Title: M2.4a: Elektronikkomponenten des Aktors (RGB-LED oder Lüfter) und deren Ansteuerung vom RPi
Course: LF07 - Cyber-physische Systeme ergänzen - FI/ITSE - Raspberry Pi > Section: LS7.2: Raumklima temperaturgeführt regeln

Infothek Lüfteransteuerung projektieren

Ansteuerung Motortreiber

Hier ein umfangreiches Tutorial zur Lüfter-/ Motoransteuerung mit dem Raspberry Pi. Sogar die Drehfrequenz des Motors kann geregelt werden, was nicht nur ein Ein-/ Ausschalten als Zweipunktregler sondern sogar einen Proportialregler ermöglicht.

raspitips.de/raspberry-pi-gleichstrommotor-mit-motortreiber-l293d-und-pulsweitenmodulation/

Das Datenblatt zum L293D und weitere Infos zum Schaltkreis gibt es hier:

https://www.ti.com/product/L293D

Und hier etwas Ähnliches mit dem Arduino

https://www.instructables.com/How-to-use-the-L293D-Motor-Driver-Arduino-Tutorial/

BOM

9v Batt (8 pack)

https://www.amazon.de/dp/B00MH4QM1S?tag=amz-mkt-chr-de-21&ascsubtag=1ba00-01000-org00-win10-other-nomod-de000-pcomp-feature-scomp-feature-scomp&ref=aa_scomp_srsr2

Battery extension (8 pack)

https://www.amazon.com/9v-battery-connector/s?k=9v+battery+connector

Jump cables

https://www.elegoo.com/products/elegoo-multicolored-dupont-wire-kit

DC Motor Students choice

https://www.amazon.de/-/en/RUNCCI-YUN-Mini-Electric-Motor-Micro/dp/B08BHXDFWH/ref=sr_1_7?dchild=1&keywords=topoox+12+st%C3%BCck+gleichstrommotor+1.5-3v+15000+rpm+mini+elektrische+hobby%2C+f%C3%BCr+spielzeugscience+projekte&qid=1629743816&sr=8-7

https://www.amazon.de/-/en/RUNCCI-YUN-Electric-Battery-Connector-Arduino/dp/B07KW12KSC/ref=sr_1_8?dchild=1&keywords=topoox+12+st%C3%BCck+gleichstrommotor+1.5-3v+15000+rpm+mini+elektrische+hobby%2C+f%C3%BCr+spielzeugscience+projekte&qid=1629743816&sr=8-8

L293D Chip

https://www.amazon.de/-/en/ULTECHNOVO-Stepper-Driver-Controller-Printer/dp/B08P3H329Y/ref=sr_1_7?crid=10KN3SAIN6K2T&dchild=1&keywords=l293d&qid=1629743980&sprefix=l29%2Caps%2C190&sr=8-7

FANS

https://www.amazon.de/dp/B07Z4PYJY4?psc=1&pf_rd_p=dc7c3db3-ae74-4448-ae9a-553d0dc0a81e&pf_rd_r=RP2EK6QJSJRA95NJ1PDN&pd_rd_wg=HAtF8&pd_rd_i=B07Z4PYJY4&pd_rd_w=yjAqo&pd_rd_r=fa1ded9c-1c7f-446b-912e-143eeb130c38&ref_=pd_luc_rh_rtpb_03_03_t_img_lh

Infothek RGB-LED projektieren (Beispiel für Farbe Rot)

Falls keine Motoransteuerung für den Unterricht besorgt werden kann, kann als Indikator für den Lüfterzustand auch eine LED benutzt werden. Zur Anzeige, ob gerade der Motor des Lüfters angesteuert wird, kann eine (Mehrfarb-)LED eingesetzt werden. Die LED kann entweder mit gemeinsamer Anode oder Kathode erworben werden.
Zur Begrenzung des Stromes auf circa 20mA ist ein Widerstand erforderlich, da die Betriebsspannung von 3,3/ 5 Volt größer ist, als die Durchlassspannung der Diode. Ohne Widerstand würde der Strom den maximal zulässigen Wert übersteigen und die Diode zerstören. Der Widerstand wird in Reihe zur Diode geschaltet, um die Betriebsspannung zu teilen. Zunächst soll seine Größe berechnet werden.

Zur Erläuterung hier die Diodenkennlinien für die Farben RGB: Erhöht man z. B. bei der roten LED die Spannung von 1,5 auf 1,6 Volt so steigt der Strom bereits um ca. 10mA. Eine Erhöhung auf 5 Volt, also das 35-fache würde annähernd ein halbes Ampere fließen lassen und die Diode zerstören.

Berechnung des Vorwiderstandes für die rote LED:

- Normalerweise werden diese LED bei einem Nominalstrom von 20mA betrieben (siehe der Link unten zur RGB-Rainbow 4-Pin LEDs 5mm, rot grün blau gem. PLUS)
- In der Kennlinie kann man bei der roten LED eine zu 20mA gehörige Spannung von etwa 1,8V ablesen.
- Bei 5V Betriebsspannung müssen also 5V - 1,8V = 3,2V am Vorwiderstand abfallen.
- Nach dem ohmschen Gesetz berechnet sich der Vorwiderstand zu R= U/I = 3,2V/ 0,02A = 160 Ohm.
- Die zugehörige Farbcodierung ist dann braun (1), blau (6), braun (braun=1, eine 0 hinter der 16), alternativ kann bei Widerständen besserer Fehlerklasse statt dem letzten braun stehen: schwarz (0), schwarz (0 weitere Nullen)

Zur Erhöhung der Lebensdauer der LED wird in manchen Datenblättern empfohlen, den Strom lediglich auf 80% des Nominalstromes einzustellen, dann müsste man also mit 0,8 * 20mA = 16mA rechnen. Der Vorwiderstand läge damit bei 200 Ohm, dem in der E12-Reihe ein Wert von 220 Ohm am nächsten ist (rot-rot-braun).

Links:

https://de.wikipedia.org/wiki/Leuchtdiode : Allgemeines zu Leuchtdioden

http://www.leifiphysik.de/elektronik/halbleiterdiode/ausblick/leuchtdioden-led: Leuchtdioden auf Leifi Physik

http://www.theledlight.com/resistancecalculator.html : Wer nicht selber rechnen möchte - ein Webrechner zur Ermittlung des Vorwiderstandes

http://www.pur-led.de/LED-Einzel-Highpower/Standard-LEDs/RGB-und-DUO-LEDs/RGB-4-PIN-LEDs/RGB-Rainbow-4-Pin-LEDs-5mm-rot-gruen-blau-gem-PLUS.html : Technische Daten der RGB-Rainbow 4-Pin LEDs 5mm, rot grün blau gem. PLUS

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/1109051.htm : Widerstand Farbcodierungstabellen