Arduino Projekt: Servomotor mit einem Potentiometer steuern

Autor: Justin Frommberger

Ablaufplan

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

Betrachten Sie das Video (Abbildung 1) und lesen Sie die Aufgabenstellung sorgfältig durch.
Überprüfe ob alle erforderlichen Materiallien von der Materialliste vorhanden sind.
Bevor Sie mit dem Hauptprojekt beginnen, ist es ratsam, das "Vorab wichtig zu wissen" zu lesen und bei der Durchführung des Projekts zu beachten.
Nachdem die Grundbausteine erklärt wurden, sollten Sie nun mit der Abbildung 2 fortfahren und die Schaltung des Projekts nachbauen.
Vor der Programmierung ist es wichtig, die benötigte Hardware gemäß den Angaben unter "Benötigtes Programm" herunterzuladen.
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	Pos.	Anz.	Beschreibung
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

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

In Abb. 2 wird die Schaltung für das Projekt "Servomotor mit einem Potentiometer steuern" dargestellt.
Bevor mit der Programmierung begonnen werden kann, muss die Schaltung des Projekts aufgebaut werden.

Zu beachten ist, dass die Kabel genau wie in der Abbildung 2 verbunden werden müssen.
Achte auf die Vertikalen und Horizontalen Reihen!
Stecke das Potentiometer mit seinen 3 Beinchen in das Steckbrett.
- + und - sind beim Anschließen des Potentiometers für das Projekt frei wählbar.

Programmierung

Benötigtes Programm!

Lade Sie die aktuellste Version der Arduino IDE herunter. (klicken)
Stellen Sie sicher, dass Sie die korrekte Version für Ihren PC oder Laptop herunterladen.

1. Erstellen der Arduino Datei

Starten Sie das Programm Arduino IDE mit einem Doppelklick.
Sobald das Programm gestartet ist, soll ein neues Projekt geöffnet und anschließend abgespeichert werden.
Stelle sicher, dass dein Arduino über ein Kabel mit dem Computer verbunden ist.

Wichtig: Unter jeder Anleitung ist ein Beispiel vorhanden, das durch Klicken auf "Ausklappen" sichtbar wird.

Neues Projekt & Speichern

⇒ Überprüfe, ob das richtige Board ausgewählt wurde.

Board check

⇒ Überprüfe, ob der richtige Port ausgewählt wurde.

Die Port Nummer ist für jede Schnittstelle anderes, beachten Sie den Namen, der in Klammern angegeben ist (Arduino Uno).

Port check

2. Wichtig für die Programmierung

Es ist wichtig, die Programmierrichtlinien beim Verfassen von Programmiercode zu beachten und einzuhalten.
[Programmierrichtlinien, klicken]

Die Grundkenntnisse dienen als Nachschlagewerk, um während der Programmierung Code zu überprüfen, den man möglicherweise nicht vollständig verstanden hat.
[Grundkenntnisse pulsierende LED, klicken] und [Grundkenntnisse Servomotor, klicken].

3. Start der Programmierung

Wichtig vorab:

Unter jedem Programmierabschnitt befindet sich ein ausklappbares Element, das die Teillösung enthält.
Überprüfen Sie Ihre Lösungen sorgfältig und stellen Sie sicher, dass Ihr Code genau in der gleichen Reihenfolge angeordnet ist wie im Beispiel.
Beachte die Klammer vor, hinter oder nach jedem Wort, diese sind sehr wichtig in der Programmierung.
Ihr Code muss genau so aussehen wie im Beispiel: Quelltext 1: Start.ino

[Quelltext 1: Start.ino]

void setup()         
{  
                  
}
void loop() 
{ 

}

Bibliothek hinzufügen

Für das Projekt wird ein Servomotor verwendet, hierfür wird eine Bibliothek benötigt.

Diese wird über den Befehl #include <Servo.h> hinzugefügt.
Dieser Code wird immer nach ganz oben in dem Programm geschrieben.

[Quelltext 1: Servo.ino]

Lösung

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

Initialisierung (Zuweisung)

Im nächsten Schritt werden alle erforderlichen Variablen in der Arduino IDE mit ihrem entsprechenden Namen und Datentyp versehen.
Um das Verständnis zu wiederholen, wird empfohlen, sich erneut die Grundkenntnissen der Initialisierung und Datentypen durchzulesen.

Es müssen 3 Variablen angelegt werden:

Für den verwendeten Motor: Servo Motor;
Speichern des Wertes vom Drehpotentiometers: unsigned int Regler_Wert;
Speichern von der Position des Motors: unsigned int Position;

Schreiben Sie den Code über, dem void setup(), beachte das jedes Zeichen übernommen werden muss.

[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
}

Motor Pin zuweisen

In diesem Schritt wird dem Arduino mitgeteilt, über welche PWMSchnittstelle der Motor verbunden ist.
Dies kann mithilfe der Funktion Motor.atach(9); zugewiesen werden.
Bei Fragen zum Motor, siehe Grundkenntnisse Servo.h.

[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
}

Potentiometer Wert auslesen

Um den Motor mit dem Potentiometer steuern zu können, müssen seine Werte ausgelesen werden und in einer Variable gespeichert werden.

Hierfür muss diese Funktion Regler_Wert = analogRead(A0); verwendet werden.
Auf diese Weise kann später mithilfe der Variable überprüft werden, ob das Potentiometer gedreht wurde.
Dieser Code wird in die Klammern vom void loop() geschrieben.

[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
}

`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);
}

`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
}

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
}

→ zurück zum Hauptartikel: BA: Arduino-Projekte für die Lehre

Arduino Projekt: Servomotor mit einem Potentiometer steuern

Inhaltsverzeichnis

Ablaufplan

Aufgabenstellung

Benötigte Materialien

Vorab wichtig zu wissen!

Arduino Uno R3

Servomotor Kabel

Potentiometer

Steckbrett

Taster

Aufbau Schaltung

Programmierung

Benötigtes Programm!

1. Erstellen der Arduino Datei

2. Wichtig für die Programmierung

3. Start der Programmierung

Bibliothek hinzufügen

Initialisierung (Zuweisung)

Motor Pin zuweisen

Potentiometer Wert auslesen

`map()`

`write()`

Musterlösung

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