Dauerkalender

Magnetischer LED-Schalter mit A3144

In dem Versuch wird die Funktionalität des Hallsensors A3144 untersucht. Es kommen zwei A3144 Sensoren zum Einsatz. Mit einem Sensor wird beim Einwirken eines magnetischen Feldes eine Leuchtdiode eingeschaltet, mit dem zweiten wird sie wieder ausgeschaltet. Das Magnetfeld stammt von einem kleinen Dauermagnet, der auf der Achse eines Motors befestigt ist. Durch Regelung der Drehzahl des Motors kann die Schaltfrequenz der Leuchtdiode beeinflusst werden. Auf diese Weise kann man beobachtet, dass der Sensor ganz schnell auf das Einwirken eines magnetischen Feldes reagiert und z.B. zur Messung der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Objekts verwendet werden kann.

Dauermagnet

Hallsensor A3144

Der A3144 Sensor gehört zu der Gruppe der Hallsensoren. Hallsensoren nutzen den Hall-Effekt zur Messung von Magnetfeldern. Bei dem Hall-Effekt handelt es sich um ein physikalisches Phänomen, bei dem in einem Leiter, der einen elektrischen Strom führt, eine Potenzialdifferenz auftritt, wenn sich der Leiter in einem Magnetfeld befindet, das quer zum fließenden Strom verläuft. Das Phänomen wurde 1879 von dem amerikanischen Wissenschaftler Edwin Hall, der zu diesem Zeitpunkt noch Doktorand war, entdeckt. Er beschrieb den später nach ihm benannten Effekt im Rahmen seiner Promotionsarbeit.
Der Effekt kann zur Messung der Stärke von Magnetfeldern benutzt werden. Der Hall-Effekt wird auch in dem Hallsensor A3144 verwendet, um magnetische Felder zu erkennen. Der kostengünstige Sensor liefert jedoch keine Werte, die sich auf die Stärke des einwirkenden magnetischen Feldes beziehen, sondern nur ein digitales Signal, das das Einwirken eines magnetischen Feldes signalisiert.

Anschlüsse:

Technische Daten:

Betriebstemperatur: -40°C bis 85°C
Versorgungsspannung: 4,5V bis 28V
Verpolungsschutz: Ja
Ausgangsstrom: 25mA
Ausgangsspannung: gleich der Betriebsspannung
Schaltzeit: 2 µs
Schalttyp: Unipolar

Arduino Nano

Die Auswertung der Signale, die beiden Sensoren liefern, übernimmt der Mikrocontroller Arduino Nano. Die Aufgabe ist alles andere als kompliziert. Liefert der Sensor ein Signal, wird die Leuchtdiode eingeschaltet. Liefert der andere ein Signal, wird sie wieder ausgeschaltet. Zusätzlich bedient der Mikrocontroller den DM420 – Motortreiber.

Spannungsregler

Die Betriebsspannung der Schaltung beträgt 5VDC. Die Aufgabe des Spannungsreglers ist es, die externe Versorgungsspannung von 12VDC auf die benötigte 5VDC runter zu regeln. Bei dem Spannungsregler handelt es sich um ein aus China stammendes fertiges Modul mit einer 7-Segmentanzeige.

Schrittmotor 17HS08-1004S

Bei dem Motor 17HS08-1004S handelt es sich um einen Nema 17 Schrittmotor. Der Motor hat ein quadratisches Gehäuse mit einer Kantenlänge von 1,7 Zoll (42,3 mm) und einen Schrittwinkel von 1,8 Grad pro Schritt. Somit werden 200 Schritte pro volle Umdrehung benötigt. Die Schrittmotoren werden in verschiedenen Anwendungen, bei denen präzise Positionierung und Bewegung erforderlich sind, verwendet. Zu ihren Stärken gehört einfache Steuerung.

Technische Daten:

Motortyp: Bipolarer Schrittmotor
Schrittwinkel: 1,8 ° (200 Schritte / U)
Strom: 1A pro Phase
Haltemoment: 16 Ncm
Spannung: 3,7 V
Phasenwiderstand: 3,7 Ohm
Induktivität: 4,5 mH ± 20 % (1 kHz)
Abmessungen: 42,3 x 42,3 x 20,5 mm
Wellendurchmesser: 5 mm
Gewicht: 140g

Anschlüsse:
A+ - Schwarz
A/ - Grün
B+ - Rot
B/ - Blau

Motortreiber DM420

Der Schrittmotor wird in unserer Schaltung mit einem Motortreiber gesteuert. Er dient hier als eine Schnittstelle zwischen dem Motor, der viel mehr Strom verbraucht als der Mikrocontroller liefern kann, und dem Mikrocontroller. Der Treiber DM420 wird mit einer externen Spannung versorgt, verfügt über Anschlussklemmen für den Motor und stellt mit drei Anschlüssen eine Schnittstelle zu dem Mikrocontroller bereit. Man kann dank dessen via Software den Treiber freigeben, die Drehrichtung und Geschwindigkeit bestimmen.

Schaltplan

Schaltplan

Programm (Sketch)

int Treiber_PUL = 4;                                  // Schrittmotor Pulse
int Treiber_DIR = 3;                                  // Schrittmotor Drehrichtung
int Treiber_ENBL = 2;                                 // Schrittmotor Freigabe
int Hall_Sensor_Ein = 6;                              // Hallsensor für LED Ein
int Hall_Sensor_Aus = 7;                              // Hallsensor für LED Aus
int LED = 10;                                         // Ausgang Leuchtdiode   

void setup() {

    pinMode (Treiber_PUL, OUTPUT);                    // Pin 4 Ausgang
    pinMode (Treiber_DIR, OUTPUT);                    // Pin 3 Ausgang
    pinMode (Treiber_ENBL, OUTPUT);                   // Pin 2 Ausgang
    pinMode (Hall_Sensor_Ein, INPUT_PULLUP);          // Pin 6 Eingang
    pinMode (Hall_Sensor_Aus, INPUT_PULLUP);          // Pin 7 Eingang
    digitalWrite (Treiber_ENBL, HIGH);                // Freigabe OK
    digitalWrite(Treiber_DIR,LOW);                    // Drehrichtung
}

void loop() {
                                             
    int Pulslaenge = analogRead (A0);               // Poti Einstellung abfragen
    if (Pulslaenge < 1000) {                        // Motor drehen lassen
        digitalWrite(Treiber_PUL,HIGH);             // Signal HIGH
        delayMicroseconds(5);
        digitalWrite(Treiber_PUL,LOW);              // Signal LOW
        delayMicroseconds(Pulslaenge);    
    }

    if (digitalRead (Hall_Sensor_Ein) == LOW) {     // Hallsensor EIN angefahren?
        digitalWrite (LED, HIGH); }                 // Dann LED ein
    if (digitalRead (Hall_Sensor_Aus) == LOW) {     // Hallsensor AUS angefahren?
        digitalWrite (LED, LOW); }                  // Dann LED aus

}
// **********************************************************************************  

Mit dem Potentiometer P1 wird der Motor zum Laufen gebracht. Vorgewählt ist, wenn man die Testschaltung von oben betrachtet, Rechtslauf. An der Achse des Motors ist an einer Schraube ein Dauermagnet befestigt. Beim Drehen passiert der Magnet zuerst den Hallsensor „LED EIN“, anschließend den Hallsensor „LED AUS“. Jedes Mal werden dabei digitale Signale zu Arduino gesendet. Die Ausgänge der beiden Sensoren stehen in Normalfall auf „HIGH“. Das ist deswegen so, weil die Arduino Eingänge D6 und D7 als PULLUP Eingänge definiert wurden. Wenn ein der Hallsensoren von dem Dauermagnet angefahren wird, geht sein Ausgang auf „LOW“. Arduino erkennt den Vorfall und kann entsprechend reagieren. Wird der erste Sensor angefahren, wird die Leuchtdiode eingeschaltet (Ausgang D10 geht auf HIGH), bei dem zweiten Sensor erfolgt die Abschaltung der Leuchtdiode. In der Schaltung fungieren die beiden Hallsensoren als berührungslose Schalter. Mit dem Potentiometer P1 wird nach Belieben die Drehzahl des Motors eingestellt. Das Schalten der Leuchtdiode kann auch bei hohen Drehzahlen beobachtet werden. Die hier eingesetzte Hallsensoren eignen sich somit auch zum Überwachen und Steuern von Vorgängen, wo schnelle Bewegungen ins Spiel kommen.

Testschaltung

Kurzvideo zur Schaltung

Kurzvideo

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