Arduino: Sensoren einlesen

Abb. 1: Bewegungsmelder, PIR-Sensor - HC-SR501

Autor:	Prof. Dr.-Ing. Schneider
Modul:	Praxismodul I
Lektion 4:	Mechatronik, Informatikpraktikum, 1. Semester, Wintersemester

Inhalt

• Einbindung von digitalen und analogen Sensoren:
  • PIR-Bewegungssensor (HC-SR501)
  • Fotowiderstand (LDR)
  • Drehpotentiometer (Poti)
• Visualisierung von Messwerten im seriellen Plotter.

Lernziele

Nach Durchführung dieser Lektion

• können die Funktionsweise der 3 Sensoren (PIR-Bewegungssensor, Fotowiderstand, Drehpotentiometer) erläutern.
• können Sie die Sensoren korrekt (elektrisch) anschließen.
• können Sie die Sensordaten im Seriellen Plotter anzeigen und auswerten.

Lernzielkontrolle

1. Wie funktioniert der PIR-Bewegungssensor technisch? Auf welche Strahlung reagiert er? Welche Einstellmöglichkeiten besitzt er?
2. Wie funktioniert der Fotowiderstand technisch? Wozu dienen die Widerstände?
3. Wie funktioniert das Drehpotentiometer technisch? Wie lässt sich das Poti kalibrieren?
4. Wie geben Sie mehrere Signale im Seriellen Plotter aus?

Arbeitsergebnisse in SVN: Lernzielkontrolle_Termin_04.pdf

Tutorials

• Using the Serial Plotter Tool
• Arduino Befehlsübersicht
• PIR-Sensor - HC-SR501
• Fotowiderstand LDR
• Arduino-Bibliothek einbinden
• Software-Planung mit PAP
• Header Beispiele für Quelltext in C

Demo

• DemoSerialPlotter.ino

Versuchsvorbereitung

1. Studieren Sie das Tutorial Using the Serial Plotter Tool und nutzen Sie das Demo DemoSerialPlotter.ino, um Daten im Seriellen Plotter auszugeben.
2. Recherchieren Sie die Funktion der Sensoren (PIR-Bewegungssensor, LDR, Drehpoti) anhand von Fachliteratur.
3. Bauen Sie die Schaltungen zur Auswertung der Sensoren auf.
4. Planen Sie die Software via PAP.
5. Beantworten Sie die Lernzielkontrollfragen.
6. Sichern Sie Ihre Unterlagen in SVN.

Versuchsdurchführung

Aufgabe 4.1: Besprechung der Versuchsvorbereitung

Diskutieren Sie mit Prof. Schneider die Ergebnis Ihrer Vorbereitung.

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Aufgabe 4.2: Der Bewegungsmelder HC-SR501

Ein Piezo-Lautsprecher soll piepen, sobald eine Bewegung registriert wird.

Nützliche Befehle: pinmode(), digitalRead(), digitalWrite(), delay, if..else

Arbeitsergebnisse in SVN: BewegungsmelderMitPiezo.ino

Musterlösung  Bewegungsmelder HC-SR501

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Aufgabe 4.3: Fotowiderstand (LDR) am Arduino auslesen

Eine LED soll leuchten, wenn es dunkel wird bzw. wenn ein Fotowiderstand abgedeckt wird.

Nützliche Befehle: pinmode(), analogRead(), digitalWrite(), if..else

Arbeitsergebnisse in SVN: LDRSteuertLED.ino

Musterlösung  Funduino: Fotowiderstand (LDR) am Arduino auslesen

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Aufgabe 4.4: Drehregler - Drehpotentiometer

Eine LED soll blinken. Die Blinkgeschwindigkeit soll mit einem Drehregler eingestellt werden. Zeigen Sie den Wert des Drehpotentiometers sowie den Wert des LED-Ports (z. B. 13) im Serial Plotter aus.

Nützliche Befehle: pinmode(), analogRead(), analogWrite(), delay(), map()

Arbeitsergebnisse in SVN: PotiSteuertLED.ino

Tutorial  Using the Serial Plotter Tool

DemoSerialPlotter.ino 

/* Variablen deklarieren */
int Zufallsvariable_s16 = 0;
static const int KONSTANTE_s16 = 500;
static const int BAUDRATE_s16 = 9600;    // 9600 Baud

void setup() {
 Serial.begin(BAUDRATE_s16);             // Serielle Ausgabe mit 9600 Baud starten
}

void loop() {
  Zufallsvariable_s16 = random(0, 1000); // Zufallsvariable erzeugen
  Serial.print("Variable 1:");
  Serial.print(Zufallsvariable_s16);    
  Serial.print(",");                     // Werte mit Komma trennen
  Serial.print("Variable 2:");
  Serial.println(KONSTANTE_s16);         // CRLF oder LF
}

Musterlösung  Potentiometer zum Regeln der Blinkgeschwindigkeit einer LED verwenden

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Aufgabe 4.5: Nachhaltige Doku

• Sichern Sie alle Ergebnisse mit beschreibendem Text (message) in SVN.
• Beachten Sie dabei die Software Anforderungen.

Arbeitsergebnisse in SVN: SVN Log, Lernzielkontrolle_Termin_04.pdf

Ausblick zur nächsten Lektion

In der nächsten Lektion wird mit Licht eine Entfernung gemessen. Die damit verbundenen Themen sind:

• Deklaration und Verwendung von Arrays
• Kapselung einer Teilaufgabe in einer Funktion
• Funktion des Sharp Entfernungssensors GP2Y0A41SK0F
• Einlesen des Entfernungssensors mit dem Arduino
• Darstellung der Messwerte
• Kennlinienkalibrierung

Literatur

1. Brühlmann, T.: Arduino Praxiseinstieg. Heidelberg: mitp, 4. Auflage 2019. ISBN 978-3-7475-0056-9. URL: HSHL-Bib, O'Reilly-URL
2. Brühlmann, T.: Sensoren im Einsatz mit Arduino. Frechen : mitp Verlag, 1. Auflage 2017. ISBN: 9783958451520. URL: HSHL-Bib, O'Reilly
3. Snieders, R.: ARDUINO lernen. Nordhorn: 8. Auflage 2022. URL: https://funduino.de/vorwort
4. Schneider, U.: Programmierrichtlinie für für die Erstellung von Software in C. Lippstadt, 1. Auflage 2022. PDF-Dokument (212 kb)

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