AnalogInput – Spannung von einem Poti auslesen

Mit dem AnalogInput kann mit dem .Net Microcontroller eine analoge Spannung gemessen werden. Der Spannungswert wird dabei für das C#-Programm als Integer-Wert bereitgestellt. Außerdem kann der Wert für die weitere Benutzung aufbereitet werden. Beispielhaft werde ich dazu die Position eines Potentiometers auslesen und daran die Schaltung und den Code erklären.
 

Elektronische Schaltung

Wieder heißt es: Achtung! Die Spannung, die du anschließen möchtest, darf die zulässige Spannung für den analogen Port nicht überschreiten. Dieser Wert steht im Datenblatt vom Microcontroller. Üblicherweise sind Spannungen bis 3,3 Volt erlaubt. Ist die zu erwartende Spannung höher, musst du eine Elektronik vorschalten, die diese auf den erlaubten Wert bringt.

Ich werde als Beispiel ein Potentiometer anschließen. Potentiometer sind Bauteile mit einem variablen Widerstand, welcher durch drehen verändert wird. Potentiometer haben 3 Anschlüsse und arbeiten gut als Spannungsteiler: An den äußeren Anschlüssen wird die Eingangspannung und Masse angeschlossen und an dem mittleren geht die Ausgangsspannung raus, die sich je nach Drehposition ändert. Als Eingangsspannung habe ich die 3,3 V benutzt, die das Microcontroller-Board zur Verfügung stellt. So beträgt die Ausgangsspannung je nach Drehposition etwa 0 bis 3,3 Volt und übersteigt somit nie die maximal erlaubte Eingangsspannung am analogen Port.

Hinweis: Das Schaltzeichen für den Poti ist die amerikanische Version. In Europa ist es ein Rechteck wie beim Festwiderstand mit einem Pfeil wie hier auch.

Code

AnalogInput poti = 
    new AnalogInput(FEZCerbuinoBee.Pins.A0_AnalogChannel);

while(true)
{
    Debug.Print(
        "ReadRaw(): " + poti.ReadRaw() + 
        " - Read(): " + poti.Read());

    Thread.Sleep(100);
}

Nachdem das Port-Objekt instanziiert wurde, werden in der Endlosschleife die Ausgaben der ReadRaw()- und Read()-Methode ausgegeben. ReadRaw() gibt den digitalen Wert aus, der vom Analog-Digital-Wandler ankommt. Der analoge Port hat hier eine Auflösung von 12 Bit, also geht der Bereich von 0 bis 4095. Die Read()-Methode gibt einen aufbereiteten Wert aus, der die 0 bis 4095 standardmäßig als 0 bis 1 übersetzt. Für den Screenshot habe ich den Poti von Endanschlag zu Endanschlag gedreht:

Für die Auswertung einer Benutzereingabe am Poti ist der Wertebereich von 0 bis 1 schon perfekt.

Ansonsten kann der Wert noch durch den Scale-Faktor und dem Offset beeinflusst werden. Diese werden über die gleichnamigen Properties oder die richtige Konstruktor-Überladung gesetzt.

Angenommen es soll tatsächlich einfach die Spannung gemessen werden, dann ist bekannt, dass am Port 0 bis 3,3 Volt anliegen. Der Scale-Faktor ist also 3,3 und der Offset-Wert kann 0 bleiben.

Für die, die in Mathe aufgepasst haben: Da wird quasi eine lineare Funktion übergeben. Scale ist dabei die Steigung und Offset der y-Achsenabschnitt. Mit dem Schulwissen können so einfach die Werte gefunden werden.

Den Code habe ich entsprechend überarbeitet:

AnalogInput poti = 
    new AnalogInput(FEZCerbuinoBee.Pins.A0_AnalogChannel);
poti.Scale = 3.3;
poti.Offset = 0;

while (true)
{
    // Aufbereiteten Spannungswert auslesen.
    // "f" kürzt das Ergebnis auf zwei Nachkommastellen.
    var spannung = poti.Read().ToString("f");

    Debug.Print(
        "ReadRaw(): " + poti.ReadRaw() + 
        " - Read(): " + spannung + " Volt");

    Thread.Sleep(100);
}

Zusammenfassung

Mit dem analogen Port können Spannungen gemessen werden. Was für ein Gerät bzw. Schaltung angeschlossen ist, ist unerheblich. Die maximale Spannung vom Port (meistens 3,3 V) darf dabei nicht überschritten werden. Mittels Scale und Offset kann der Wert passend aufbereitet werden. Wer mit linearen Funktionen umgehen kann, hat bei der Ermittlung dieser Werte leichtes Spiel.

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