Programmierung

Automatischer Duftspender

clock 60 min
user 7.-9. Klasse
Mittel
In dieser Lektion lernst du, wie du den micro:bit zusammen mit einem Bewegungssensor und einem Gleichstrommotor benutzen kannst, um einen Duftspender zu bauen, der automatisch einen wohlriechenden Duft versprüht.
Materialliste
Das brauchst du:

Einführung

Wenn du mit der Lektion fertig bist, wirst du dies können:

  • Einen PIR-Bewegungssensor und einen Gleichstrommotor an einen micro:bit anschließen
  • Wissen, wie ein Gleichstrommotor funktioniert
  • Wissen, was MOSFET-Transistoren sind und wozu man sie braucht
  • Wissen, wie ein PIR-Bewegungsmelder funktioniert
  • Einen externen Schaltkreis an einen micro:bit anschließen
  • Mithilfe eines Programmcodes einen Wert am Pin eines micro:bit lesen
  • Mithilfe eines Programmcodes den Wert am Pin eines micro:bit auf hoch oder niedrig setzen.

Was ist ein micro:bit?

Hvad er en micro:bit?

Ein micro:bit ist ein so genannter Mikrocontroller. "Mikro" bedeutet klein und "Controller" heißt, dass das Gerät etwas steuern kann. Um dem micro:bit mitzuteilen, wie etwas gesteuert werden soll, wird ein Programm benötigt. Wenn du einen Schaltkreis baust, kannst du ihn mit dem micro:bit steuern. Um die Steuersignale an den Schaltkreis zu übertragen, verwendest du die Anschlusspins am micro:bit. Über die Pins kann eine Spannung an den Schaltkreis angelegt werden – oder die im Schaltkreis vorhandene Spannung gemessen werden.

Was ist ein PIR-Bewegungssensor?

PIR steht für "passiv Infrarot".

Ein PIR-Sensor hat zwei kleine Messflächen, die aus einem Material bestehen, das empfindlich gegenüber Infrarotlicht (IR) ist.

Wenn der Sensor inaktiv ist, registrieren die beiden Messflächen dieselbe Menge an Infrarotlicht aus der Umgebung.

Wenn sich ein warmer Körper, zum Beispiel ein Mensch oder Tier, dem Sensor nähert, wird dies von der einen Messfläche des Sensors registriert. Dadurch entsteht eine positive Differenzialänderung zwischen den beiden Sensorhälften. Umgekehrt entsteht eine negative Differnzialänderung, wenn der warme Körper den Messbereich des Sensors wieder verlässt.

Seitlich am Sensor befinden sich zwei Stellschrauben, mit denen man Folgendes einstellen kann:

Sensivity Adjust – die Empfindlichkeit des Sensors im Messbereich von 3 bis 7 Metern

Time Delay Adjust – die Verzögerungszeit für die Signalausgabe nach Erkennen der Bewegung.

Friskluft – Fritzing 1

Was ist ein Gleichstrommotor?

Ein Gleichstrommotor kann vorwärts und rückwärts drehen.

Für unsere Lektion ist es aber ausreichend, wenn er sich in eine Richtung dreht, nämlich vorwärts.

Weil ein Gleichstrommotor aber mehr Strom benötigt, als die normalen Pins am micro:bit ihm liefern können, muss er stattdessen an den speziellen 3V-Pin (+) angeschlossen werden.

Der 3V-Pin des micro:bit liefert stets Strom – eine Versorgungsspannung – und kann nicht programmiert werden.

Wenn der Gleichstrommotor an die Versorgungsspannung angeschlossen wird, ohne dass im Schaltkreis andere Elemente vorhanden sind, wird er dauerhaft eingeschaltet sein und laufen.

dc uden knap

Um den Motor anzuhalten, brauchen wir einen Schalter. Das Einfügen eines Schalters in unseren Schaltkreis geht schnell und einfach.

Wenn wir den Schalter zum Beispiel zwischen dem Gleichstrommotor und GND (-) einfügen, kann kein Strom vom 3V-Pin (+) zum Gleichstrommotor und weiter zu GND (-) fließen – es sei denn, der Schalter wird eingeschaltet.

dc med knap

Wenn der Schalter ein Taster ist, läuft der Motor also nur dann, wenn wir den Taster drücken. Leider kann man so einen Taster nicht programmieren.

Dafür gibt es glücklicherweise eine andere Lösung: Es gibt nämlich "digitale Schalter", die wir programmieren können. Sie werden Transistoren genannt.

Was ist ein Transistor?

Ein Transistor ist eine Art "digitaler Schalter", den wir programmieren können.

Einen normalen Schalter müssen wir von Hand ein- und ausschalten, aber bei einem Transistor kann der micro:bit den "Schalter" (Transistor) für uns drücken.

Der Transistor, den wir brauchen, heißt MOSFET-Transistor.

Ein MOSFET-Transistor hat drei Beine:

  • Gate: Der Gate-Anschluss heißt auf Deutsch "Steuerelektrode". Er übernimmt die Rolle unseres Fingers auf dem Druckschalter.
    • 0 V: Wenn die Spannung am Gate-Anschluss 0 V beträgt, verhält sich der Transistor wie ein Schalter, der ausgeschaltet ist.
    • 3 V: Wenn die Spannung am Gate-Anschluss 3 V beträgt, verhält sich der Transistor wie ein Schalter, der eingeschaltet ist.
  • Drain: Der Drain-Anschluss heißt auf Deutsch "Abfluss". Er entspricht demjenigen Anschluss unseres Schalters, der mit dem Gleichstrommotor verbunden wird.
  • Source: Der Source-Anschluss heißt auf Deutsch "Quelle". Er entspricht demjenigen Anschluss unseres Schalters, der mit dem GND-Pin (-) des micro:bit verbunden wird.

Wenn die Spannung am Gate-Anschluss 0 V beträgt, kann kein Strom vom 3V-Pin (+) zum Gleichstrommotor und weiter zum GND-Pin (-) fließen.

Wenn die Spannung am Gate-Anschluss 3 V beträgt, fließt Strom vom 3V-Pin (+) zum Gleichstrommotor und weiter zum GND-Pin (-).

MOSFET (NPN)
Kakaomaskine diagram del 1
auto-schreibe-pins

Bauen eines Schaltkreises mit micro:bit, PIR-Bewegungssensor und Gleichstrommotor

Baue jetzt den auf dem Bild dargestellten Schaltkreis auf.

Auf den Illustrationen siehst du, wie der Schaltkreis aussehen muss.

Friskluft – Fritzing

Programmieren des PIR-Bewegungssensors und des Gleichstrommotors in MakeCode

Schreibe ein Programm, das den Gleichstrommotor einschaltet, wenn sich im Raum etwas bewegt.

duftspender-programm

Bauen eines automatischen Duftspenders

Stelle den Ventilator hinter eine Tasse mit Duftöl. Wenn der Bewegungssensor eine Bewegung registriert, schaltet er den Motor ein, und der Ventilator verteilt die mit angenehmem Duft angereicherte Luft im Raum.
AutDuft

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