Der Shield dient zu Schulungszwecken und vereint eine Vielzahl einzelner Shields.

Durch die Kombination einzelner Shields sind Pin's doppelt belegt. Überall wo dies der Fall ist, kann immer nur eine Funktion gleichzeitig genutzt werden. Beispiel ist ein Gleichstrom Motor, am 2. Anschluss angeschlossen, kann nicht gleichzeitig die MOSFET Verstärkerschaltung genutzt werden, weil sich diese die Pin's D5 - D7 teilen.

Der Shield verfügt über einen Stromanschluss wo ein normales Schaltnetzteil mit max. 12 Volt angeschlossen werden kann. Empfohlen ist ein Netzteil mit 9 Volt.

Nachfolgend folgen ausgesuchte Anwendungsbeispiele.

Neben dem Shield wird das https://developer.mbed.org/platforms/FRDM-K64F/ Board von Freescale eingesetzt. Andere Boards, bis auf wenige Beispiele sind denkbar, soweit sie Arduino Form Faktor kompatibel sind, siehe https://developer.mbed.org/platforms/?form-factor=5.

Der Inhalt und Beispiele stammen aus der Kursreihe „Internet der Dinge“ (http://kurs.eb-zuerich.ch/is95) an der EB-Zürich.

Grundschaltungen

Einfacher Lichtschalter

• Anwendung: Licht im Treppenhaus x Minuten leuchten lassen.
• Material: LED und Taster (auf Shield)

Lauflicht

• Anwendung: Baustellenwarnungen
• Material: mehrere LED's (auf Shield)

Melodie abspielen

• Anwendung: Türglocke, Fernsehsimulator zum Abschrecken von Einbrechern
• Material: mehrere LED's und/oder Summer (auf Shield)

Potentiometer

Ein Potentiometer (kurz Poti) ist ein elektrisches Widerstandsbauelement, dessen Widerstandswerte mechanisch (durch Drehen oder Verschieben) veränderbar sind.

• Anwendung: Helligkeit, Geschwindigkeit regeln, einstellen.
• Material: mehrere LED's, Potentiometer (auf Shield)

Sensoren

Licht Sensor

Ein Fotowiderstand (englisch Light Dependent Resistor, LDR) ist ein lichtabhängiger Widerstand aus einer amorphen Halbleiter-Schicht. Je höher der Lichteinfall, desto kleiner wird aufgrund des inneren fotoelektrischen Effekts sein elektrischer Widerstand.

• Anwendungen: Dämmerungsschalter
• Material: Widerstand, Fotowiderstand, Spannungsteiler Schaltung (auf Shield)
• Licht Zeitgesteuert ein-/ausschalten

Erweiterungen: Licht bei Sonnenuntergang Ein- und Sonnenaufgang Ausschalten. Die Informationen dazu werden von einem Cloud Service geholt.

Bewegungssensor

Ein Bewegungsmelder ist ein elektronischer Sensor, der Bewegungen in seiner näheren Umgebung erkennt und dadurch als elektrischer Schalter arbeiten kann.

Anwendungen:

• Intelligente Terassenbeleuchtung (wenn sich jemand näher Licht einschalten).
• Alarmanlage

Material: LED's, Summer (auf Shield), PIR Sensor (extern), siehe https://developer.mbed.org/components/cat/sensors-motion/

Hall Sensor

Ein Hall-Sensor (auch Hall-Sonde oder Hall-Geber, nach Edwin Hall) nutzt den Hall-Effekt zur Messung von Magnetfeldern. Anwendungen:

• Anwendungen: Sicherung von Fenstern und Türen, z.B. für Einbruchssicherung oder Kindersicherung
• Material: Summer, Hall Sensor (auf Shield)

Ultraschall Abstandsmesser

Ein Ultraschall Abstandsmesser misst die Entfernung zu einem Objekt (z.B. Wand) in cm.

• Anwendungen: Erkennen von Hindernissen bei Robotern
• Material: Ultraschall Sensor z.B. https://developer.mbed.org/components/HC-SR04/ oder besser.

Temperator Messung

Anwendungen:

• Überwachen Temperatur und Luftfeuchtigkeit
• Ein- / Ausschalten der Heizung, Klimanlage etc.

Material: Temperator Sensor (auf Shield am I2C Bus, Addr 0x48)

#include "TMP175.h"

    TMP175 temp( D14, D15 );
  
    temp.vSetConfigurationTMP175(SHUTDOWN_MODE_OFF|COMPARATOR_MODE|POLARITY_0|FAULT_QUEUE_6|RESOLUTION_12,0x48); // Address -> A0,A1,A2=0
    temp.vSetTemperatureLowTMP175(25.0);
    temp.vSetTemperatureHighTMP175(35.0);

    printf( "Temperature: %f C\n", temp.fReadTemperatureTMP175() );

Mikrophone (Lärm) Sensor

Anwendungen:

• Klatschschalter z.B. zum Einschalten des Lichtes
• Überwachung Hund (Bellen)

Material: Lärm Sensor (auf Shield)

RFID Reader

RFID (engl. radio-frequency identification - „Identifizierung mit Hilfe elektromagnetischer Wellen“) bezeichnet eine Technologie für Sender-Empfänger-Systeme zum automatischen und berührungslosen Identifizieren und Lokalisieren von Objekten (Produkte - Lebewesen) mit Radiowellen.

Anwendungen:

• Fahrzeugidentifikation
• Banknoten
• Bezahlkarten
• Identifizierung von Personen
• Textilien und Bekleidung
• Tieridentifikation
• Waren- und Bestandsmanagemen
• Müllentsorgung
• Zutrittskontrolle und Zeitkontrolle

Material: RFID Buchse (auf Shield), MFRC522 RFID Reader (extern)

Aktoren

Servo

Der Servo (auch Rudermaschine) hat die Aufgabe, entsprechend dem Signal, dass er vom Empfänger erhält, die Ruder (oder andere Komponenten am Modell) zu stellen.

Anwendungen:

• Steuerung von Roboterarmen
• Modellflugzeuge
• Schalten von Weichen auf der Modelleisenbahn

Material: 2 Steckreihen für Servo (auf Shield), zwei Servos (extern) - siehe https://developer.mbed.org/components/cat/servomotor/

Elektromotor

Elektromotor bezeichnet einen elektromechanischen Wandler (elektrische Maschine), der elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt.

• Anwendungen: Antrieb von Bahnen, Elektrokarren, Gabelstabel, Funkgesteuerte Modellautos (RC-Car), Robotern etc.
• Material: H-Brücke (auf Shield), 1 - 2 Motoren (extern) - siehe z.B. https://developer.mbed.org/components/DC-Motor/, 9 - 12 Volt Netzteil

Schrittmotor

Ein Schrittmotor ist ein Synchronmotor, bei dem der Rotor (drehbares Motorteil mit Welle) durch ein gesteuertes, schrittweise rotierendes, elektromagnetisches Feld der Statorspulen (nicht drehbarer Motorteil) um einen minimalen Winkel (Schritt) oder sein Vielfaches gedreht werden kann.

Anwendungen

• Typische Anwendungsgebiete sind Drucker oder der Antrieb des Schreib-/Lesekopfes in einem CDROM Laufwerken. Aufgrund ihrer hohen Genauigkeit werden sie auch in computergesteuerten Werkzeugmaschinen zur Positionierung der Werkzeuge verwendet. Durch die ständig sinkenden Kosten für die Ansteuerelektronik werden sie auch zunehmend im Konsumgüterbereich verwendet. So sind in Kraftfahrzeugen der mittleren und gehobenen Kategorie heute bis über 50 Schrittmotoren im Einsatz, die Betätigung der vielen Klappen einer automatischen Heizungs- und Klimaanlage ist dafür ein Beispiel.

Material: Schrittmotortreiber (3 x auf Shield), Unipolarer Schrittmotor (extern), z.B. 28BYJ-48.

Türöffner

Türöffner gibt es auch als elektrisches Bauteil. Der Riegel wird durch einen elektromagnetischen Magnet geöffnet.

Anwendungen:

• Elektrische Türöffner
• Schliesssysstem, z.B. in Verbindung mit RFID Reader

Material: 1 x MOSFET (3 x auf Shield), Türöffner (extern), nach "Cabinet Door Electric Lock" suchen, 9 - 12 Volt Netzteil

LED Strip

LED Strips (RGB LED Streifen) eröffnen neue Möglichkeiten für die Dekorative Beleuchtungen von Gegenständen und Räumen.

Anwendungen

• Raumbeleuchtung
• Dekorative Ausleuchtung von Gegenständen

Neo Pixel

Video

Bei Neo Pixel kann jedes RGB LED einzeln angesprochen werden. Das geschieht, in der Regel, über den SPI Bus.