Spannung, Stromstärke und Widerstand berechnen
- Voraussetzungen: Kurze Einführung
- Inhalte: Spannung , Stromstärke , Widerstand , Reihenschaltung , Parallelschaltung , 7-Segment-Anzeige
- Niveau: Basis , Fortgeschritten
Elektrische Grundlagen zu digitalen und analogen Pins
In der Arduino-Welt kommt man bereits sehr weit, wenn man die vorkonfigurierten Bauteile nach Anleitung anschließt und dann mit dem Programmieren loslegt. Allerdings kann man manche Schaltungen auch effizienter aufbauen oder anders herum anschließen oder aus den Sensorwerten mehr als nur qualitative Prozentwerte ermitteln, deren genaue Bedeutung völlig unklar ist. Um dies zu erreichen, muss man die physikalischen Grundlagen der Arduino-Pins und einiger grundlegender Bausteine von elektrischen Schaltungen verstehen, die im Folgenden thematisiert werden.
Hinweis: Falls dieses Skript für einen reinen Informatikunterricht genutzt werden soll, kann dieses Kapitel übersprungen werden.
In diesem Kapitel lernst du…
- …Widerstand, Spannung und Stromstärke im Stromkreis zu berechnen,
- …das elektrische Potential an einem digitalen Pin einzulesen,
- …Pulsweitenmodulation zu benutzen,
- …Spannungen zu messen und Spannungen an einem Spannungsteiler zu berechnen,
- …ein Potentiometer, einen LDR sowie einen NTC auszulesen, um eine Drehung, die Umgebungshelligkeit bzw. die Temperatur zu messen,
- …wie Transistoren verwendet werden,
- …wie man einen Elektromotor steuert,
Digitale und analoge Pins
Digitale und analoge Pins
In diesem Abschnitt lernst du alles Wichtige über die Physik der digitalen und analogen Pins am Arduino. Das ist die Grundlage für die Verwendung von zahlreichen Sensoren und Aktoren und somit eine Grundlage für sehr viele Projekte!
Anwendungen der Spannungsmessung
Anwendungen der Spannungsmessung
Jede Messung mit einem Mikrocontroller basiert darauf, dass eine Umweltgröße, die gemessen werden soll, auf eine messbare Spannung zurückgeführt wird, die dann vom Mikrocontroller verarbeitet wird. In diesem Abschnitt wird an drei Beispielen erkundet, wie man aus der Spannung, die an analogen Eingängen gemessen wird, wieder die Umweltgröße ermittelt. In einem zusätzlichen Abschnitt wird gezeigt, wie man eine Regression durchführt, um einen funktionalen Zusammenhang zu ermitteln.
Transistoren und Motoren
Transistoren und Motoren
Immer wenn ein Projekt nicht nur passiv dasitzen und etwas beobachten und anzeigen soll, kommen Motoren ins Spiel. Motoren benötigen relativ hohe Stromstärken und können rückläufige Ströme erzeugen, die das Steuerbauteil zerstören können. Daher ist bei der Verwendung von Motoren Vorsicht angebracht. Im Folgenden werden schrittweise die nötigen Grundkenntnisse erarbeitet.
Vermischte Übungen zur Elektrik
Vermischte Übungen zur Elektrik
Motivationsquellen
- Laser-Game: Ein kleines Spiel, das sich auf einfache Weise nachbauen lässt.
- Arduino Garden Controller: Gartenarbeit muss heute nicht mehr aufwendig sein: Mit einem Arduino lassen sich die Pflanzen automatisch bewässern, wenn die Erde nicht mehr feucht genug ist. Die erhobenen Daten lassen sich außerdem schön visualisieren.
- Wetterstation von bitluni
- Das Problem mit Wettervorhersagen (Dr. Whatson, Youtube): Selbst gebaute Wetterstationen sind beliebte Anfängerprojekte, bei denen meist ein WLAN-fähiger Mikrocontroller auf Basis des ESP8266 zum Einsatz kommt. Dieser lässt sich ebenfalls über die Arduino IDE programmieren. Wer etwas mehr Hintergrundwissen dazu haben will, schaut sich das Video von Dr. Whatson an, der außerdem das Projekt SenseBox vorstellt.
- “Use the force or your brainwaves” (Youtube), “Use the force or your brainwaves” (Projektseite): Der Schüler Imets Tamás hat es mithilfe mehrerer Arduinos geschafft, seine Gehirnwellen einzulesen und zu nutzen, um einen Roboter zu steuern!
- Autonomes Auto: Der Bastler hinter diesem Projekt hat einen Arduino-basierten Prototypen für ein autonomes Auto entworfen.
- Pong-Bot: Ein kleines witziges Spiel hat dieser Bastler mit einem Arduino automatisiert.
- Snack-Automat: Ein Arduino-basierter Snack-Automat!
