MSR mit Arduino

Messen-Steuern-Regeln (MSR)

Das „Messen“ gehört zu den elementaren Fertigkeiten von Mikrocontrollern. Eine der grundlegenste Messungen besteht in der Ermittlung von Zeitdifferenzen. Weitergehende Fähigkeiten zur Interpretation des Ausmaßes von Einflüssen sind keine zwingenden Bestandteile von Controllern. Die Fähigkeit mit messender Peripherie zu kommunizieren und auf diese Weise universell einsetzbar zu sein, ist ein üblicher Weg, sensorische Eigenschaften in der geforderten Präzision und Auflösung zu ergänzen. Standardisierte Schnittstellen und Protokolle ermöglichen den programm- und elektrotechnischen Zugang zur gewünschten Messgröße. Regelkreise sind stets auf die Wahrnehmung von Signalen angewiesen.

Sensoren sind Detektoren oder Fühler, werden auch als Messwertaufnehmer bezeichnet. Sie erfassen bestimmte physikalische, chemische oder biologische Eigenschaften/Signale/Qualitäten. Diese erfassung kann sowohl qualitativ wie quantitativ erfolgen. Es gibt kein Norm für die Erfassung beliebiger Signale, da sie die Erfassung nach der Art des Signals richten muss. Sensoren liefern ihrerseits meist elektrische Signale, die zur Abschätzung der Messgröße zu interpretieren sind. Breakout-Boards können Sensor, elektrische Anpassung, Schnittstelle mit einfacher Handhabbarkeit vereinigen. Auf diese Weise sind elektrotechnisch und sensortechnisch anspruchsvolle Sensoren von ph-Sensor, Ultraschall-, Partikel-, Dehnungs- oder Magnetfeldsensor für erste Gehversuche zugänglich. Zumeist bieten Hersteller von Breakout-Boards zusätzlich Beispielanwendungen und -programme an, damit die Leistungsfähigkeit der Boards einfach und schnell zu erfassen sind.

Das „Steuern“ beschreibt den zielgerichteten Einsatz von Aktoren zur direkten oder indirekten Beeinflussung einer Größe. „Zielgerichtet“ fasst Beginn, Dauer, Intensität und (wenn möglich) Wirkrichtung des Aktoreinsatzes zusammenfassen.  Aktoren können Pumpen, Schallquellen, Lichtquellen, Heizung/Kühlung und alle anderen Möglichkeiten zur zielgerichteten Beeinflussung von Größen sein.

„Steuern“ nimmt kein Bezug auf die Wirkung, die durch Aktoren ausgeübt wird, sondern folgt einer Vorgabe. K

Beispiel: Klassische Zeitschaltuhr mit Schaltnocken

Ein elektrischer Motor rotiert die Wahlscheibe mit den daran befindlichen Nocken. Die Nocken schalten beim Überfahren des durch den schwarzen Pfeil in der Position definierten Schalters die Spannung / den Strom der Steckdose. Eine Rückwirkung des geschalteten Strom auf die Steuerung findet nicht statt.

Das „Regeln“ enthält eine Rückwirkung. Ein regelndes System beinhaltet eine Rückkopplung. Es entsteht ein Regelkreis.

Einfacher Regelkreis n.svg
Von Loki 66[1] by HeinrichKü, CC BY-SA 3.0, Link

Eine sehr anschauliche Darstellung und Erläuterung bieten die Seiten der Chemgapedia in „Grundlagen Regelung„.

Während für Arbeit mit Mirocontrollern eine einfache LED, ein Transistor, ein lichtabhängier Widerstand und eine enorme Anzahl unterschiedlicher Bauteilen als Sensor taugen und verwendet werden (siehe „37-in1-Sensor Kit“ verschiedener Anbieter), wenn auch zuweilen ein analoger Eingang für den Controller implementiert sein muss, benötigen die Ausgänge eines Mikrocontrollers in der Regel „Verstärkung“ für das Steuern von Aktoren. Auf diverse Sicherheitsmaßnahmen in diesem Kontext wird an anderer Stelle intensiver Bezug genommen. Ein besonders wichtiges Bauteil im Zusammenhang mit der Steuerung / Verstärkung der Wirkung von Ausgangssignalen des Controllers ist der Transistor.