Arduino: Sensorbaukasten

Autor: Prof. Dr.-Ing. Ulrich Schneider

Kurzbeschreibung

Mit der Umgestaltung des Studiengangs Mechatronik entstand ein neues Modul in dem es um Sensoren und Aktoren geht. Um die Lehre praktisch zu gestalten, sollen in Kleingruppenübungen reale Sensoren und Aktoren mit einem Arduino in Betrieb genommen werden. Der Grundbausatz "Arduino" mit Steckbrett, Kabel etc. ist bereits vorhanden und kann genutzt werden. Diese Maßnahme ergänzt das Erlebnis um moderne Sensoren (IMU, Feuchte, Weg, Winkel,...) und Aktoren (Servo, Stepper,...). Entsprechend der aktuell geringen Einschreibezahlen werden 10 Sensorsets inkl. Transportkoffer beantragt. Die Sensoren kommen zusätzlich im Masterstudiengang BSE in den LV Signalverarbeitende Systeme und Angewandte Informatik zum Einsatz.

Mehrwert

Die Studierende können den Vorlesungsstoff praktisch umsetzen. Hierdurch entsteht ein tieferes Verständnis sowie praktische Übung im Bereich der Messtechnik und digitalen Signalverarbeitung. Zusätzlich wird der Umgang mit dem Arduino als Mikrocontrollersystem vertieft.

Das Projekt wird im HSHL-Wiki beschrieben. Der Mehrwert kann so überprüft werden. Zusätzlich findet im Januar eine öffentliche Projektmesse statt. Dort können Sie die Studierenden direkt nach dem Mehrwert befragen und spannende mechatronische Projekte bestaunen.

Umsetzung

• Ausstattung der Basissammlung WS 2023
• Erweiterung des Sensorbaukastens WS 2024

Analoge Sensoren zur Messung von Weg und Winkel

• Elektromagnetische Sensoren
  • Winkelmess-Sensormodul
  • Reed Kontakt,Magnetisches Reed Modul
  • Reed-Kontakt (Magnetschalter) [1]
  • induktiver Näherungsschalter
  • Induktiver Näherungssensor
  • Kapazitive Sensoren
  • Optische Sensoren
  • Reflexlichttaster
  • Halbleiter-Laserdiode
• Inkrementalgeber
  • Encoderscheibe und Lichtschranke
  • Drehimpulsgeber
  • Gabellichtschranke
  • Hall Effekt Sensor Hall-Sensor + Magnet
• Resistiv
  • Schiebepotentiometer 10k mit Platine
• Kapazitiv
  • Trimmerkondensator

Messung geometrischer Größen

• Ultraschall
  • Ultraschall bis 5 m
• Radar
  • Doppler-Radar Modul
  • Radar Bewegungsmelder
• DMS

Messung dynamometrischer Größen

• Masse
  • Wägedrucksensor mit Wägezelle
  • Waage
  • Piezo Vibrationssensor
  • Gyroskop
  • Beschleunigungssensor
  • RFP602 Druckabhängiger Widerstand - Drucksensor - 500g bis 10kg
  • Magnetometer
  • Drucksensor
  • Luftdrucksensor

Temperaturmessung

• PT100, PT1000
• Thermoelement
• Peltierelement
• Pyrometer

Erfassung kodierter und nichtkodierter Informationen

• RFID/NFC
  • NFC TAG213 Sticker
  • RFID TAG - Scheckkartenformat
  • RFID-KIT
  • PN532 NFC RFID V3 Modul

Optische Sensoren

• Umgebungslicht Lux Sensor
• Farbsensor
  • Mouse Encoder

Kommunikation

• Funksender- und Empfänger
• Funkfernbedienung
• 433mhz Funksender- und Empfänger

Füllstandssensoren

• • Kapazitiver Sensor

Verschiedenes

• Spannungssensor, 25V
• Stromstärkesensor, 5A
• Herzfrequenzsensor
• Finger-Herzschlag-Erkennungssensor
• UV-Sensor
• Gassensor
• Tastenfeld
• Wassersensor
• Joystick [2]

Komplexere Projekte

• Pick-up (Induktionsspulenelementarsensor) Spule
• Induktiver Näherungssensor/Näherungsschalter pnp Schalter+[ https://www.conrad.de/de/p/md-micro-detectors-cd12m-0b-050c1-anschlusskabel-fuer-sensoren-cd12m-0b-050c1-1-st-2273269.html Kabel] Datenblatt DRV5053CAQLPGM Hallsensor Testplatine Hallsensor als Schalter und linear testplatine [file:///C:/Users/ebmeyer/Downloads/Hall_Demo.pdf]
• Hallsensor in der Kiste ist der ACS712 ein Hall Sensor zur Strommessung
• Feldplatte FP201L100 z.b. von Hinkel elektronik nicht mehr Lieferbar nicht mehr Lieferbar Der alleinige Hersteller Infineon hat die Herstellung im Jahr 2003 eingestellt. Im Handel sind deshalb ausschließlich Restbestände zu bekommen. Als Ersatz gibt es einen Magneto-Resitive-Sensor, der für die gleichen Aufgaben genauso gut geeignet ist. [Infineon] oder z.B. TME
• Induktive Wegmessung mit Tauchkern etwa 400€
• Thermoelement macht nur Sinn zusammen mit ner Refstromquelle wie S.11 und S.17 ref200 von ti und oder nem Instrumentationsverstärker eventuell verschiedene typen wie K, J, ... aber dann auch direkt mit zwei, drei, vierleiter Messung z.b. mit mehreren Op07 oder Ina333 ina 111 oder so dann aber auch negative Spannung von nöten eventuell einfach zwei 9V Block Batterien. Wäre aber ein sehr schöner Versuch. Gleiche Schaltung dann abwandelbar für PT 100 und PT1000. PT 100 und PT1000 als 2,3,4 Leiter

Thermoelement als 2,3,4 Leiter. Reichelt Tempschaltung Schaltung Vergleichsstellenkompensation Thermoelemnt mit SPI einfacher Versuch mit LM358 und PT1000 z.B. mit Referenz Temperaturmessung an der Knotenstelle zur Kompensation , beziehungsweise mit eingeprägten Konstanntstrom,

Weiterführende Links

• ELEGOO Aufgerüsteter 37 in 1 Sensormodul Bausatz
• 15 in 1 - Sensor Kit