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>EV3-SENSOREN |
Wenn man viel mit LEGO® MINDSTORMS® EV3 Robotern arbeitet, kommt irgendwann automatisch die Frage auf: Kann man auch noch andere Sensoren oder Aktoren anschließen??
Auf diese Idee sind natürlich schon viele andere kreative Köpfe gekommen, und so gibt es viele Sensoren und Aktoren von Fremdfirmen mit passenden Steckverbindungen und teilweise eigenen Blöcken für die LEGO® MINDSTORMS® Software (z.B. unter mindsensors.com). All diese Ergänzungen sind jedoch ziemlich teuer und daher z.B. für den Einsatz in der Schule mit mehreren EV3 Education-Sets oft nicht erschwinglich.
Was liegt daher näher, als sich einmal die Pinbelegung der EV3-Kabel und die Elektronik in den originalen EV3-Sensoren und -Aktoren anzuschauen und mit diesen Informationen Adapter zu bauen, die mit beliebigen Sensoren oder Aktoren kombinierbar sind? Diesen Gedanken hatten auch die Macher der Website hightechlego.com, die noch viele andere kreative LEGO®-Ideen auf ihrer Website und als Bücher veröffentlicht haben. Die folgenden technischen Grundlagen basieren auf den Informationen der o.g. Website.
An den Sensorports der LEGO® EV3-Einheiten können analoge Spannungen zwischen 0 und 5 Volt eingelesen werden - was den Einsatz fast sämtlicher analoger Sensoren ermöglicht, die z.B. für Arduinos oder Raspbery Pis zur Verfügung stehen. Die Kabelbelegung ist sehr einfach aufgebaut, wobei hardwareseitig ein "NXT Touch-Sensor" simuliert wird. Um die analogen Sensorwerte auslesen zu können, wird der Block "Unverarbeiteter Sensorwert" in der MINDSTORMS® Software mit dem entsprechenden Sensorport (hier: Port 2) verbunden.
Die Motorports geben eine Gleichspannung von 0 bis 9 Volt aus. Möchte man diese regelbare Ausgangsspannung nutzen, müssen hier allerdings zwei Widerstände (1 Kiloohm und 10 Kiloohm) so verdrahtet werden, dass die LEGO® EV3-Einheit einen "NXT-Motor" erkennt. Auf diese Weise lassen sich beliebige Aktoren an die E3-Einheit anschließen: Motoren, LEDs, Lampen, Relais, usw. In der MINDSTORMS® Software wird der Block "Ungeregelter Motor" mit dem passenden Motorport (hier: Port C) verbunden, um über den Geschwindigkeitswert die Ausgangsspannung festzulegen.
Ziel dieses Projekts war es, Adapterkabel sowohl für Sensoren als auch für Aktoren zu basteln. Hierfür wurde jeweils als verbindendes Element ein 4x2 Legostein genutzt, dessen Inneleben entfernt wurde. In diesem nun leeren Gehäuse wurde ein EV3-Originalkabel auf der einen und ein Anschlusskabel auf der anderen Seite hinausgeführt. Beide Kabel wurden im Gehäuse mittels einer kleinen Leiterbahnplatine miteinander verlötet. Zum Schluss wurde eine 4x2 Legoplatte von unten mit dem 4x2 Legostein fest verklebt.
EV3-SENSOREN
Für das EV3-SENSOR-Adapterkabel wurde zunächst eine Aussparung auf der einen Seite des Legosteins herausgeschnitten, während für die Sensor-Anschlusskabel auf der anderen Seite ein passendes Loch gebohrt wurde. Anschließend wurden die Adern der beiden Kabel gemäß der o.a. Schaltung auf der Leiterbahnplatine miteinander verlötet:
Auf den nächsten Bildern sieht man deutlich, dass ein angeschlossenes Potentiometer als "NXT Touch-Sensor" erkannt und die eingehende Spannung als analoger Messwert (Balken unterhalb der Anzeige "0" oder "1") exakt angezeigt wird:
Das fertige Adapterkabel wurde auf der einen Seite als "SENSOR" beschriftet, während auf der anderen Seite die Farbe des Vin-Kabels angegeben wurde (hier: gelb), um eine Verwechslung mit dem Vout-Kabel (immer rot) zu vermeiden:
EV3-AKTOREN
Auch für das EV3-AKTOR-Adapterkabel wurde zunächst eine Aussparung auf der einen Seite des Legosteins herausgeschnitten, während für das Motor-Anschlusskabel auf der anderen Seite ein passendes Loch gebohrt wurde. Anschließend wurden die Adern der beiden Kabel gemäß der o.a. Schaltung auf der Leiterbahnplatine miteinander verlötet:
Auf dem folgenden Video kann man gut sehen, dass das DEMO-Programm der EV3-Einheit den angeschlossenen LEGO® Technik-Motor problemlos erkennt und in beide Richtungen ansteuern kann (Rechts-/Linkslauf):
Das fertige Adapterkabel wurde auf der einen Seite als "AKTOR" beschriftet, während auf der anderen Seite die Ausgangsspannung angegeben wurde (0 bis 9 Volt Gleichstrom):
Das Adapterkabel für die EV3-AKTOREN funktioniert auch in umgekehrter Richtung, d.h. vorhandene LEGO® MINDSTORMS®-Motoren können mittels dieses Kabels an Batterien oder Netzteile bis 9 Volt Gleichspannung angeschlossen werden. Auf diese Weise ist es auch möglich, NXT- oder EV3-Motoren über Motortreiber (z.B. L293D) mit einem Arduino Mikrocontroller anzusteuern, sofern eine zusätzliche Fremdspannung zur Verfügung steht. Auch andere Anwendungsmöglichkeiten sind hier denkbar (Raspberry Pi, Fischertechnik, usw.).
Wenn man die Grundlagen für die EV3-SENSOREN und -AKTOREN einmal verstanden hat, ist es sehr einfach und vor allem kostengünstig, passende Adapterkabel zu bauen; die teuerste Komponente dürfte hier das EV3-Kabel sein, welches man u.U. gebraucht oder von alternativen Herstellern erwerben muss. An der Schule wurden mittels dieser Adpaterkabel bereits eine automatische Pflanzenbewässerung (Feuchtigkeitssensor als SENSOR) und ein Wasserentkeimer (250V-Relais als AKTOR) realisiert, doch sind auch andere Anwendungsgebiete denkbar (z.B. dimmbare LEDs oder Umweltsensoren, deren Werte per Bluetooth übertragen werden).