Mess- und Steuerungssystem auf Arduino-Basis
Autor: Maik Schmotz
Betreuender Prof.: Prof. Dr. Mirek Göbel
Art: Projektarbeit
Zurück zu Studentische Arbeiten
Thema
Thema dieser Projektarbeit ist, ein Mess- und Steuerungssystem auf Basis eines Arduino Mikrocontrollers zu entwickeln.
Ziel
Dieses Steuerungssystem soll durch verschiedene Sensoranschlüsse und Bussysteme variabel für den Betrieb beliebiger Mess- und Prüfstände einsatzbar sein. Um dies zu gewährleisten muss eine Platine gefertigt werden, welche all diese Ansprüche erfüllen kann. Zudem soll ein User Interface erstellt werden, welcher die ermittelten Daten auf einem PC darstellt.
Aufgabenstellung
Zur Verwirklichung dieser Projektarbeit wurde folgende Aufgabenstellung erstellt.
1. Recherche
2. Auswahl geeignter Mikrocontroller
3. Entwicklung der Steuerplatine
4. Fertigung der Platine
5. Entwicklung und Konstruktion eines Gehäuses
6. Beispielhaftes einlesen aller Senorwerte
7. Verbesserung der GUI
8. Wiss. Dokumentation der Ergebnisse
Lösung der Aufgabenstellung
Einführung
Für die Verwendung des Mess- und Steuerungssystems für verschiedene Anwendungen werden unterschiedliche Sensoren und Schaltungen benötigt. Um dies zu gewährleisten kann das System folgende Sensoren und Aktuatoren ansteuern oder verarbeiten.
- 3 Stromsensoren
- 4 Hallsensoren
- 4 Drucksensoren
- 1 DC Motor
- Schrittmotoren
Des Weiteren besitzt das System verschiedene Schnittstellen zur Kommunikation, darunter:
- I²C- Schnittstellen
- RS485-Schnittstellen
- RS422-Schnittstelle
- CAN-Bus Schnittstelle
2. Auswahl geeigneter Mikrocontroller
Zur Realisierung des Mess- und Steuersystems soll ein Arduino Mikrocontroller verwendet werden. Dazu wurden verschiedene Controllertypen gegenübergestellt und mit den Anforderungen verglichen. Die geforderten Eigenschaften des Controllers sind in der folgenden Tabelle beschrieben.
| Digitale Pins | Analoge Pins | Taktfrequenz | Serielle Schnittstellen | Versorgungsspannung |
|---|---|---|---|---|
| 10 | 13 | 16MHZ | 3 | 5V |
In der Folgenden Tabelle sind die Ergebnisse der Controller zu erkennen.
| Möglichkeit | Controller | Digitale Pins | Analoge Pins | Taktfrequenz | Serielle Schnittstellen | Versorgungsspannung |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Ardunio Uno | 14 | 6 | 16MHZ | 1 | 5V |
| 2 | Arduino Leonardo | 20 | 12 | 16MHZ | 1 | 5V |
| 3 | Arduino Mega | 54 | 16 | 16MHZ | 3 | 5V |
| 4 | Arduino Nano | 22 | 8 | 16MHZ | 1 | 5V |
| 5 | Arduino Zero | 20 | 6 | 48MHZ | 1 | 3,3V |
Beim Vergleichen der verschiedenen Controller wird klar, dass sie ähnliche Eigenschaften haben, jedoch nur der Arduino Mega die Vorraussetzungen von 13 analogen Pins erfüllt.
Entwicklung und Fertigung
Für die Entwicklung der Steuerplatine wurde das Programm NI Multisim und NI Ultiboard verwendet. Dort konstruiert wurde es in eine Gerber-Datei umgewandelt und auf der hochschuleigenen Platinenfräse gefertigt.
Anschlussplan der Platine
