In diesem Projekt zeigen wir Ihnen, wie Sie eine Lüftersteuerung mit einem Potentiometer und einem MOSFET mit Ihrem Arduino bauen können. Mit dieser Steuerung können Sie den Lüfter ein- und ausschalten und die Drehzahl des Lüfters über das Potentiometer regeln. Wir werden Ihnen auch erklären, wie Sie Pulsweitenmodulation (PWM) verwenden und warum Sie eine Freilaufdiode in Ihre Schaltung einbauen müssen.
Was benötigen Sie für das Projekt?
Für dieses Projekt benötigen Sie folgende Komponenten:
- 1 x Arduino Uno mit Steckbrett + Laptop und USB Typ B Kabel für die Programmierung
- 1 x Lüfter (Wir empfehlen einen 8 x 8 cm großen Lüfter mit einer Spannungsversorgung von 12 V und einer Leistungsaufnahme von 1,8 W)
- 1 x 9 V Blockbatterie (auch ein 12 V Lüfter kann mit 9 V betrieben werden)
- 1 x Lüfter- und Batteriehalter (3D-Druck Datei verfügbar)
- 1 x mechanischer Schalter (optional)
- 1 x Potentiometer (Widerstand von 1 kOhm oder mehr)
- 1 x MOSFET (Wir empfehlen den IRLZ44N)
- 1 x Diode (Silizium Kleinsignaldiode)
- 1 x LED
- 1 x R = 470 Ohm Widerstand
- 1 x R = 220 Ohm Widerstand
- 1 x R = 10 kOhm Widerstand
- Mehrere Jumperkabel
- 2 x Schraubbuchsen für die Kabel von Lüfter und Batterie (optional)
Die meisten dieser Komponenten sind in einem Arduino Starter Kit enthalten. Sie können das originale Starter Kit von Arduino oder eine günstigere Alternative von Elegoo verwenden.
Die Schaltung zur Lüfteransteuerung
Die Schaltung für dieses Projekt enthält einige spannende und lehrreiche Punkte. Im folgenden Schaltbild sehen Sie eine schematische Darstellung des Arduinos und der Schaltung.
Die Spannungsquelle in der Schaltung ist eine 9 V Blockbatterie. Über einen mechanischen Schalter kann der Stromkreis geöffnet und geschlossen werden, um den Lüfter ein- und auszuschalten. Parallel zur restlichen Schaltung ist eine LED mit einem Vorwiderstand geschaltet. Die LED dient als Anzeige, ob das System eingeschaltet ist.
Der Motor (Lüfter) und die parallel dazu geschaltete Diode sind der spannende Teil der Schaltung. Die Diode, auch Freilaufdiode genannt, verhindert, dass es am MOSFET zu einer Überspannung kommt. Diese Überspannung entsteht, wenn der Motor wie eine Spule wirkt und den Strom trotz geöffnetem Stromkreis weiterfließen lassen möchte. Die Diode sorgt dafür, dass die Spannung am MOSFET stabil bleibt.
Der MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor) ist ein N-Kanal MOSFET und wird auf die Seite des Verbrauchers angeschlossen, die in Richtung Masse zeigt. Der IRLZ44N ist ein sogenannter "Logic Level" MOSFET und schaltet bereits bei einer Spannung von 5 V zwischen Gate und Source durch. Der Widerstand R2 im Gate-Pfad des MOSFETs dient der Strombegrenzung, um eine Überlastung des Arduino-Pins zu vermeiden. Der Widerstand R3 ist ein Pull-Down Widerstand, der sicherstellt, dass der MOSFET bei einem LOW im PWM-Signal mit Masse verbunden ist.
Das Potentiometer wird an den 5 V Output Pin und den Ground Pin des Arduinos angeschlossen. Der dritte Pin des Potentiometers, der einen einstellbaren Widerstand darstellt, wird an den ANALOG IN Pin A0 des Arduinos angeschlossen. Dadurch wird eine variable Spannung erzeugt, die durch den Analog-Digital-Wandler im Arduino in einen Wert zwischen 0 und 1023 umgerechnet wird. Dieser Wert wird dann über den Programmcode im Arduino in die entsprechende Pulsweite des PWM-Signals umgewandelt.
Der Sketch zum Lüfterprojekt
Der Sketch (Programm) zu diesem Projekt ist relativ einfach. Hier sind die wichtigsten Schritte kurz erläutert. Den vollständigen Sketch finden Sie weiter unten zum Download.
- Definieren Sie die benötigten Pins (Digitalpin 9 und Analogpin A0) des Arduinos.
- Im Setup wird der Pin 9 als Output definiert und die Datenrate für den seriellen Monitor festgelegt.
- In der Hauptschleife wird der durch das Potentiometer eingestellte Spannungswert eingelesen und als PWM-Signal am Pin 9 ausgegeben. Der Wert wird auch über den seriellen Monitor angezeigt.
Schließen Sie den Arduino per USB-Kabel an den Laptop an und laden Sie den Sketch hoch.
Zusammenfassung
In diesem Projekt haben wir Ihnen gezeigt, wie Sie eine Lüftersteuerung mit einem Potentiometer und einem MOSFET mit Ihrem Arduino bauen können. Sie haben gelernt, wie Sie Pulsweitenmodulation verwenden und warum eine Freilaufdiode in der Schaltung notwendig ist. Mit dieser Steuerung können Sie den Lüfter ein- und ausschalten und die Drehzahl des Lüfters regeln. Wir hoffen, dass Ihnen dieses Projekt dabei geholfen hat, Ihre Kenntnisse in der Arduino-Programmierung und Elektronik zu erweitern.
Viel Spaß beim Ausprobieren und Experimentieren mit Ihrem Arduino!