Mittwoch, 28. Dezember 2016

Erste Schritte mit dem Arduino Micro

Ich habe ein größeres Projekt geplant, der Bau eines 4WD Roboters. Möglicherweise wird die Steuerung oder ein Teil mittels eines Arduino Mikrocontroller geschehen.
Nun habe ich mir für ca. 29 Euro bei Conrad einen Arduino Micro gekauft.
Im folgenden Beschreibe ich eine Transistor-Schaltung die ich zu Versuchszwecken aufgebaut habe. Die Transistor-Schaltung dient dazu einen Verbraucher An- bzw. Auszuschalten, der seine Leistung nicht direkt über einen I/O Pin des Arduino bezieht. Das ist notwendig, wenn der Verbraucher (z.B. ein DC Motor) mehr als 5 V Spannungsversorgung oder 20 mA Dauerstrom bzw. 40 mA Spitzenstrom benötigt (siehe Spezifikation des Arduino Boards, Kapitel "Input and Output").

Arduino Micro Pin-Belegung (von https://www.arduino.cc)
Nach der automatischen Installation der Treiber des Arduinos unter Windows 7 und der Installation der IDE habe ich zunächst das Programm "Blink" auf den Arduino hochgeladen. Dies ist der Abschließende Schritt des "Getting Started" Tutorials auf Arduino.cc. Dieses Programm führt dazu, dass die LED auf dem Controller-Board blinkt: 1 Sekunde an und 1 Sekunde aus. Gleichzeitig liegt auch an dem I/O-Pin D13 eine Spannung von 5V bzw. 0V im 1 Sekundetakt an.

Nachfolgende Zeichnung zeigt die Schaltung, die ich als erstes zum Testen aufgebaut habe:

Die LED ist der Verbraucher-Dummy. Durch das programmierte Schalten von Pin D13 am Arduino wird ein NPN Transistor gesperrt bzw. auf Durchlass geschaltet. Wenn der Transistor auf Durchlass geschaltet ist, liegt an der LED der 3-Zellen LiPo Akku als Spannungsquelle an (11,1 V). Für eine LED sind keine 11,1 V notwendig. Später soll aber die LED durch ein DC Motor ersetzt werden, dieser braucht höhere Spannungen und Ströme als direkt vom Arduino am Pin D13 bereitgestellt werden können.
Schaltung um Verbraucher (LED) mittels Transistor An und Aus zuschalten.

Als Transistor wurde ein NPN 2N2222A verwendet. Welcher Pin am Transistor Emitter, Collector und Basis sind, kann dem verlinkten Datenblatt entnommen werden. Im Schaltbild zeigt der Pfeil den Emitter an. Die Basis ist über einen Widerstand mit dem steuerbaren Pin D13 am Arduino verbunden.

Der Vorwiderstand und Parallelwiderstand bei der LED sind so dimensioniert, dass bei durchgeschaltetem Transistor (11,1 V) durch die LED 15 mA Strom fließt. Ein größerer Strom würde die LED zerstören. Zudem muss die LED richtig herum eingebaut werden. Das längere Beinchen muss an den Plus-Pol.

Obige Schaltung wurde auf einem Steckbrett aufgebaut. Siehe nachfolgende zwei Fotos:

Die LiPo-Batterie ist nicht auf den Bildern gezeigt. Oben ist das "Blink"-Programm im "HIGH" Modus und unten im "LOW" Modus.

Diese Schaltung kann nicht direkt verwendet werden um einen DC Motor zu steuern. Zunächst habe ich einen Modelcraft 1:18 6V Getriebemotor zum Testen gekauft. Dieser benötigt 1,6 A Strom unter Last. Zudem ist eine Stall-Current von 20 A angegeben. Der hier verwendete Transistor kann nur 800 mA Strom über Collector-Emitter leiten und geht bei höheren Strömen kaputt.
Zunächst plane ich den MOSFET IRLZ34 oder IRLZ44 statt des Bipolartransistors zu verwenden. Zudem muss beim Betrieb eines DC Motors eine Freilaufdiode parallel zum Motor geschaltet werden. Andererseits führt beim An- bzw. Ausschalten des Motors der gegenläufige Induktionsstrom zum Durchbrennen des Transistors oder anderer Bauelemente.

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