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Universeller Experimentieraufbau mit ARDUINO (Logikschaltung, Temperaturregelung, …)

(W. Heubeck / H. Rauch)

Beschreibung: Der Experimentieraufbau enthält neben dem ARDUINO-Mikroprozessor-Board: Motor mit Luftschraube Heizwiderstände mit Temperatursensor Leuchtdiode Potentiometer 2 Taster Mit der Software „Scratch for Arduino“ (S4A) lassen sich vielfältige Experimente durch-führen, angefangen von der UND- bzw. ODER-Schaltung bis zum Thermostaten mit gra-fischer Darstellung des Temperaturverlaufs. Schaltung:

Die Taster T-1 und T-2 legen im gedrückten Zustand den Widerstand R1 bzw. R2 nach Masse. D. h. im gedrückten Zustand liefern sie eine logische „0“ und im Ruhezustand eine logische „1“, was für die Programmierung wichtig zu wissen ist.

Das Potenziometer ist direkt mit +5V (LK-5) und Masse (LK-1) verbunden. Der Abgriff führt direkt zum Analog-Eingang A0 . Somit kann man eine Spannung von 0V – 5V an A0 legen, was in S4A die Zahlenwerte 0 – 1023 liefert.

Das Ein- bzw. Ausschalten des Motors und der Heizwiderstände mit der LED erfolgt nicht durch Relais, sondern kontaktlos mittels zweier n-Kanal-Leistungs-MOSFETs vom Typ BUZ11. Ein MOSFET (MetalOxide Semiconductor FieldEffect Transistor) kann praktisch leistungslos, d.h. rein durch eine Spannung (z.B. durch Berührung des Gates mit dem Finger) angesteuert werden und hat im durchgeschalteten Zustand einen rel. geringen Widerstand. Da MOSFET Bauelemente extrem hochohmig sind, ist die Gefahr der Zerstörung bei Berührung durch elektrostatisch aufgeladene Personen sehr hoch.

R1

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Material:

1 21 cm x 12 cm (Sperrholz 12 mm)

1 5 cm x 2,5 cm (Sperrholz 12 mm)

1 12 cm x 2 cm x 1,5 cm (Leiste)

1 Lüsterklemmenleiste 19.415.0 www.traudlriess.de

1 Solarmotor SR 500 (0,3 V – 9 V) 06.013.0 www.traudlriess.de

1 Befestigungsklammer f. Motor 06.022.0 www.traudlriess.de

1 Luftschraube 05.004.0 www.traudlriess.de

1 Widerstand 75 Ohm 18.085.0 www.traudlriess.de

2 Widerstand 100 Ohm 18.085.0 www.traudlriess.de

1 Widerstand 2,2 kOhm 18.085.0 www.traudlriess.de

2 Widerstand 10 kOhm 18.085.0 www.traudlriess.de

1 Trimmpoti m. Steckachse 10 kOhm 18.282.0 www.traudlriess.de

2 Minitaster 19.183.0 www.traudlriess.de

Schaltdraht (versch. Farben) 19.042.1/3/5 www.traudlriess.de

2 Stiftleiste, 36pol, abgew., RM2,54 SL 1X36W 2,54 www.reichelt.de

2 BUZ 11 BUZ 11 www.reichelt.de

1 LM 35 DZ (0 - 100 °C) LM 35 DZ www.reichelt.de

1 LED, rot, 5mm, 2mA LED 5MM 2MA RT www.reichelt.de

1 Kondensator 1uF MKS-2 1,0u www.reichelt.de

3 Distanzhülsen 5mm DK 5MM www.reichelt.de

1 ARDUINO - UNO www.reichelt.de

2 USB-Kabel www.reichelt.de

1 Schrumpfschlauch d=2,4 mm SDB 2,4 TR www.reichelt.de

8 Spax 3 mm x 10 mm, Rundkopf

Ponal Express

Lötkolben

Heißklebepistole

ARDUINO

Digital-11

M

LK-12 +5V

LK-10

Eine zweite gleiche Schaltung steuert mittels des Digital-10-Ausgangs des Arduinos an Stelle des Motors (M) die Heizwiderstände mit der roten LED. Da der Motor (Spule) eine Induktivität darstellt, müsste bei der Ansteuerung durch einen Transistor eine sog. Freilaufdiode eine Zerstörung beim Abschalten verhindern. Diese integrierte Diode reicht aber aus.

100

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Bauanleitung:

[ Abb. 1 ] Die Lüsterklemmen werden im Folgenden mit LK abgekürzt

Unter- oder oberhalb der Taster die Beschriftung T-1 bzw. T-2 auf der Grundplatte anbringen.

2cm

8cm

10,5 cm

Holzteile mit Ponal-Express auf die Grundplatte kleben Motorklammer zentriert auf die kleine Platte schrauben, Lüsterklemmenleiste wie im Bild bündig mit unterem Grundplattenrand mit 2 Schrauben befestigen

LK-1

LK-12

Anschlüsse der Taster waagrecht aufbiegen und das Trimmpoti sowie die 2 Taster am unteren Rand der Grundplatte mit Heißkleber befestigen Vorsicht: Achse muss drehbar bleiben!!! siehe auch Abb. 3

0,5cm

Rand der Grund- platte

[ Abb.2 ] verbinden (schwarz) LK-1

(rot)LK-5 (gelb)LK-4 (gelb)LK-3 (gelb)LK-2

Trimmpoti

T-1 T-2

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[ Abb. 3 (noch ohne Entstörkondensator) ] Je einen Widerstand 10 kOhm zwischen LK-2 <-> LK-4 sowie LK-3 <-> LK-4 klemmen. Farbcode der Widerstände:

75 Ohm violett grün schwarz

100 Ohm braun schwarz braun

2,2 kOhm rot rot rot

10 kOhm braun schwarz orange

Konstruktion der „Heizung“ mit Temperatursensor: Zwei 100 Ohm Widerstände parallel geschaltet zusammenlöten und an ein Ende 3,5 cm Schaltdraht (rot), folgendermaßen anlöten:

[ Abb. 4 ]

Dieses Gebilde zu einem biegen

und mit 2 Spax-Schrauben auf der Grundplatte befestigen (siehe Abb. 3) [ Abb. 5 ]

6,5 cm

1cm

2,5 cm

rote LED rote LED

A B 100

5

Den kurzen ( = Kathode ) Anschlussdraht der LED auf 1,5 cm kürzen und den 2,2 kOhm-Widerstand, von dem ein Anschlussdraht auf 1cm gekürzt worden ist anlöten. Diese Kombination LED-Widerstand mit entsprechend gekürzten Anschlüssen an die „Heizung“ knapp oberhalb der Spax-Schrauben anlöten. (Siehe Abb. 3) An die Anschlussbeine des Temperatursensors LM 35 jeweils Schaltdraht anlöten: (rot, 2cm) +Vs , (gelb, 2cm) VOUT , (schwarz, 5cm) GND

Die Drähte anschließend in die Lüsterklemmenleiste schrauben: (rot) LK-5 , (gelb) LK-6 , (Schwarz) LK-1 Den Temperatursensor jetzt mit den Anschlussdrähten so hinbiegen, dass sein Plastik-gehäuse mit der flachen Seite an den zwei 100 Ohm Widerständen anliegt. Den Sensor jetzt mit möglichst wenig Pattex dicht an die Widerstände kleben und bis zum Aushärten mit Bindedraht etc. fixieren.

[ Abb. 7 ] Verdrahtung des Motors:

(rot, 13cm) an Anschluss A des Motors (siehe Abb. 3) löten und in LK-12 klemmen. (grün, 10cm) an Anschluss B des Motors löten und in LK-11 klemmen. Anschluss der MOSFETs: Die beiden Leistungs- MOSFETs vom Typ BUZ 11 haben folgende Anschlussbelegung:

Temperatursensor LM 35 DZ, Draufsicht auf die Anschlussbeine Vs = Spannungsversorgung, + 5 V VOUT = Sensorsignal, 10 mV pro °C GND = Masse

Temperatursensor LM 35 DZ an die Widerstände geklebt

Die Source- und Drain-An-schlüsse jeweils 90° nach unten biegen und wie in Abb. 8 gezeigt in die Lüsterklemmenleiste schrauben.

Schraube -A (grün) LK-8 Schraube-B (rot) LK-5

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[ Abb. 8 ] Anschluss des ARDUINOs: Den Arduino mittels 3 Distanzrollen auf die Grundplatte schrauben.

Die Stiftleisten vorsichtig auf zwei mal 8 pins und einmal 13 pins kürzen.

Empfehlenswert ist dabei, die Stiftleiste knapp an der Bruchstelle mit der Flachzange zu

halten und sie dann abzubrechen.

Die Verdrahtung mit der LK-Leiste erfolgt folgendermaßen: (rot, +5V) - LK-5; (schwarz, Masse (Gnd)) - LK-11;

(gelb, A0) - LK-4; (gelb, A1) - LK-6;

[ Abb. 9 (gestaucht) ] (gelb, Digital-2) LK-2; (gelb, Digital-3) LK-3;

(grün, Digital-10) 100 Ohm Widerstand Gate-MOSFET-1 [ löten ]

(grün, Digital-11) 100 Ohm Widerstand Gate-MOSFET-2 [ löten ]

vorher 3cm Schrumpfschlauch über den Widerstand schieben! (siehe Abb. 3) USB-Kabel für Stromversorgung:

abisolieren und rote Ader LK-12; schwarze Ader LK-11

Zugentlastung mittels Heißkleber herstellen (siehe Abb. 3)

Zusätzliche Brücken:

(schwarz) LK-7 LK-9; (schwarz) LK-9 LK-11;

(schwarz) LK-1 LK-11; (rot) LK-5 LK-12;

Entstörung des Analog-Eingangs:

LK-7

MOSFET-2 MOSFET-1

An einen Anschluss des 1 F-Folien-Kondensators den 75 Ohm-Widerstand löten, an den anderen 7,5 cm (schwarz)

LK-6

LK-11

Gate-Anschlüsse um 90° Richtung Arduino biegen