Einführung
Wenn du mit der Lektion fertig bist, wirst du dies können:
- Einen externen Schalter und einen Gleichstrommotor an einen micro:bit anschließen
- Wissen, wie ein Gleichstrommotor funktioniert
- Wissen, was Widerstände sind und wozu man sie braucht
- 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?
Ein micro:bit ist ein so genannter Mikrocontroller. Mikrocontroller micro:bit - Arduino - Elektronik - Hardware Ein Mikrocontroller ist ein kleiner Computer. Mehr lesen "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 Script Programmierung - Python Ein Programm, das in Python geschrieben ist, wird als Script... Mehr lesen benötigt. Wenn du einen Schaltkreis Schaltkreis Elektronik Ein elektrischer Schaltkreis besteht aus verschiedenen elektronischen Bauteilen, die bestimmte... Mehr lesen 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 Spannung Die Spannung ist die Kraft, die ein Elektron drückt. Mehr lesen an den Schaltkreis angelegt werden – oder die im Schaltkreis vorhandene Spannung gemessen Sensor Elektronik - Hardware Ein Sensor kann erfassen, wie die Welt aussieht. Dazu führt... Mehr lesen werden.
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.
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.
Wenn der Schalter ein Druckknopf ist, läuft der Motor also nur dann, wenn wir den Knopf drücken. Leider kann man so einen Knopf 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 am 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 (-).
Einbauen eines zusätzlichen Schalters
Baue jetzt einen zusätzlichen Schalter in den Schaltkreis ein und lies aus, ob der Schalter ein- oder ausgeschaltet ist.
Wenn wir den Schalterzustand auslesen können, können wir ein Programm zur Steuerung des Gleichstrommotors schreiben.
Steuern des Gleichstrommotors mit dem Schalter
Weil wir mit unserem Programm den Schalterzustand auslesen können, können wir das Programm jetzt so weiterschreiben, dass wir damit auch den Gleichstrommotor steuern können.
Einbauen des externen Schalters und des Gleichstrommotors in die Kakaomaschine
Für den Bau der Kakaomaschine brauchst du Pappe und eine Klebepistole.
Der Löffel wird so am Gleichstrommotor befestigt, dass er sich drehen kann, um den Kakao umzurühren.
Man könnte die Maschine aber auch so konstruieren, dass der Löffel vom Motor in die Tasse abgesenkt wird.
Soll der Schalter neben oder unter der Tasse angebracht werden, damit er eingeschaltet wird und den Löffel zum Rühren bringt, wenn man die Tasse hinstellt?
Soll der Gleichstrommotor zum Beispiel jedes Mal, wenn man auf den Schalter drückt, für 6 Sekunden laufen?
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