Das Arduino Kit Motor Extension beinhaltet ergänzende Komponenten zum Arduino Kit Basic. Mit den Komponenten im Motor Extension Kit lassen sich Projekte realisieren, die Motoren oder Servos mit mehr Kraft oder eine präziesere Steuerung von Motoren benötigen. Mit dem Kit lassen sich beispielsweise Zeichenmaschinen oder andere Projekte mit Schrittmotoren realisieren. Wenn du noch nie mit einem Arduino oder anderen Mikrokontroller gearbeitet hast, empfehlen wir dir die Recipes Start mit dem Arduino und Einstiegsaufgaben mit dem Arduino. Für den Einstieg benötigst du ein Arduino Kit Basic. An der HSLU kannst du dieses künftig im Mediadock ausleihen, falls du an der HSLU DFK studierst oder im direkt im Makerspace in Rotkreuz, sofern du an der HSLU I studierst.
Übersicht Komponenten
1. Potentiometer 10k linear
Das Potentiometer kann an einen analogen Eingang bei einem Mikrokontroller angehängt werden wie dem Arduino Uno. Dreht man das Potentiometer, verändert sich der Widerstand und damit das Eingangssignal beim Arduino. Der verändernde Wert kann nun verwendet werden um beispielsweise eine LED zu faden oder auch die Spannung eines Motors und damit seine Geschwindigkeit zu verändern. Das Potentiometer kann auch als Teil eines Controllers eingesetzt werden. Achtung es gibt lineare und logarithmische Potentiometer. Um beispielsweise die Lautstärke einer Audioausgabe zu verändern wird üblicherweise es ein logarithmisches Potentiometer verwendet.
Anschlüsse / Pinbelegung
links –> GND Pin Mikrokontroller
mitte –> analoger Pin Mikrokontroller
rechts –> 5V Pin Mikrokontroller
2. Mikroschalter
Dieser KW1-103 Rollenhebel Micro Schalter eignet sich perfekt für einen Endanschlag oder auch für einen Kontaktschalter einer Türe oder Fenster. Du kannst den Schalter auch für andere Arduino Projekte als Input einsetzen z.B. als Türkontakt einer Alarmanlage. Der Schalter kann auch unabhängig vom Arduino benützt werden, um einen Stromkreislauf bei der Betätigung des Schalters zu schliessen und damit beispielsweise einen Motor ein/auszuschalten.
3. Lichtschranke
Die schwarze Lichtschranke kann als Input an den Arduino angeschlossen werden. Damit lässt sich beispielsweise eine interaktive Spendenkasse bauen, die auf das Einwerfen von Münzen reagiert, indem beispielweise LEDs ihre Farbe ändern oder ein Sound über ein Piezolautsprecher abgespielt wird. Sobald sich etwas in der Mitte der Gabel befindet, verändert sich das Signal am Arduino Pin. Diese Veränderung kann im Arduinoprogramm ausgelesen und im Code verwendet werden.
4. Getriebemotor DC 3-6 V
Der Getriebemotor kann auch unabhängig vom Arduino verwendet werden, in diesem Fall muss er aber mit einer Batterie, Akku oder Netzteil betrieben werden. Die Spannung kann von 3 – 6 V varieren. Mit der Veränderung der Spannung verändert sich auch die Geschwindigkeit und die Kraft des Getriebemotors. Der Getriebemotor ist über ein Getriebe (im blauen Gehäuse) übersetzt, was den Motor langsamer und stärker macht also ohne Getriebe. Das Innengewinde in der Achse des Motors lässt es zu, dass sich einfach Teile wie beispielsweise Zahnräder an der Achse befestigen lassen. Die Spannung kann von 3 – 6 V varieren.
Angeschlossen an den Arduino dient der Getriebemotor als Output und man kann damit beispielsweise einen simplen Roboter bauen. Mit einem Motortreiber oder Motorshield lässt sich auch die Richtung des Motors und dessen Geschwindigkeit ansteuern.
5. Motor DC 1,5 – 6V
Der DC-Motor ist sehr schnell und er wird am besten für Projekte eingesetzt, die nicht viel Kraft benötigen. Um etwas an der Achse des Motors zu befestigen, können Lüsterklemmen verwendet werden. Da der Motor bereits mit sehr wenig Strom läuft, kann der Motor auch mit einer kleinen Solarzelle betrieben werden. Der Motor kann beispielsweise als Schlaginstrument verwendet werden, so verwendet beispielsweise Zimoun die Motoren in vielen seiner Installationen. Der Motor kann unabhängig oder in Kombination mit dem Arduino verwendet werden.
Angeschlossen an den Arduino dient der DC-Motor als Output. Mit einem Motortreiber oder Motorshield lässt sich auch die Richtung des Motors und dessen Geschwindigkeit ansteuern.
6. CNC Shield
Das CNC Shield ermöglicht es Schrittmotoren anzusteuern. Diese Motoren funktionieren anders als der Getriebe und der simple DC-Motor und sind nicht unabhängig von einer Steuerung verwendbar.
In der Kombination von Arduino, Schrittmotoren und dem CNC-Shield lassen sich beispielsweise Zeichenmaschinen bauen oder andere Projekte die mehr Kraft benötigen oder eine präzise Steuerung der Motoren. Damit werden Achsensteuerungen möglich beispielsweise für einen 3D Drucker, eine CNC-Maschine oder einen Schneidplotter.
7. Treiber A4988
Die Treiber werden für das CNC-Shield benötigt. Wenn sie bei falscher Anwendung überhitzen oder aus anderen Gründen beschädigt werden, können sie ersetzt werden, ohne dass das gesamte Shield entsorgt werden muss.
8. DF Robot Motorshield Quad
Das Quad-Motor-Treiber-Shield für Arduino ist für die Verwendung mit 5V und 3,3V Controllern konzipiert. Es kann gleichzeitig bis zu vier DC-Motoren mit 8 Pins steuern.
9. Servo klein 5V
Dieser kleine Servo läuft mit 5V Spannung und kann über einen Mikrokontroller wie das Arduino Uno als Output angesteuert werden. Mit der Arduino Servo Library kann der Servo die Achse an genaue Positionen von 0 – 180° drehen. Damit können kleine genaue Bewegungen ausgeführt werden. Der Servo wird beispielsweise für Anzeigen (beispielsweise eine Wetteranzeige) verwendet oder bei einem kleinen Roboter, um die Richtung zu steuern indem die Räder auf eine bestimmte Seite gedreht werden.
Der Servo wird wie folgt an einen Mikrokontroller angeschlossen: Kabel Servo orange (digitaler Pin (PWM), braun (GND Pin), rot (5V Pin)
Verwandte Kits und Komponenten
Im Motorkit findest du auch noch ein grösseres Servo mit mehr Leistung.
10. NEMA Schrittmotor 12V
Diese NEMA Schrittmotoren sind sehr leise und können grössere Lasten bewegen bei richtiger Übersetzung. Im Gegensatz zu den DC-Motoren ist eine Verwendung ohne Treiber nicht möglich und die Programmierung ist etwas komplizierter. Mit dem CNC-Shield für den Arduino Mikrokontroller können gleichzeitig sogar mehrere Schrittmotoren angesteuert werden.
Die Schrittmotoren werden in den meisten 3D Druckern und CNC Maschinen verwendet. Mit den Schrittmotoren lassen sich präzise Bewegungen und Geschwindigkeiten umsetzen, was es beispielsweise erlaubt, eine Zeichenmaschine zu bauen. Um die Position des Schrittmotors zu kalibrieren wird häufig ein Mikroschalter verwendet, der beispielsweise das Ende einer Achse oder den Start einer Bewegung an den Mikrokontroller signalisieren kann.
11. Stellringe / Achsenkopplung
Die Stellringe und Achsenkopplungen ermöglichen es, dass auf einfache Weise Material wie Holz- oder Metallstäbe als Achsenverlängerungen an den Schrittmotoren befestigt werden können.
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12. DC Netzteil 12V 4A
Das Netzteil liefert Strom mit Spannung 12V und grösserer Leistung. Dadurch lassen sich beispielsweise mehrere Schrittmotoren über das CNC-Shield mit genügend Spannung und Leistung versorgen. Sind Komponenten an einem Netzteil angehängt, die eigentlich mehr Leistung benötigen würde, kann das Netzteil heiss werden und es kann zu Unstimmigkeiten in der Funktion führen, da nicht alle Teile mit der optimalen Stärke an Strom versorgt werden können.
13. DC Netzteil 3 – 12V 600mA (7.2 W)
Das Netzteil liefert Strom mit Spannung zwischen 3V – 12V und eine Stromstärke von 600mA. Das Netzeil ist also nicht auf grosse Lasten (beispielsweise für das Betreiben von Schrittmotoren) ausgelegt. Die benötigte Voltzahl lässt sich am Netzteil einstellen. (siehe Anzeige auf dem Netzteil). Dabei ist es wichtig zu wissen, wie viel Spannung eine Komponente benötigt und wieviel Spannung die Komponente maximal verträgt. Stellt man die Spannung zu hoch ein für die Komponente, kann diese zerstört werden. Bei Komponenten, wie dem DC-Motor, der mit einer Spannung von 3 –6 V betrieben werden kann, kann man durch die Veränderung der Spannung auch die Geschwindigkeit des Motors minimal einstellen. Allerdings kann es sein, dass bei niederer Spannung auch die Kraft des Motors nachlässt. Sind Komponenten an einem Netzteil angehängt, die eigentlich mehr Leistung benötigen würde, kann das Netzteil heiss werden und es kann zu Unstimmigkeiten in der Funktion führen, da nicht alle Teile mit der optimalen Stärke an Strom versorgt werden können.
14. Knetmasse
Die Knetmasse dient zum schnellen Verbinden verschiedener Komponenten und ermöglicht damit schnelle Tests für Prototypen ohne die Teile bereits langfristig miteinander zu verbinden.
15. Widerstände
Widerstände werden dort benötigt, wo Bauteile im Einsatz sind, die nur wenig Spannung benötigen und bei zu hoher Spannung zerstört würden. Ein klassisches Beispiel dafür sind LEDs. Sie ertragen oft nur wenig Spannung und somit braucht man häufig Widerstände um die Ausgangsspannung zu reduzieren. Der Widerstand sollte exakt oder höher gewählt werden als benötigt. Bei einem zu hohen Widerstand schwindet zwar vielleicht die Leistung, (bei einer LED beispielsweise die Helligkeit) aber dafür ist die Komponente sicher vor einer zu hohen Spannung geschützt. Widerstände können in Serie geschalten werden, womit sich der Wert der Widerstände addiert. Die Widerstände sind jedoch nur für die Reduktion von kleinen Spannungsmengen konzipiert. Wenn man grössere Spannungsunterschiede hat, sollte man die Schaltung anders aufbauen, ein anderes Netzteil verwenden oder ein Spannungswandlermodul verwenden.
Die meisten Widerstände haben optisch 4 bis 6 farbige Ringe. Anhand der Ringe lässt sich der Wert des Widerstands ablesen. Die Widerstände können jedoch auch über ein Multimeter gemessen werden. Widerstandsrechner gibt es viele Online. Hier ein Beispiel für einen Rechner von digikey.
16. LED divers
LEDs (lichtemittierende Diode) sind kleine Leuchtkomponenten und es gibt sie in verschiedensten Farben und Grössen. Die LEDs im Arduino Basic Kit sind 5mm gross. Wenn sie mit 5V betrieben werden sollen, beispielsweise durch den 5V Ausgang des Arduinos ist ein 220 Ohm Vorwiderstand Standard. Für die maximal zulässige Stromaufnahme rechnet man bei den Standard 5mm LEDs mit 30mA. LEDs können parallel oder auch seriell geschaltet werden. Dabei sollte man aber beachten, dass die unterschiedlichen Farben minime Unterschiede in der Spannung aufweisen und somit bei verschiedenen Farben in einer parallelen Schaltung der Strom nur durch die Farbe mit der geringsten Spannung und somit dem geringsten Widerstand fliesst. So passiert es oft, dass dann eine Farbe sehr hell leuchtet und die anderen fast gar nicht. Es gibt auch LEDs mit mehr Leistung, also heller leuchten, so beispielsweise LEDs die mit 12 V Spannung laufen.
TIPP: Beim 13. digitalen Pin vom Arduino Uno ist bereits ein Vorwiderstand eingebaut und somit kannst du die LED hier direkt mit dem langen Bein (+) beim Pin13 einstecken und das kurze Bein (-) beim benachbarten GND – Ground Pin. Damit musst du das Programm natürlich auch das Programm so anpassen das der Pin13 angesteuert wird.
Anschüsse / Pinbelegungen
kurzes Bein LED –> GND Pin des Mikrokontrollers
langes Bein LED –> via Widerstand oder falls PIN 13 direkt an den digitalen Pin eines Miktrokontrollers
Eine LED kann in den meisten Fällen auch mit einer 3V Batterie betrieben werden. Die Batterie ist in dem Falle jedoch nur Stromversorgung und es kann nichts aktiv gesteuert werden.
Bestelllink Bastelgarage grüne LEDs
Bestelllink Bastelgarage rote LEDs
Bestelllink Bastelgarage gelbe LEDs
Bestelllink Bastelgarage weisse LEDs
17. Schraubenzieher
Den kleinen Schraubenzieher braucht es beispielsweise für die Benützung des Screwshields und auch andere Komponenten benötigen den Schraubenzieher um die Schraubverbindungen anzuziehen und zu lösen.
18. Powerbank
Dieses 1×18650 Batterie Shield eignet sich perfekt um deinen Mikrokontroller mit Strom zu versorgen. Der Lithium Akku lässt sich direkt über den Micro-USB Anschluss nachladen. Damit bist du in der Anwendung mobil und nicht auf ein Netzteil angewiesen.
Achtung: Beim Einsetzen der 18650 Lithium Batterien die Polarität + und – beachten, ansonsten wird der Ladechip zerstört!
Anwendung:
Nachdem die 18650 Zellen eingesetzt wurden, muss das Shield Kurzzeitig über den Micro USB oder USB Typ-C mit Strom versorgt werden (erst dann schaltet es sich ein). Durch kurzzeitiges drücken auf die Seitliche Taste (K1) kann der Ladezustand geprüft werden. Zum Ausschalten der 5V und 3V Ausgänge muss die Seitliche Taste (K1) mehr als 3 Sekunden gedrückt werden. Zum Einschalten einfach die Seitliche Taste (K1) kurzzeitig drücken.
19. Kabel USB Micro
Das Micro USB Kabel kann sowohl zum programmieren vom Arduino Micro Mikrokontroller und vom Wemos D1 mini Mikrokontroller verwendet werden. Dabei kann über das Kabel ein Programm auf die Kontroller geladen werden und gleichzeitig werden sie mit Strom versorgt. Sobald das Programm auf den Kontroller geladen ist, kann das Kabel auf verwendet werden um den Kontroller extern mit Strom zu versorgen beispielsweise über einen USB-Stecker oder eine Powerbank.
20. Anschlusskabel 4pin Schrittmotor
Die Anschlusskabel sind dazu da, die Schrittmotoren mit dem CNC-Shield zu verbinden.
Bestelllink Bastelgarage 21. Krokoklemmenkabel
Mit den Krokolemmenkabeln kann man gut Strom leitende Materialien verbinden. So kann beispiel Alufolie mit einem Jumperwire verbunden werden, das dann über ein Breadboard weiter als Teil einer Schaltung gebraucht werden kann. Auch Komponenten die keinen geeigneten Anschluss für das Breadboard haben, dienen die Krokoklemmenkabel als Überbrückungsmöglichkeit zum Schaltkreislauf auf dem Breadboard.
22. Servo gross 4.8 – 6V
Dieser Servo läuft mit 4.8 – 6V Spannung und ist stärker als der kleine Servo mit 5V. Der Servo kann über einen Mikrokontroller wie das Arduino Uno angesteuert werden. Damit der Servo genügend Spannung und Stromstärke bekommt muss der Servo über ein separates Netzteil mit Strom versorgt werden, damit er funktioniert.
Der Servo wird wie folgt an einen Mikrokontroller angeschlossen:
Kabel Servo orange –> digitaler Pin Mikrokontroller(PWM / Output)
Kabel Servo braun –> direkt an Minus des Netzteils
Kabel Servo rot –> direkt ans Plus des Netzteils
Verwandte Kits und Komponenten
Im Motorkit findest du auch noch ein grösseres Servo mit mehr Leistung.
