9. – 10. Schuljahr

Raimund Girwidz und Christoph Hoyer

Bau einer Dämmerungsschaltung

Schritt für Schritt zu einer einfachen Anwendung des Arduino

In diesem Beitrag wird die Nutzung des Arduino Schritt für Schritt anhand der Konstruktion eines Dämmerungsschalters erläutert. Erarbeitet wird ein besonders einfaches Beispiel, um eine mögliche erste Hemmschwelle abzubauen. Weitere Gestaltungsmöglichkeiten, z.B. mit Relais, Beleuchtung in verschiedenen Farben etc. bleiben für spätere Weiterführungen offen.
Gleichzeitig ist es auch eine einfache Anwendung für einen LDR-Widerstand und den Betrieb einer LED.
Die Anschlüsse des Arduino
Exemplarisch wird hier der Arduino UNO vorgestellt. Dabei werden nur die für den Aufbau der Dämmerungsschaltung benötigten Anschlüsse angesprochen. Genauere Details gibt es z.B. direkt auf den Arduino-Webseiten (https://www.arduino.cc/). In Abbildung 1 markiert sind:
1.der USB-Anschluss. Hier werden die Daten vom PC auf den Arduino übertragen und es kann die Energieversorgung über Powerbank oder USB-Ladegerät erfolgen.
2.der Taster zum Neustart. RESET startet den Arduino neu, löscht aber keinen Programmcode.
3.die Pins, die auch als analoge Eingänge verwendet werden können.
4.die digitalen Ein- und Ausgänge.
Vorarbeiten für die erste Nutzung des Arduino
Es gibt verschiedene Arduino-Boards, die aber alle über dieselbe Arduino-IDE (Arduino-Entwicklungsumgebung) programmierbar sind. Diese muss auf einem Computer installiert werden. Die Programmierumgebung mit Anleitung ist z.B. über die folgende Webseite kostenlos verfügbar:
Besonders attraktiv ist die „zip-Version, die auch auf einem USB-Stick entpackt werden kann und dann eine portable Programmierumgebung bereitstellt. Damit kann man den Arduino mit jedem PC programmieren und zwar flexibel und ohne Installation Das ist dann wahlweise zum Beispiel auf dem häuslichen PC oder dem Schulcomputer möglich.
Zusammenspiel von Arduino und Programmierumgebung
Nach dem Aufruf von „arduino.exe öffnet sich die Programmierumgebung. Über den Menüpunkt „Werkzeuge ist zunächst das passende Arduino-Board auszuwählen. (Der Name des Arduino-Typs steht auf dem Board). Das Board wird über ein USB-Kabel an den PC angeschlossen.
Gearbeitet wird dann mit sog. „Sketches (s. Abb. 2 ), die den Programmcode enthalten. Ein Sketch kann über den Upload-Button bzw. den entsprechenden Menüpunkt auf den Arduino übertragen werden.
Nachfolgend wird nach dem Anschluss eines LDR-Sensors für die Eingabe und einer LED für die Ausgabe ein einfaches Anwendungsprogramm entwickelt.
Der Sensor
Das Arduino-Board kann analoge und digitale Eingangssignale verarbeiten. Hier kommt eine Spannungsteilerschaltung mit einem lichtempfindlichen Widerstand (LDR) und einem Festwiderstand zwischen 1 kΩ und 10 kΩ zum Einsatz. Der Spannungsteiler wird zwischen dem Anschluss für 5 V und GND angeschlossen (s. Abb. 3, links ). Die Messspannung wird auf den Analog-Eingang mit der Nummer 0 gelegt.
Damit hat der Arduino ein Signal am Eingang, das abhängig von der Bestrahlung des LDR ist und das Signal für den Dämmerungsschalter liefert.
Hinweis
Die Schaltung kann direkt mit den Anschlüssen des Arduino verbunden werden, wenn man z.B. für den Knotenpunkt in der Schaltung eine Lüsterklemme verwendet. Übersichtlicher und variabler ausbaubar ist der Aufbau mit einem Steckbrett (s. Abb. 3).
Die Ausgabe
Die LED für die Anzeige wird mit einem Vor-/Schutzwiderstand an einen Digitalausgang angeschlossen (s. Abb. 3, rechts) Polung beachten!
Das Programm
Das Programm (Sketch) wird in der oben beschriebenen Programmieroberfläche mit einem PC erstellt (s. Beispielprogramm für die Dämmerungsschaltung in Kasten 1) und über ein USB-Kabel auf den Micro-Controller übertragen. Ist das Programm einmal auf den Arduino geladen, kann der Micro-Controller auch ohne PC weiter betrieben werden. (Eine Energieversorgung mit 5 V ist dann am...

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