Arduino: Aktoren

Aus HSHL Mechatronik
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Abb. 1: Schrittmotor 28BYJ-48 mit ULN2003 Treiberplatine
Autor: Prof. Dr.-Ing. Schneider
Modul: Praxismodul I
Lektion 9: Mechatronik, Informatikpraktikum, 1. Semester, Wintersemester

Fragestellungen, Begriffe und Voraussetzungen

Fragestellungen

In dieser Lektion Steuern wir Aktoren (Servomotor und Schrittmotor) an.

Eingeführte Begriffe und Konzepte

Diese Lektion befasst sich mit der Vorstellung und Ansteuerung gängiger Aktoren am Arduino:

Vorausgesetzte Kenntnisse aus vorangegangenen Lektionen

  • Nutzung der digititalen IO-Pins
  • Interrupts

Lernziele

Nach Durchführung dieser Lektion

  • können die Funktion eines Servomotors und Schrittmotors erläutern.
  • können Sie die Unterschiede und Anwendungsfelder der Motoren beschreiben
  • können Sie beide Motoren gezielt ansteuern.
  • können Sie das Hauptprogramm mit einem Interrupt unterbrechen.

Lernzielkontrolle

  1. Wie funktioniert ein Servomotor? Welchen Arbeitsbereich hat der Servo?
  2. Was ist eine Pulsweitenmodulation und wie lässt sich ein Servo damit ansteuern?
  3. Was muss beim Umgang mit einem Servo beachtet werden?
  4. Wie steuert man einen Servomotor an?
  5. Wie funktioniert ein Schrittmotor? Welchen Arbeitsbereich hat der Schrittmotor?
  6. Was muss beim Umgang mit einem Schrittmotor beachtet werden?
  7. Wie steuert man einen Schrittmotor an?
  8. Vergleichen Sie beide Motoren anhand fachlicher Kriterien.
  9. Wurde der Quelltext durch Header und Kommentare aufgewertet?
  10. Wurden jedes Programm mittels PAP geplant?
  11. Wurde auf magic numbers verzichtet?
  12. Wurde die Programmierrichtlinie eingehalten?

Vorbereitung

Bereiten Sie sich anhand der nachfolgenden Aufgaben auf den Praktikumstermin vor.

  1. Nutzen Sie die Beiträge als Vorbereitung auf den Servomotor:
    1. HSHL Wiki: Servomotor TowerPro SG90
    2. Funduino: Servomotor TowerPro SG90
  2. Nutzen Sie die Beiträge als Vorbereitung auf den Schrittmotor:
    1. HSHL Wiki: Schrittmotor 28BYJ-48
    2. Funduino: Schrittmotor 28BYJ-48 mit ULN2003 Treiberplatine
  3. Studieren Sie diesesn Artikel: Arduino: Interrupts
  4. Planen Sie die Software via PAP.
  5. Beantworten Sie die Lernzielkontrollfragen.
  6. Sichern Sie Ihre Unterlagen in SVN.

Arbeitsergebnisse in SVN: Lernzielkontrolle_Termin_08.pdf

Versuchsdurchführung

Aufgabe 9.1: Lernzielkontrolle

Präsentieren Sie Prof. Schneider das Ergebnis der Lernzielkontrolle.

Arbeitsergebnisse in SVN: Lernzielkontrolle_Termin_09.pdf

Aufgabe 9.2: Servo ansteuern

Ein Servo soll von einem Arduino-Mikrocontroller angesteuert werden. Der Servo soll dazu in diesem Beispiel drei verschiedene Positionen ansteuern und zwischen den Positionen eine kurze Zeit warten. Zeichnen Sie die PWM beim Ansteuern mit einem Oszilloskop auf.

Nützliche Befehle: #include, Servo, attach, write

Arbeitsergebnisse in SVN: steureServo.ino

Tutorial: Funduino: Servo TowerPro SG90 ansteuern

Aufgabe 9.3: Schrittmotor 28BYJ-48 ansteuern

Lassen Sie einen Schrittmotor eine ganze Umdrehung vor- und zurückdrehen.

Nützliche Befehle: #include<Stepper.h>, Stepper, step(), setSpeed()

Arbeitsergebnisse in SVN: steureSchrittmotor.ino

Lösung: Funduino: Schrittmotor ansteuern

Aufgabe 9.4: Motorbewegung unterbrechen

  1. Befestigen Sie einen Zeiger an Ihrem Schrittmotor. Dieser Zeiger bildet den Sekundenzeiger einer Uhr und soll sich in 60 s um 360 ° drehen.
  2. Lesen Sie einen Taster ein. Dieser soll beim Drücken einen Interrupt als "Notaus" auslösen.
  3. Stoppen Sie in einer Interrupt-Service-Routine sofort den Motor.

Nützliche Befehle: attachInterrupt()

Arbeitsergebnisse in SVN: StepperUhrNotaus.ino


Aufgabe 9.5: Nachhaltige Doku

Sichern Sie alle Ergebnisse mit beschreibendem Text (message) in SVN.

  • Wurden die Regeln für den Umgang mit SVN eingehalten?
  • Wurde die Programmierrichtlinie eingehalten?
  • Wurde nachhaltig dokumentiert?
  • Haben die Programme einen Header?
  • Wurden der Quelltext umfangreich kommentiert?
  • Wurden die PAPs erstellt und abgelegt? Passen die PAPs 100% zum Programm?

Arbeitsergebnis in SVN: SVN Log

Tutorials

Demos

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)
  5. Sharp: GP2Y0A41SK0F. URL: [1]. Datenblatt (858 kb)

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