Haftkünstler auf dem Prüfstand Online‐Ergänzung

HaftkünstleraufdemPrüfstand
HOLGERFLORIANBOHN‐OLGASPECK‐THOMASSPECK
Online‐Ergänzung
Bohn et al., 2011 „Haftkünstler auf dem Prüfstand“ – Zusatzmaterial 3 1/6 Bauanleitung„Insektenzentrifuge“
Erweiterung:LCD‐DisplaystattTacho
Bei der Grundversion der Insektenzentrifuge kommt ein Fahrradtachometer zur Drehzahlanzeige zum Einsatz. Dieser ist im Hinblick auf die Aktualisierung des angezeigten Wertes recht träge und darüber hinaus muss die Drehzahl mittels eines Umrechnungsfaktors berechnet werden. Mit Hilfe der folgenden Bauanleitung kann das Fahrradtachometer durch ein hintergrundbeleuchtetes LCD‐
Display, auf dem die Drehzahl direkt in Umdrehungen pro Minute angezeigt wird, ersetzt werden. Die Ermittlung der Drehzahl und die Ansteuerung des LCD‐Displays erfolgt dabei mit einem programmierbaren Arduino TM‐Mikrocontroller. Die Kosten für die Erweiterung betragen ca. 50 Euro. Die hier beschriebene Vorgehensweise stellt eine einfache und kostengünstige Lösung dar. Mit entsprechendem Know‐How kann natürlich auch eine professionellere Umsetzung erfolgen. Am Ende der Bauanleitung befindet sich eine Aufstellung aller benötigten Bauteile mit Bezugsquellen. Gefahrenhinweis: Im Umgang mit Lötkolben und elektrischer Spannung besteht bei unsachgemäßer Handhabung Verletzungsgefahr. Allgemeine Materialien und Werkzeuge: 
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Litze Lötkolben und Lötzinn Seitenschneider Abbildung 1: Insektenzentrifuge mit ArduinoTM‐Mikrocontroller gesteuertem LCD‐Display. Im zweizeiligen Display wird die aktuelle Drehzahl der Zentrifuge
als Zahl (oben) und als grafisches Element (unten) ausgegeben. Die grafische
Anzeige gibt den prozentualen Anteil der aktuellen Drehzahl gegenüber der maximalen Drehzahl (Zeile komplett mit Strichen gefüllt) an. Bohn et al., 2011 „Haftkünstler auf dem Prüfstand“ – Zusatzmaterial 3 2/6 SchaltungzurAnsteuerungdesLCD‐Displays
Materialliste: 
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Arduino UnoTM‐Mikrocontroller Arduino Proto Shield Leiterplatte LCD‐Display, 2 x 16 Zeichen Stiftleiste, 50 polig Potentiometer, 10 kOhm Widerstand 82,5 Ohm Flachbandkabel, mindestens 12 polig Die Erweiterungsschaltung besteht im Wesentlichen aus drei Komponenten: dem Arduino UnoTM‐
Mikrocontrollerboard, der darauf aufgesteckten Platine und dem mittels eines Flachbandkabels angeschlossenen LCD‐Display. Zunächst wird die Platine entsprechend des in Abbildung 1 dargestellten Schaltplans aufgebaut und mit dem Arduino UnoTM verbunden (Beispiel in Abb. 2). Die Länge des Flachbandkabels zum LCD‐Display sollte so gewählt werden, dass das Display gut an der Stelle platziert werden kann, an der sich zuvor das Fahrradtachometer befunden hat. Damit ist der hardwareseitige Aufbau der Erweiterung bereits abgeschlossen. Abbildung 2: Schaltplan zur Integration der Mikrocontroller‐gesteuerten Drehzahlanzeige in die
Insektenzentrifuge. Die Spannungsversorgung der Schaltung wird von der Grundschaltung abgegriffen. Die
Anschlüsse C und E des BC 547‐Transistor der Grundschaltung (siehe Abb. 4 der Bauanleitung für die
Insektenzentrifuge) werden mit der Erweiterungsschaltung verknüpft. SteuersoftwarefürdenArduinoUnoTM‐Mikrocontroller
Der Arduino UnoTM‐Mikrocontroller wird mittels eines USB‐Kabels mit einem Computer verbunden. Auf diesem Computer muss die Arduino‐Software (Download unter www.arduino.cc) installiert sein. Falls im Folgenden Kommunikationsprobleme zwischen Computer und Arduino auftreten, sollte zunächst überprüft werden, dass die Software auf den passenden seriellen Port (Tools => Serial Port) zugreift. Der nachfolgende Code der Steuersoftware wird per Copy und Paste in die Arduino‐
Bohn et al., 2011 „Haftkünstler auf dem Prüfstand“ – Zusatzmaterial 3 3/6 Abbildung 3: Beispielhafter Aufbau eines Arduino UnoTM‐Mikrocontroller‐
boards mit aufgesteckter Schaltung für die Ansteuerung eines LCD‐Displays.
Stromanschluss und Flachbandkabel sind hier über Steckverbindungen
realisiert (rechts). Beides kann jedoch auch direkt mit der Platine verlötet
werden. Software übertragen. Nach Abspeichern in einer Datei wird der Code per Upload‐Button auf den Arduino übertragen. Anschließend ist der neue Drehzahlmesser einsatzbereit und die USB‐
Verbindung zum Computer kann getrennt werden und wird nicht mehr benötigt. Falls die Drehzahl‐Anzeige im Kamerabild zu dunkel erscheint, kann mit Hilfe des Kontrastreglers (Potentiometer auf der Platine) und der Backlighthelligkeit (Wert bei BacklightPin im untenstehenden Programm‐Code) eine Anpassung vorgenommen werden. Code der Steuersoftware: /* Drehzahlanzeige Insektenzentrifuge 16.06.2011 ATbio JS Hardware: Arduino Uno mit HD44780 kompatiblen 2x16 Zeichen Display LCD RS pin to digital pin 12, LCD Enable pin to digital pin 11 LCD D4 pin to digital pin 5, LCD D5 pin to digital pin 4 LCD D6 pin to digital pin 3, LCD D7 pin to digital pin 7 LCD R/W pin to ground 10K resistor ends to +5V and ground, wiper to LCD VO pin (pin 3) Counter use Interrupt on D2 pin with internal Pull‐Up // ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ Quellen, Information und Befehlsreferenz: http://www.arduino.cc http://www.arduino.cc/en/Tutorial/LiquidCrystal http://www.arduino.cc/playground/Main/ReadingRPM http://arduino.cc/en/Reference/HomePage */ #include <LiquidCrystal.h> // Libary einbinden LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 7); // LCD Pins s.o. volatile byte rpmcount; // RPM Variablen unsigned int rpm; // RPM Variablen unsigned long timeold; // RPM Variablen int BacklightPin = 6; // LED connected to D6 pin // ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ void setup() { Bohn et al., 2011 „Haftkünstler auf dem Prüfstand“ – Zusatzmaterial 3 4/6 lcd.begin(16, 2); // LCD's Setup (Zeichen, Zeilen) lcd.print(" P 2010‐0018"); // Projektnummer anzeigen lcd.setCursor(0, 1); // Cursorposition setzen lcd.print(" A 2011‐0617"); // Auftrag anzeigen delay(3000); attachInterrupt(0, rpm_fun, RISING); // IRQ einschalten rpmcount = 0; rpm = 0; timeold = 0; digitalWrite(2,HIGH); // Pullup einschalten pinMode(BacklightPin, OUTPUT); // Backlightpin als Ausgang definieren analogWrite(BacklightPin,30); // Backlighthelligkeit einstellen 0‐255 } // ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ void loop() { if (rpmcount >= 5) { // prüfen ob schon 5 Umdrehungen rpm = 2*(30*1000/(millis() ‐ timeold)*rpmcount); // Drehzahl berechnen timeold = millis(); rpmcount = 0; lcd.clear(); lcd.setCursor(2, 0); lcd.print(rpm); // Drehzahl ausgeben lcd.print(" U/min."); //lcd.setCursor(rpm/150,1); // Balkenanzeige1 //lcd.print("="); for (int i = 0; i < rpm/150; i++){// Balkenanzeige2 lcd.setCursor(i,1); //lcd.print(char(255)); lcd.print("I"); } } if (millis() ‐ timeold > 3000) { // Wenn seit 3 Sek. kein Interrupt lcd.setCursor(0, 0); // Drehzahlanzeige ausschalten und lcd.print(" Arbeitsgruppe"); // Werbung anzeigen lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Technik Biologie"); delay (500); } } // ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ void rpm_fun() // Interrupt Routine { rpmcount++; // rpm Zähler erhöhen } Bohn et al., 2011 „Haftkünstler auf dem Prüfstand“ – Zusatzmaterial 3 5/6 BenötigteBauteileundBezugsquellen
Tabelle 1: Zusammenstellung der für den Aufbau der Erweiterung benötigten Bauteile. Beispielhaft sind für den Bezug über die Elektronikfachhändler Watterott (www.watterott.com) und Reichelt (www.reichelt.de) Artikelnummern und Preise angegeben (Stand November 2012). Artikel Arduino Uno R3 Proto‐Shield R3 PCB LCD Dot‐Matrix‐Modul, 2x16 Zeichen, blau Präzisionspoti. 25 Gänge, liegend, 10 K‐Ohm Metallschichtwiderstand 82,5 Ohm 50pol. Stiftleiste, gerade, RM 2,54 Flachbandkabel AWG28, 14‐pol., grau, 3m‐Ring Händler Anzahl Artikelnummer Preis Watterott
1 A000066 25,80 €
Watterott
1 A000082 3,57 €
Reichelt 1 LCD 162C BL 16,95 €
Reichelt 1 64P‐10K 0,30 €
Reichelt 1 METALL 82,5 0,08 €
Reichelt 1 SL 1X50G 2,54 0,31 €
Reichelt 1 AWG 28‐14G 3M 1,45 €
Danksagung
Vielen Dank der Werkstatt der Institute für Biologie II/III, insbesondere JÜRGEN SCHMIDT, DIETER SCHÄCHTELE, JOSEF MESSMER und DIRK RENZ, für die Konzeption und Umsetzung der hier beschriebenen Erweiterung. Bohn et al., 2011 „Haftkünstler auf dem Prüfstand“ – Zusatzmaterial 3 6/6