung mit einem bestimmten Tastverhältnis wert ausgegeben werden soll.

 

Die beiden folgenden Oszillogramme zeigen zwei Momentaufnahmen für ein Tastverhältnis nahe 0 und eines nahe bei 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 3

Rechteckspannung, die an Pin 6 (PWM) abgenommen wurde. Das Tastverhältnis liegt nahe bei 0: wert = 20 -> Tastverhältnis 20 /255. Eine LED leuchtet nur schwach.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 4

Die selbe Versuchsanordnung wie in Abb.3; hier liegt das Tastverhältnis nahe bei 1: wert = 200 -> Tastverhältnis  200/255. Eine LED leuchtet hell.

Übung PWM: Ansteuerung eines Grove Servo (MO)

Eine Übung für die Mittel- und Oberstufe. Programmierkenntnisse werden vorausgesetzt.

Didaktisch methodische Einordnung

 

In dieser Übung lernst du …

  • … eine Schaltung nach Vorgabe zusammenzustecken.
  • … wie man einen Standardservo ansteuert und Drehbewegungen ausführen lässt.
  • … wie man einen Servo nach links und rechts drehen lassen kann.
  • … wie man eine Bibliothek in ein Programm einbindet.
  • … einfache Änderungen im Programm vorzunehmen und neuen Anforderungen anzupassen.
  • … Versuchsergebnisse zu bewerten und Fehlerquellen zu benennen.

Wenn du dich noch nicht mit der Arbeitsweise eines Standardservos auskennst, solltest du die folgenden Beiträge vorher durcharbeiten:

Abb. 5 - Analog Servo
Übung PWM: Ansteuerung eines Grove Servos (MO)

Material

  • 1x   Seeed Basis-Set
  • 1x   Grove Standardservo
  • 1x   Grove-Verbindungskabel
  • 1x   USB-Typ C Verbindungskabel zum Laptop/Computer

Aufgaben

  • Baue die Schaltung nach Schaltungsvorlage (Abb. 4) auf. Der Grove Servo ist mit D6 auf dem Shield verbunden.
  • Lies dir die o.g. Beiträge zum Standardservo und seine Arbeitsweise durch.
  • Übertrage das Programm „Servo“ in den Arduino Editor und speichere es ab. Starte das Programm und überprüfe, ob der Servo reagiert.
  • Beschreibe mit eigenen Worten für jede Programmzeile was der Controller macht.
  • Wie müsste das Programm „Servo“ geändert werden, wenn man mit zwei Tastern arbeitet, die, wenn einer von beiden gedrückt wird, den Servo in eine Rechts- oder Linksdrehung bringen?

Schaltungsaufbau

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 6

Seeeduino Nano und Grove Servo an der Shield Buchse D6.

Eine mögliche Lösung:

 

Es wird eine neue Bibliothek <Servo.h> eingebunden, ein Servo Objekt „meinServo“ erzeugt und eine globale Variable vom Typ integer definiert. Ich nenne sie position; sie soll die Position des Steuerhorns auf dem Servo angeben.

 

Für die Funktion SETUP

  • Der Servo an Pin x muss einem Servo Objekt zugeordnet werden. Die Pinnummer ist in diesem Fall x = 6.

Für die Funktion LOOP

  • In einer Schleife werden alle Steuerhornpositionen zwischen 0° und 180° in 1° Schritten abgefahren.
  • In einer zweiten Schleife wird das Steuerhorn aus der einen Extremposition (180°) zurück in die Position 0° gefahren. Für beide Schleifen kann man eine for ... -Schleife wählen.

Eine Umsetzung dieser Handlungsanweisungen in Arduino C zeigt das folgende Programm.

Das Programm Servo

Abb. 7 - Das Programm "Servo"

Nach dem Start des Programms sollte sich das Steuerhorn um 180° in die eine Richtung (zum Beispiel nach links) und anschließend von dort um 180° in die andere Richtung (dann nach rechts) drehen.

Achtung! Bei fehlerhafter Programmierung kann der Servo unter Dauerstrom stehen, sich innerhalb kurzer Zeit sehr stark erhitzen und mindestens die innere Elektronik des Servos dauerhaft schädigen.

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© Reinhard Rahner - Gettorf