Mikrocontroller

Was sind Mikrocontroller?

Ein Mikrocontroller ist ein kleiner Chip, der quasi als Minicomputer dient. Er setzt sich aus Prozessor und Arbeitsspeicher zusammen. Weitere Hardware, wie beispielsweise Speicher, Sensoren oder Motoren, kann angeschlossen werden. Mikrocontroller finden Anwendung in allerlei Geräten. Ihr Einsatzgebiet reicht von Kaffeemaschinen über Aufzüge bis hin zu kleinen Steuereinheiten in allerlei Maschinen. Dabei müssen die Mikrocontroller natürlich speziell für ihr Einsatzgebiet programmiert werden.

Meine Erfahrung mit Mikrocontrollern

Mit Mikrocontrollern kam ich überwiegend im Studium in Kontakt, da ich dort den Schwerpunkt "Embedded Systems" gewählt hatte. Mein größtes Projekt war dabei die Entwicklung eines POV-Displays (Persistence-of-Vision) in Zusammenarbeit mit einem Kommilitonen. Ein POV-Display nutzt die Trägheit des Auges aus, um ein Bild durch sich bewegende LEDs zu erzeugen. Ich erkläre hier dessen Funktionsweise anhand unseres Projektes:

POV-Display im Betrieb. Magisch erscheint ein Schriftzug in der Luft.

Oben am Rand des Gerätes ragt ein Stab hervor, An dem ein LED-Streifen befestigt ist. Dieser rotiert im Kreis und erzeugt einen Lichtzylinder. Durch Änderungen der Farben im richtigen Takt wird dabei ein Bild "in die Luft" gezeichnet.

POV-Display ruhend. Man sieht einen Stab nach oben aus dem Rand des Gehäuse ragen.

Die Basis des Gerätes bildet ein statisches Holzgehäuse. Dieses muss schwer genug sein, um einen festen Stand zu gewähren. In dem Gehäuse befindet sich ein Motor, der über einen Drehregler gesteuert werden kann. Strom wird über einen AC/AD Adapter aus der Steckdose bezogen.

Das Innenleben des
                Holzgehäuses. In der Mitte steht der Motor aus dem ein langer Metallstab herausragt. Ein Regler
                am Rand des Gehäuses ist mit dem Motor verbunden.

Auf das Holzgehäuse ist das sich rotierende Kunststoffgehäuse mit dem LED-Streifen gesetzt. Es ist dabei nur über einen Metallstab mit dem Motor verbunden. Der Strom wird über einen Schleifkontakt nach oben geleitet.

Der Schleifkontakt. Ein Kunststoffzylinder mit zwei Metallbahnen umwickelt.

Das Kunststoffgehäuse und den Schleifkontaktkern habe ich mit der freien 3D-Grafiksoftware Blender erstellt und anschließend 3D-gedruckt.

Die 3D-Modelle des Schleifkontaktkerns und des Gehäuses aus Blender abfotografiert.

Die durch den Schleifkontakt auftretenden Spannungsschwankungen werden von einem Kondensator (5) geglättet. Anschließend wird der 12V-Gleichstrom über einen Spannungswandler (3) auf 5V herunterreguliert, damit der Mikrocontroller (1) damit arbeiten kann. Der Mikrocontroller misst über eine Lichtschranke (2) die Rotationen pro Sekunde. Hierfür registriert die Lichtschranke durch ein kleines Loch am Boden des Gehäuses jede Umdrehung, anhand des Passierens des Schleifkontaktes. So kann der Mikrocontroller berechnen in welchem Takt sich die Farben des LED-Streifens (4) ändern müssen, um das gewünschte Bild abzuzeichnen. Der Schwerpunkt des rotierenden Oberteils liegt möglichst auf den Drehpunkt, um Destabilisierung bei hoher Rotationsgeschwindigkeit zu verhindern.

Das Innenleben des sich rotierenden
                Kunststoffgehäuses. Eine Menge Kabel und Bauteile sind kompakt in das Gehäuse integriert.