Vom Leuchtdiodenbild zum Mikrocontroller

Johannes Lehmke

Hittorf-Gymnasium, Recklinghausen

Folie 1Milchdosensteuerung

Folie 2Übersicht

Vom Leuchtdiodenbild zum Mikrocontroller

Steuerungstechnik von der 10. bis zur 13. Jahrgangsstufe

Überblick über die Steuerungstechnik innerhalb

des Technikunterrichts

o Ziele

o Inhalte

o Methoden/Medien

Planung, Entwicklung und Bau eines Leuchtdiodenbildes in der 9./10. Jahrgangsstufe

o Aufbau

o Betrieb

o Steuerung

Steuerung eines mit einem Codeschloss

gesicherten Lagertors in der 12./13. Jahrgangsstufe

o Tür-/Rollladenmodul

o Steuerungsauftrag

o Elementarelektronische Steuerung

o Mikrocontrollergestützte Steuerung

Folie 3Aufbau eines Leuchtdiodenbildes

Folie 4Handsteuerung des Leuchtdiodenbildes

10

po

l Pfo

ste

nst

eck

er

rote

Ade

r de

s F

lach

ban

dka

bels

1

Leuchtdioden-ketten, die

immer leuch-ten sollen

Leuchtdioden-ketten, die zu-sammen ge-

schaltet werdensollen

Leuchtdiodenketten,die einzeln geschaltet

werden sollen

10

po

l P

fost

en

bu

chse1

Folie 5Elementarelektronische Steuerung des Leuchtdiodenbildes

Folie 6Steuerung des Leuchtdiodenbildes

ULN 2803 ULN 2803

74LS164 74LS164Taktgeber

Auswahl-logik

Mikro-controller

Leucht-dioden-

bild

Hardware - Lösung

Software - Lösung

T akt

Daten

Daten

T akt

Schieberegister Schieberegister

Clear

Folie 7Tür- / Rollladenmodul

Folie 8Steuerungsaufgabe mit elementarelektronischer Lösung

Eine Firma will für motorbetriebene Lagertore elektrisch/elektronische Steuerungsanlagen anbieten. Für die schon im Angebot befindlichen Lagertorsteuerungen soll ein Codeschloss mit serieller Eingabe des Codes entwickelt und auch in das Angebot der Firma aufgenommen werden. Für die Ausarbeitung des Angebotes stehen als Sensoren/Schaltelemente, Aktoren/Meldeeinrichtungen und für die Signalverarbeitung Folgendes zur Verfügung:

- drei high-aktive Taster (TAUF, TZU, QUIT), - zwei low-aktive Endschalter (ESR, ESL), - ein Gleichstromgetriebemotor mit Leistungsanpassung (MAUF, MZU), - ein blinkender optischer Alarmgeber (OAG), - verschiedene Logikbausteine (AND, OR, NOT), - verschiedene Speicherbausteine (S/R-FF, D-FF), - C-Control unit.

Aufgabenstellung

a. Für die Konstruktion des Codeschlosses mit serieller Eingabe des Codes sollen die beiden Taster (TAUF, QUIT) genutzt werden. Nach der Eingabe des richtigen Codes (1 – 7) soll sich das Lagertor endschaltergesichert öffnen. Mit der Taste (TZU) soll das Lagertor endschaltergesichert geschlossen werden können.

b. Die Eingabe eines falschen Codes soll durch einen optischen Alarmgeber angezeigt werden. Die Quittierung des Alarms soll mit dem richtigen Code, der auch die Tür öffnet, erfolgen.

Folie 9Serielle Codeeingabe über zwei Tasten

Folie 10Codeüberprüfung durch kombinatorische Logik

Folie 11 Endschaltergesicherte Öffnen/Schließen der Lagertor

Folie 12Auslösung und Quittierung des Alarms bei der Falscheingabe

Folie 13Gesamtschaltung der elementarelektronischen Lösung

Folie 14Aufgabenstellung für die mikrocontrollergestützte Lösung

Eine Firma will für motorbetriebene Lagertore elektrisch/elektronische Steuerungsanlagen anbieten. Für die schon im Angebot befindlichen Lagertorsteuerungen soll ein Codeschloss mit serieller Eingabe des Codes entwickelt und auch in das Angebot der Firma aufgenommen werden. Für die Ausarbeitung des Angebotes stehen als Sensoren/Schaltelemente, Aktoren/Meldeeinrichtungen und für die Signalverarbeitung Folgendes zur Verfügung: - drei high-aktive Taster (TAUF, TZU, QUIT), - zwei low-aktive Endschalter (ESR, ESL), - ein Gleichstromgetriebemotor mit Leistungsanpassung (MAUF, MZU), - ein blinkender optischer Alarmgeber (OAG), - verschiedene Logikbausteine (AND, OR, NOT), - verschiedene Speicherbausteine (S/R-FF, D-FF), - C-Control unit.

Aufgabenstellung

a. Für die Konstruktion des Codeschlosses mit serieller Eingabe des Codes sollen die beiden Taster (TAUF, QUIT) genutzt werden. Die Anzahl der Tastenbewegungen (TAUF) sollen gezählt und mit dem vorgegebenen Code (1 – 7) verglichen werden. Die Taste (QUIT) soll das Ende der Eingabe signalisieren. Nach der Eingabe des richtigen Codes soll sich das Lagertor endschaltergesichert öffnen. Mit der Taste (TZU) soll das Lagertor mit einem Intervallton endschaltergesichert geschlossen werden können.

b. Die Eingabe eines falschen Codes soll durch einen optischen Alarmgeber angezeigt werden. Die Quittierung des Alarms soll mit dem richtigen Code, der auch die Tür öffnet, erfolgen.

Reduzierte Aufgabenstellung: Ein Lagertor soll mit je einem Taster (TAUF, TZU) endschaltergesichert geöffnet und geschlossen werden. Entwickeln und dokumentieren Sie ein Steuerprogramm. Zur Dokumentation der Entwicklung gehört ein Technologieschema, ein Programmablaufplan und ein kommentiertes Steuerprogramm in C-Control Basic.

Folie 15Technologieschem

Signal-verarbeitung

TAUF

TZU

ESR

ESL

MAUF

MZU

Folie 16Programmablaufplan

Start

TAUF = 1ja

nein

ESR = 1ja

MAUF = 1

nein

MAUF = 0

TZU = 1ja

nein

ESL = 1ja

MZU = 1

nein

MZU = 0

Folie 17Programmablaufplan und Steuerprogramm

Direkte Programmumsetzung define TAUF port [1] define TZU port [2] define ESR port [3] define ESL port [4] define MAUF port [5] define MZU port [6] 1 if TAUF = on then goto 2 else goto 3 2 if ESR = on then goto 5 else goto 3 3 MAUF = 0 4 goto 6 5 MAUF = 1 6 if TZU = on then goto 7 else goto 8 7 if ESL = on then goto 10 else goto 8 8 MZU = 0 9 goto 11 10 MZU = 1 11 goto 1 Eleganteres Programm

define TAUF port [1] define TZU port [2] define ESR port [3] define ESL port [4] define MAUF port [5] define MZU port [6]

#start if TAUF AND ESR = ON then MAUF = 1 elese MAUF = 0 if TZU AND ESL = ON then MZU = 1 else MZU = 0 goto start

Start

TAUF = 1ja

nein

ESR = 1ja

MAUF = 1

nein

MAUF = 0

TZU = 1ja

nein

ESL = 1ja

MZU = 1

nein

MZU = 0

Folie 18Steuerprogramm der mikrocontrollergestützten Lösung

define TAUF port [1] 'Variabelendeklaration define TZU port [2] define QUIT port [3] define MAUF port [4] define MZU port [5] define ESR port [6] define ESL port [7] define OAG port [8] define LDRA port [9] define AAG port [10] define n word

#start

n=0 AAG=off

#Abfrage 'Codeeingabe if TZU=on then goto ZU if TAUF=on then n=n+1 wait not TAUF if (n=5 AND QUIT) then goto AUF 'Codevergleich if (n<>5 AND QUIT) then goto ALARM goto Abfrage

#ZU 'Schließen des Tors AAG=on Pause 25 AAG=off Pause 25 MZU=on if ESL=on then goto ZU else MZU=off goto start

#AUF 'Öffnen des Tors OAG=off MAUF=on if ESR=on then goto AUF else MAUF=off goto start

#ALARM 'Erzeugen des Alarms OAG=on

goto start