Auf dieser Seite stelle ich einige Sensoren vor, die sich im Physikunterricht bewährt haben. Sie sind alle günstig auf Handelsplattformen wie eBay oder AliExpress erhältlich und lassen sich problemlos mir Mikrocontrollerplatinen wie dem Arduino oder dem ESP32 verbinden. Sie werden alle von Bibliotheken für die Arduino-Plattform unterstützt.

Hinweis: Einige dieser Sensoren benötigen eine Betriebsspannung von 3.3 V. An einigen neueren Arduino Nano-Clones lassen sie sich nicht einfach anschließen, da hier die benötigte Ausgangsspannung fehlt. Die entsprechenden Clones lassen sich an einer fehlenden Beschriftung auf dem IC mit 20 Pins erkennen.

Druck und Temperatur – BMP280

Der Sensor BMP280 von Bosch ermöglicht die Messung von Temperatur und Luftdruck in einem Bereich von 300 bis 1100 hPa bzw. -40…85°C. Die Messauflösung beträgt 0.01 hPa bzw. 0.01° C. Die absolute Genauigkeit ist erheblich geringer, jedoch lassen sich mit dem Sensor interessante Versuche durchführen:

• Durch die hohe Messauflösung lässt sich die Abhängigkeit des Luftdruckes von der Höhe zeigen.
• Wird er luftdicht in beispielsweise ein Marmeladenglas eingebaut, so lässt sich der Versuch von Amontons nachvollziehen und ein historischer Wert für den absoluten Nullpunkt finden. Es hat sich hierbei bewährt das Glas im Kühlschrank herunterzukühlen und sich dann an der Luft erwärmen zu lassen.

Neben dem BMP280 existiert auch der BME280, der zusätzlich noch Messwerte zur Luftfeuchtigkeit aufnehmen kann. Es gibt unterschiedliche Sensorplatinen, die mit diesem Sensor bestückt sind. Sie lassen sich über I²C ansteuern.

Spannung – ADS1115

Ist der Analog-Digital-Wandler im verwendeten Mikrocontroller nicht genau genug, es werden mehr Eingänge, ein integrierter Vorverstärker oder Möglichkeiten zur Messung einer Differenzspannung benötigt, so bietet sich der Texas Instruments ADS1115 an.

Er verfügt über 4 Eingänge und kann dort anliegende Spannungen einer Auflösung von 16 Bit digitalisieren. Er ist in der Lage 860 Messungen pro Sekunde durchzuführen.

Durch einen integrierten programmierbaren Vorverstärker lässt sich der Messbereich zwischen ±0.256 V und ±6.144 V einstellen.

Er ist auf direkt verwendbaren Patinen erhältlich und wird über den I²C-Bus angesteuert.

Beleuchtungsstärke – BH1750

Der Rohm BH1750 ist ein Lichtsensor zur Messung der Helligkeit von 0 bis 65535 Lux. mit einer Auflösung von 1 Lux. 

Er ist auf direkt verwendbaren Patinen erhältlich und wird über den I²C-Bus angesteuert.

Beschleunigung – MPU6050

Der Invensense MPU6050 ist ein IC, der einen 3-Achs-Beschleunigungssensor und ein Gyroskop. Mit ihm lässt sich in jeder Raumrichtung eine Beschleunigung in Messbereichen bis zu 16 g mit einer Abtastfrequenz von bis zu 8000 Hz bei einer Auflösung von 16 Bit messen. Er eignet sich gut um Beispielsweise Versuche zur Radialkraft oder zum freien Fall durchzuführen und ist auf direkt verwendbaren Patinen erhältlich. Er wird über den I²C-Bus angesteuert.

Schrittmotortreiber – A4988

Soll in einem Versuch eine Drehung um einen präzisen Winkel oder mit einer präzisen Geschwindigkeit gedreht werden, so ist es oft sinnvoll anstelle eines Gleichstrommotors einen Schrittmotor zu verwenden. Außer dem Schrittmotor wird hierzu ein Schrittmotortreiber wie Beispielsweise der Allegro A4988 und ein Netzteil benötigt. Er wird meist auf fertigen Modulen angeboten und ist in der Lage einen Strom von 1 A pro Phase zu liefern. Vor der Verwendung muss der passende Strom für den entsprechenden Schrittmotor eingestellt werden:

Anleitung

A4988-Module werden über 3 drei Pins mit dem Mikrocontroller verbunden, die den Motor ein- und ausschalten, die Richtung bestimmen und das Vollführen eines Schrittes auslösen.

Elektrokardiogramm – AD8232

Der Analog Devices AD8323 ist ein ein programmierbarer Verstärker-IC, der dadurch interessant wird, dass er auf eBay und bei diversen chinesischen Versendern auf fertigen Platinen zur Aufnahme eines Elektrokardiogrammes angeboten wird. Er liefert ein analoges Ausgangssignal, das noch über den Wandler im Mikrocontroller oder einen digitalen Analog-Digital-Konverter digitalisiert werden muss.

Funkmodule – NRF24L01

Sollen Daten kabellos übertragen werden, so sind Funkmodule mit dem IC Nordic Semiconductor NRF24L01(+) eine gute Wahl. Die Module arbeiten auf der (fast?) weltweit zulässigen Frequenz von 2,4 GHz. Die Übertragung geschieht laut Datenblatt mit einer Geschwindigkeit von 2MBit pro Sekunde. Dieser Wert ließ sich bei Versuchen bei Weitem nicht erreichen, jedoch genügt die Datenrate meist zur Übertragung von Messdaten.

Die Module werden über den SPI-Bus angesteuert und sind mit PCB-Antenne oder externer Antenne für höhere Reichweite erhältlich. In geschlossenen Räumen hat sich die PCB-Antenne als ausreichend erwiesen. 

Wichtig: Bei vielen der Funkmodule befinden sich noch Flussmittelreste auf den Lötstellen der Stiftleisten. Sollte es zu Funktionsstörungen kommen, so ist es ratsam die Rückstände mit Isopropanol zu entfernen.