Glücksrad mit Schrittmotor – Projekte für Arduino und ESP32-Mikrocontroller

Ziel des Projekts

Wenn der Taster gedrückt wird, bewegt sich der auf einem Schrittmotor befestigte Zeiger durch Zufall auf ein farbiges Feld. Ein LCD zeigt die Anzahl der Bewegungen, das getroffene Feld und eine Statistik der bisher getroffenen Felder an.

Die Hardware

In einem Elektromotor wird durch das Zusammenspiel von Statoren, feststehenden äußeren magnetischen Spulen, und einem sich darin drehenden Rotor eine Drehbewegung erzeugt. Der Strom wird durch Schleifkontakte so zugeführt, dass genau in dem Moment, wo sich Nord-und Südpol angenähert haben, die Stromrichtung im Rotor umgepolt wird.

Quelle: ⤷https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gleichstrommaschine.svg

Bei dem Motor handelt es sich um einen Motor mit der Typbezeichnung 28BYJ-48. Im Unterschied zum Servomotor kann der Schrittmotor eine 360°-Drehung ausführen und kann vorwärts und rückwärts laufen.
Ein volle Umdrehung sind bei diesem Motor 2048 Schritte.

Benötigte Bauteile

Schrittmotor 28BYJ-48
Treiberplatine ULN2003
⇒4-zeiliges LCD mit I²C-Schnittestelle
⇒Taster
Leitungsdrähte

Der Schaltplan

Für den Schrittmotor wird eine Treiberplatine benötigt. In diesem Fall ist es die ULN2003. Zwei mögliche Ausführungen sind hier abgebildet:

Bei der linken Treiberplatine müssen die Steckverbindungen mit Kabeln zum Arduino hergestellt werden, bei der rechten Ausführung kann der linke Teil direkt in den Arduino gesteckt werden.
Bei beiden Varianten wird der Stecker des Motors in die Treiberplatine gesteckt.

Pinbelegung
IN1 ⇒ 4
IN2 ⇒ 5
IN3 ⇒ 6
IN4 ⇒ 7

Vorlage Glücksrad

Das Glücksrad besteht aus 4 verschiedenfarbigen Feldern und einem drehbaren Pfeil. Das Programm ermittelt eine zufällige Anzahl von Schritten zwischen 1 und 2048. Der Motor dreht bis zur angegebenen Position und stellt anhand der zurückgelegten Schritte die Farbe des getroffenen Feldes fest.

Befestige das Glücksrad und den Pfeil am Schrittmotor. Achte darauf, dass sich das Glücksrad nicht drehen kann, der Pfeil sich aber frei bewegen kann und sich in der richtigen Position befindet.

Die Vorlage für das Glücksrad und den Pfeil findest du ⇒hier.

Benötigte Bibliotheken

Das Programm

Info

⇒Zufallszahlen

Das „Prellen“ des Tasters soll mit der Bibliothek Bounce2 verhindert werden.
Binde auch die übrigen Bibliotheken ein und definiere die Variablen.

#include "Stepper.h"
#include "LiquidCrystal_I2C.h"
#include "Bounce2.h"

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4);

// Schritte pro Umdrehung
int SchritteDrehung = 2048;

/*
  Zuordnung der Pins:
  entweder 4, 6, 5, 7
  oder 5, 7, 4, 6
  diejenige auswählen, bei der die Drehung
  im Uhrzeigersinn ausgeführt wird
*/
Stepper Motor(SchritteDrehung, 5, 7, 4, 6);

int TASTER = 10;

// die Farben
int Rot = 0;
int Blau = 0;
int Gelb = 0;
int Gruen = 0;

// Bibliothek Bounce2
// "Prellverhinderer" für den Taster starten
Bounce Start = Bounce();

#include "Stepper.h"

#include "LiquidCrystal_I2C.h"

#include "Bounce2.h"

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4);

// Schritte pro Umdrehung

int SchritteDrehung = 2048;

Zuordnung der Pins:

entweder 4, 6, 5, 7

oder 5, 7, 4, 6

diejenige auswählen, bei der die Drehung

im Uhrzeigersinn ausgeführt wird

Stepper Motor(SchritteDrehung, 5, 7, 4, 6);

int TASTER = 10;

// die Farben

int Rot = 0;

int Blau = 0;

int Gelb = 0;

int Gruen = 0;

// Bibliothek Bounce2

// "Prellverhinderer" für den Taster starten

Bounce Start = Bounce();

Der setup-Teil:

void setup()
{
  // Instanz des Objekts Bounce dem Taster zuordnen
  // Zeitintervall einstellen
  Start.attach(TASTER);
  Start.interval(20);

  pinMode(TASTER, INPUT_PULLUP);

  // LCD einschalten
  lcd.init();
  lcd.backlight();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Gl\365cksrad");

  // Zufallsgenerator starten
  randomSeed(analogRead(A0));

  // Geschwindigkeit des Motors
  Motor.setSpeed(15);
}

void setup()

{

// Instanz des Objekts Bounce dem Taster zuordnen

// Zeitintervall einstellen

Start.attach(TASTER);

Start.interval(20);

pinMode(TASTER, INPUT_PULLUP);

// LCD einschalten

lcd.init();

lcd.backlight();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print("Gl\365cksrad");

// Zufallsgenerator starten

randomSeed(analogRead(A0));

// Geschwindigkeit des Motors

Motor.setSpeed(15);

}

Der loop-Teil:

void loop()
{
  // Taster gedrückt
  if (Start.update())
  {
    if (Start.read() == LOW)
    {
      int Minimum = 1;
      int Maximum = SchritteDrehung;
      int Position =  random(Minimum, Maximum);

      // Motor auf zufällige Position fahren
      Motor.step(Position);

      // Ergebnis auf LCD anzeigen
      lcd.clear();
      lcd.setCursor(0, 0);
      lcd.print("Position: " + String(Position));
      lcd.setCursor(0, 1);

      // Farbe je nach Position bestimmen
      if (Position > 0 && Position < 512)
      {
        lcd.print("Gelb");
        Gelb ++;
      }

      if (Position > 512 && Position < 1024)
      {
        lcd.print("Gr\365n:");
        Gruen ++;
      }

      if (Position > 1024 && Position < 1536)
      {
        lcd.print("Rot:");
        Rot ++;
      }

      if (Position > 1536 && Position < 2048)
      {
        lcd.print("Blau");
        Blau ++;
      }

      // Statistik anzeigen
      lcd.setCursor(0, 2);
      lcd.print("Rot:  " + String(Rot));
      lcd.setCursor(10, 2);
      lcd.print("Blau: " + String(Blau));
      lcd.setCursor(0, 3);
      lcd.print("Gelb: " + String(Gelb));
      lcd.setCursor(10, 3);
      lcd.print("Gr\365n: " + String(Gruen));
      delay(1000);

      // Motor an den Ausgangspunkt zurückfahren
      Motor.step(-Position);
    }
  }
}

void loop()

{

// Taster gedrückt

if (Start.update())

{

if (Start.read() == LOW)

{

int Minimum = 1;

int Maximum = SchritteDrehung;

int Position = random(Minimum, Maximum);

// Motor auf zufällige Position fahren

Motor.step(Position);

// Ergebnis auf LCD anzeigen

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print("Position: " + String(Position));

lcd.setCursor(0, 1);

// Farbe je nach Position bestimmen

if (Position > 0 && Position < 512)

{

lcd.print("Gelb");

Gelb ++;

}

if (Position > 512 && Position < 1024)

{

lcd.print("Gr\365n:");

Gruen ++;

}

if (Position > 1024 && Position < 1536)

{

lcd.print("Rot:");

Rot ++;

}

if (Position > 1536 && Position < 2048)

{

lcd.print("Blau");

Blau ++;

}

// Statistik anzeigen

lcd.setCursor(0, 2);

lcd.print("Rot: " + String(Rot));

lcd.setCursor(10, 2);

lcd.print("Blau: " + String(Blau));

lcd.setCursor(0, 3);

lcd.print("Gelb: " + String(Gelb));

lcd.setCursor(10, 3);

lcd.print("Gr\365n: " + String(Gruen));

delay(1000);

// Motor an den Ausgangspunkt zurückfahren

Motor.step(-Position);

}