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.

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:

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.

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 ein Netzteil aus der Steckdose bezogen.

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.

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

Die durch den Schleifkontakt auftretenden Spannungsschwankungen werden von einem Kondensator (5) geglättet. Anschließend wird die 12V-Spannung 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.