Arduino Projekt: Servomotor mit einem Potentiometer steuern

Abb. 1: Servomotor mit Potentiometer

Autor: Justin Frommberger

Ablaufplan

Um das Projekt "Servomotor mit einem Potentiometer steuern" durchzuführen, wird der folgende Ablauf empfohlen einzuhalten.

1. Betrachten Sie das Video (Abbildung 1) und lesen Sie die Aufgabenstellung sorgfältig durch.
2. Überprüfe ob alle erforderlichen Materiallien von der Materialliste vorhanden sind.
3. Bevor Sie mit dem Hauptprojekt beginnen, ist es ratsam, das "Vorab wichtig zu wissen" zu lesen und bei der Durchführung des Projekts zu beachten.
4. Nachdem die Grundbausteine erklärt wurden, sollten Sie nun mit der Abbildung 2 fortfahren und die Schaltung des Projekts nachbauen.
5. Vor der Programmierung ist es wichtig, die benötigte Hardware gemäß den Angaben unter "Benötigtes Programm" herunterzuladen.
6. Abschließend wird eine schrittweise Anleitung zur Programmierung präsentiert. Wichtig ist, dass der Code in der gleichen Position wie in den Lösungen platziert wird.

• Viel Freude und Erfolg bei der Umsetzung Ihres zweiten Projektes!

Aufgabenstellung

Entwickeln Sie eine Arduino-Schaltung, um einen Servomotor mit einem Potentiometer zu steuern.

• Der Servomotor soll sich entsprechend der Potentiometerposition drehen.
• Implementieren Sie eine Funktion, die den Potentiometerwert liest und den Servomotor entsprechend positioniert.
• Testen Sie die Schaltung, indem Sie den Servomotor durch Drehen des Potentiometers in verschiedene Positionen bringen.

Benötigte Materialien

Tabelle 1: Materialliste

Nr.	Anz.	Beschreibung	Bild	Pos.	Anz.	Beschreibung	Bild
①	1	Funduino Arduino UNO R3		②	10	Jumper Kabel, männlich/männlich
③	1	Steckbrett		④	1	Potentiometer 10k
⑤	1	TowerPro SG90 Servomotor

Vorab wichtig zu wissen!

Arduino Uno R3

Der Arduino besitzt unterschiedliche Schnittstellen, weil der Arduino ein digitaler Mikrocontroller ist, kann er nur  5 Volt ausgeben oder annehmen.

• Deshalb wird für das Projekt 2 eine PWM Schnittstelle benötigt.
• Die [PWM] Schnittstellen sind ganz einfach zu erkennen an diesem Zeichen (~)
• Das Zeichen ist auf dem Arduino bei den digitalen Zahlen zu finden, siehe Abbildung 2.

Servomotor Kabel

Abb. 2: Servo_Farben

Schwarz oder Braun = Masse (GND)
Rot = VCC/+ 5 V
Orange, Gelb oder Weiß = PWM-Signal

Potentiometer

Ist ein elektronisches Bauteil, das den elektrischen Widerstand in einem Stromkreis verändern kann.

• Es besteht aus einem drehbaren Schleifer, der über einen Widerstand gleitet.
• Durch Drehen des Schleifers kann der Widerstandswert des Potentiometers verändert werden.
• Desto höher der Widerstand, desto niedriger der Strom.

Steckbrett

Erklärung zum Arbeiten mit einem Steckbrett (klicken)

Taster

Ein Taster verbindet den Stromkreis, sobald er gedrückt wird, und unterbricht ihn, sobald man ihn loslässt.
Meistens ist eine kleine Feder eingebaut, die ihn wieder öffnet.

Aufbau Schaltung

Abb.2 Schaltung Poti

• In Abb. 3 wird die Schaltung für das Projekt "Servomotor mit einem Potentiometer steuern" dargestellt.

Benötigte Software

Aktuellste Arduino IDE mit der Version für ihren PC. (Download link)

Schritt 1:
Erstellen der ersten Arduino Datei. (Link zum Tutorial)
Schritt 2:

• Geringe Kenntnisse in den Programmierrichtlinien für die Erstellung von Software. (Link)
  
• Grundkenntnisse vom Projekt Pulsierende LED verstanden haben. (Link)
  
• Grundkenntnisse für das Projekt Servomotor mit einem Potentiometer steuern verstehen. (Link).

Schritt 3:
Nachdem die Schritte 1 und 2 abgeschlossen sind, kann mit der Programmierung des Projektes gestartet werden.

1) #include
Für das Projekt wird ein Servomotor verwendet, hierfür wird eine Bibliothek benötigt.
Diese wird über den Befehl #include <Name> hinzugefügt.

Quelltext 1: Servo.ino

Lösung  

#include <Servo.h>  // Bibliothek einbinden
void setup()         
{                    
//später
}
void loop() 
{ 
//später
}

2) Initialisierung
Der nächste Schritt ist, alle Variablen zu initialisieren, die später verwendet werden.
Es müssen 3 Variablen angelegt werden, für den Motor, Variable um den analogen Wert des Potentiometers zu speicher und eine Variable für die Position des Motors.

Quelltext 2: Servo.ino

Lösung  

# include <Servo.h>  // Bibliothek einbinden

Servo Motor;    // Bezeichnung des Motors
unsigned int Regler_Wert;    // speichert den analogen Wert des Drehpotentiometers          
unsigned int Position;    // Position des Motors

void setup()         
{                    
//später
}
void loop() 
{ 
//später
}

3) attach()
In diesem Schritt soll dem Arduino mitgeteilt werden, mit welcher PWM Schnittstelle der Motor verbunden ist.
Dies kann man mit der Funktion Variable.atach(Schnittstelle); zugewiesen werden.

Quelltext 3: Servo.ino

Lösung  

# include <Servo.h>  // Bibliothek einbinden

Servo Motor;    // Bezeichnung des Motors
unsigned int Regler_Wert;    // speichert den analogen Wert des Drehpotentiometers          
unsigned int Position;    // Position des Motors

void setup()         
{                    
Motor.attach(9);  // Motor an Pin 9 angeschlossen (attach)
}
void loop() 
{ 
//später
}

4) analogRead()
Um den Motor mit dem Potentiometer steuern zu können, müssen seine Werte ausgelesen werden und in einer Variable gespeichert werden.
Dafür muss diese Funktion verwendet werden, int SpeicherVariable = analogRead(Schnittstelle);

Quelltext 4: Servo.ino

Lösung  

# include <Servo.h>  // Bibliothek einbinden

Servo Motor;    // Bezeichnung des Motors
unsigned int Regler_Wert;    // speichert den analogen Wert des Drehpotentiometers          
unsigned int Position;    // Position des Motors

void setup()         
{                    
// Motor an Pin 9 angeschlossen (attach)
Motor.attach(9);                         // Motor Schnittstelle
}
void loop() 
{ 
Regler_Wert = analogRead(A0);     //A0 Poti Schnittstelle
}

5) map()
Um mit dem Potentiometer den Motor drehen zu können, müssen ihre Werte sich aneinander anpasse.
Dies lässt sich mit der Funktion map(value, fromLow, fromHigh, toLow, toHigh); lösen.
Value ist der Vorgabewert, da mit dem Potentiometer der Motor gesteuert wird, braucht man hier den Wert von der Poti Schnittstelle. In den anderen Spalten werden die minimalen und maximalen Werte der Hardware eingetragen (siehe Grundkenntnisse).

Quelltext 5: Servo.ino

Lösung  

# include <Servo.h>  // Bibliothek einbinden

Servo Motor;    // Bezeichnung des Motors
unsigned int Regler_Wert;    // speichert den analogen Wert des Drehpotentiometers          
unsigned int Position;    // Position des Motors

void setup()         
{                    
void setup()
{
Motor.attach(9);  // Motor an Pin 9 angeschlossen (attach)
}
void loop()
{
Regler_Wert = analogRead(A0);          //A0 Poti Schnittstelle
/*
map -> Umwandlung des gelesenen Wertes
von 0 bis 1023 (analoger Sensorwert)
auf 0 bis 180 (Drehung des Motors)
*/
Position = map(Regler_Wert, 0, 1023, 0, 180);
}

5) write()
Der letzte Schritt, damit der Motor sich bewegt und die Postion erhält ist Motor.write(Variable);<brb> Write übertragt die in der Klammer festgelegten Werte zum Motor.

Quelltext 6: Servo.ino

Lösung  

# include <Servo.h>  // Bibliothek einbinden

Servo Motor;    // Bezeichnung des Motors
unsigned int Regler_Wert;    // speichert den analogen Wert des Drehpotentiometers          
unsigned int Position;    // Position des Motors

void setup()
{
Motor.attach(9);  // Motor an Pin 9 angeschlossen (attach)
}
void loop()
{
Regler_Wert = analogRead(A0);          //A0 Poti Schnittstelle
/*
map -> Umwandlung des gelesenen Wertes
von 0 bis 1023 (analoger Sensorwert)
auf 0 bis 180 (Drehung des Motors)
*/
Position = map(Regler_Wert, 0, 1023, 0, 180);

Motor.write(Position);  // Motor zur Position bewegen
}

Schritt 4

• Nach dem Beenden von Schritt 3, kann nun das Ergebnis mit der Musterlösung verglichen werden.

Musterlösung

Quelle: Link

Musterlösung  

# include <Servo.h>  // Bibliothek einbinden

Servo Motor;    // Bezeichnung des Motors

/* Variablen deklarieren */
unsigned int Regler_Wert;    // speichert den analogen Wert des Drehpotentiometers          
unsigned int Position;    // Position des Motors

void setup()
{
 Motor.attach(9);  // Motor an Pin 9 angeschlossen (attach)
}
void loop()
{
 Regler_Wert = analogRead(A0);          //A0 Poti Schnittstelle
 /*
 map -> Umwandlung des gelesenen Wertes
 von 0 bis 1023 (analoger Sensorwert)
 auf 0 bis 180 (Drehung des Motors)
 */
 Position = map(Regler_Wert, 0, 1023, 0, 180);

 Motor.write(Position);  // Motor zur Position bewegen
}

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