Sensoren für Arduino und andere MCUs – Ein vollständiger Überblick

Sensoren sind die Augen und Ohren eines Arduino-Systems, die die analoge und digitale Welt um uns herum in eine Sprache übersetzen, die Mikrocontroller verstehen können. Hier geben wir dir einen Überblick über die verschiedenen Sensoren, die du mit einem Arduino und ähnlichen Mikrocontrollern (MCUs) verwenden kannst.

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Sensoren

Temperatursensoren

Temperatursensoren helfen Arduino-Boards dabei, zu erkennen, wie warm oder kalt es ist. Einige beliebte sind die LM35, DS18B20 und DHT11. Sobald sie mit einem Arduino verbunden sind, liefern diese Sensoren Informationen, die in Wetterstationen oder Heizsystemen verwendet werden können. Kurz gesagt, sie lassen dein Arduino-Projekt die Temperatur „fühlen“ und darauf reagieren.

Sie gibt es in verschiedenen Formen und Größen. Der unten gezeigte LM35 sieht aus wie ein Transistor:

Der DS18B20 ist ein wasserdichter Temperatursensor mit Kabel:

Und der DHT11 kann neben der Temperatur auch die Luftfeuchtigkeit messen

Wichtige Hinweise

Der LM35 erzeugt eine analoge Spannungsausgabe proportional zur Temperatur. Achte darauf, dass die Ausgangsspannung nicht den Pegel überschreitet, den der analoge Eingang des Arduino verarbeiten kann. Siehe unser tutorial on how to connect the LM35 to an Arduino.

Der DS18B20 kann im „parasitischen Strommodus“ (Zwei-Draht) oder mit externer Stromversorgung (Drei-Draht) betrieben werden. Stelle sicher, dass er für den gewünschten Modus korrekt verdrahtet ist. Vergiss auch nicht den erforderlichen Pull-up-Widerstand (typisch 4,7 kOhm) an der Datenleitung. Siehe unser Tutorial zu how to connect the DS18B20.

Der DHT11 ist typischerweise ein 3,3V-Sensor, es gibt aber auch 5V-tolerante Versionen. Achte darauf, die Spannung nicht zu überschreiten. Wie der DS18B20 benötigt auch der DHT11 einen Pull-up-Widerstand (typisch 10 kOhm) an der Datenleitung. Außerdem ist der DHT11 nicht sehr genau und relativ langsam. Frage ihn nicht zu häufig ab, er braucht etwa 1-2 Sekunden zwischen den Messungen. Schau dir unser Tutorial zu how to use the DHT11 and DHT22 with an ESP32 an.

Generell sind analoge Temperatursensoren empfindlich gegenüber elektrischen Störungen. Verwende verdrillte Kabel, geschirmte Kabel oder füge einen kleinen Kondensator (z.B. 10nF) zwischen Ausgang und Masse nahe am Sensor hinzu. Für genaue Messungen solltest du den Sensor auch gegen eine bekannte Temperaturquelle kalibrieren.

Luftfeuchtigkeitssensoren

Luftfeuchtigkeitssensoren messen den Feuchtigkeitsgehalt in der Atmosphäre. Sie ermöglichen es einem Arduino, die Feuchtigkeit der Umgebung zu „fühlen“ und zu quantifizieren. Du kannst diese Sensoren verwenden, um Geräte wie Luftentfeuchter oder Ventilatoren bei Erreichen bestimmter Schwellenwerte zu aktivieren.

Wir haben bereits den DHT11 Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor erwähnt. Ein weiterer beliebter Feuchtigkeitssensor ist der DHT22 (oder AM2302). Er ist eine verbesserte Version des DHT11 mit größerem Messbereich und höherer Genauigkeit. Unten siehst du ein Bild des DHT22. Man kann sie leicht unterscheiden, da der DHT11 blau und der DHT22 typischerweise weiß ist.

Es gibt die hervorragende Adafruit DHT library zur Auslese dieser Sensoren. Schau dir auch unser tutorial on how to use DHT11 and DHT22 sensors with an Arduino an.

Wichtige Hinweise

Neben den gleichen Hinweisen wie bei Temperatursensoren solltest du darauf achten, dass Luftfeuchtigkeitssensoren nicht in der Nähe von Wasser oder stark kondensierenden Bereichen platziert werden. Längere Feuchtigkeitseinwirkung kann die Sensoren beschädigen.

Bodensensoren für Feuchtigkeit

Bodensensoren für Feuchtigkeit sind ähnlich wie Luftfeuchtigkeitssensoren, messen jedoch den Wassergehalt im Boden und können direkt mit Wasser in Kontakt kommen. Das ist besonders wertvoll für Garten- oder Landwirtschaftsprojekte, bei denen optimale Bodenfeuchtigkeit für die Pflanzengesundheit entscheidend ist. Indem sie die Feuchtigkeit oder Trockenheit des Bodens „fühlen“, können sie Aktionen wie das Einschalten von Bewässerungssystemen auslösen, wenn der Boden zu trocken wird. Siehe unser tutorial on how to build an automatic watering system.

Ein häufiger Sensor, der eine resistive Gabel verwendet, ist der YL-69 , der unten abgebildet ist. Obwohl er günstig ist, korrodiert er sehr schnell bei ständigem Betrieb.

Eine bessere Option ist in den meisten Fällen der EK1940 , der unten gezeigt wird. Es handelt sich um einen kapazitiven Bodensensor für Feuchtigkeit, der korrosionsbeständiger ist. Für mehr Details lies unser Tutorial zu how to use a capacitive soil moisture sensor with Arduino.

Wichtige Hinweise

Wie oben erwähnt, neigen Feuchtigkeitssensoren, die auf Widerstandsmessung basieren, dazu, sehr schnell zu korrodieren und unbrauchbar zu werden. Du kannst das etwas vermeiden, indem du den Sensor nur selten aktivierst, z.B. alle zwei Tage. Kapazitive Bodensensoren sind eine bessere Wahl, aber auch sie verschleißen über längere Zeiträume.

Außerdem sind diese Sensoren temperaturabhängig, daher kann es sinnvoll sein, einen Temperatursensor hinzuzufügen, um Schwankungen der Feuchtigkeitsmessung durch Umgebungstemperatur auszugleichen.

Regensensor

Regensensoren für Arduino sind im Grunde die gleichen wie resistive Feuchtigkeitssensoren, nur mit einem kleineren Abstand zwischen den Elektroden. Änderungen des Widerstands zwischen den Elektroden durch Wassertropfen lassen den Sensor Regen erkennen. Unten findest du ein Bild eines solchen Regensensors:

Wichtige Hinweise

Regensensoren, die auf Widerstandsmessung basieren, haben das gleiche Problem wie Feuchtigkeitssensoren: Sie korrodieren sehr schnell und funktionieren dann nicht mehr zuverlässig. Eine geeignetere Anwendung als Regenerkennung könnte die Erkennung von Überschwemmungen sein, z.B. um zu warnen, wenn die Waschmaschine leckt.

Wasserdurchflusssensoren

Wasserdurchflusssensoren, wie der YF-S201, messen die Geschwindigkeit, mit der Wasser durch ein Rohr fließt. Intern enthalten sie einen magnetischen Rotor und einen Hall-Sensor, der ein Pulssignal ausgibt. Die Pulsfrequenz steigt mit der Fließgeschwindigkeit des Wassers.

Du kannst einen solchen Sensor verwenden, um den Wasserverbrauch zu überwachen, Lecks zu erkennen oder den Durchfluss in Systemen wie Bewässerungsanlagen zu regeln.

Wichtige Hinweise

Achte darauf, den Sensor mit der richtigen Ausrichtung zu installieren. Es gibt einen Einlass und einen Auslass. Für genaue Messungen musst du den Sensorausgang kalibrieren, damit er mit der Fließgeschwindigkeit übereinstimmt. Beachte, dass der YF-S201 ein 5V-Signal ausgibt (wenn er mit 5V betrieben wird). Außerdem kann der Wasserfluss „stoßweise“ sein und es gibt elektromagnetische Störungen. Üblicherweise musst du eine Entprellung oder Glättung implementieren, um stabile Messwerte zu erhalten.

Gassensoren

Ein sehr verbreiteter Typ von Gassensoren für Arduino sind die Sensoren der MQ-Serie . Sie können verschiedene Gase messen: MQ-2 Rauchsensor, MQ-3 Alkoholsensor, MQ-4 Methansensor, MQ-5 LPG Erdgas-Sensor, MQ-6 Isobutan-Propansensor, MQ-7 Kohlenmonoxidsensor, MQ-8 Wasserstoffsensor, MQ-9 Kohlenmonoxidsensor, MQ-135 Luftqualitätssensor. Es gibt ein schönes Kit bei Amazon, das alle enthält:

Wenn gefährliche Gaskonzentrationen erkannt werden, können sie Alarme auslösen oder Lüftungssysteme aktivieren. Wir haben mehrere tutorials on how to use these gas sensors with an Arduino.

Wichtige Hinweise

Wenn du schädliche Gase detektieren möchtest, stelle sicher, dass du in einem gut belüfteten Bereich arbeitest oder Schutzmaßnahmen triffst.

MQ-Sensoren haben meist eine eingebaute Heizung. Du musst eine Weile warten (> 5 Minuten), bevor stabile Messwerte vorliegen. Wie bei den meisten Sensoren musst du auch hier kalibrieren, um genaue Messungen zu erhalten.

Schließlich arbeiten MQ-Sensoren mit 5V. Einige Arduino-Boards, wie der Arduino Due, arbeiten jedoch mit 3,3V. Achte also auf die richtigen Logikpegel.

Barometrische Drucksensoren

Barometrische Drucksensoren messen den Druck, der durch das Gewicht der Atmosphäre ausgeübt wird. Der barometrische Druck korreliert mit der Höhe und den Wetterbedingungen. Der BMP180 und der BMP280 sind weit verbreitete Sensoren für diesen Zweck. Unten ein Bild des BMP280:

Der BMP280 ist eine verbesserte Version des BMP180, aber etwas teurer. Es gibt ein schönes comparison of these two and other pressure/temperature sensors. Und hier ist unser Tutorial zu how to use the BMP280 with an Arduino.

Wichtige Hinweise

Der BME280 ist als 3,3V- oder 5V-Version erhältlich. Wähle die Version, die zu den Logikpegeln deines Boards passt. Der BME280 kommuniziert über I2C, und du kannst die Adafruit BMP280 library dafür verwenden. Außerdem misst der BME280 nicht nur den Druck, sondern auch Temperatur und Luftfeuchtigkeit, was ihn zu einem sehr guten Sensor für Wetterstationen macht.

Lichtsensoren

Geräte wie der LDR (Light Dependent Resistor) oder der BH1750 ermöglichen es Arduino-Setups, die Intensität des Umgebungslichts zu messen. Sie funktionieren, indem sie den Widerstand verändern oder eine Ausgangsspannung als Reaktion auf Lichteinfall erzeugen. Solche Sensoren sind grundlegend für Anwendungen wie automatische Beleuchtung, bei denen die Lichtintensität darüber entscheidet, ob das Licht ein- oder ausgeschaltet wird.

Unten findest du ein Bild eines typischen LDR-Sensormoduls für Arduino.

Es hat ein Potentiometer und einen Differenzkomparator (LM393), um einen digitalen Ausgang zu erzeugen, wenn die Lichtintensität einen eingestellten Schwellenwert überschreitet. Siehe unser Tutorial zu how to use such a sensor module with an Arduino.

Wichtige Hinweise

Beachte, dass einige LDR-Module einen analogen und einen digitalen Ausgang haben oder nur einen von beiden. Je nach Anwendung möchtest du entweder ein analoges Signal (z.B. zum Dimmen von Lichtern) oder ein digitales Signal (zum Schalten von Lichtern). Achte auch auf den richtigen Logikpegel (5V oder 3,3V).

LDRs reagieren unterschiedlich auf verschiedene Lichtwellenlängen und sind meist nicht perfekt linear. Ihr Widerstand hängt auch vom Winkel der Lichtquelle und in geringem Maße von der Umgebungstemperatur ab.

Infrarotsensoren

Im Kern eines Infrarotsensors (IR) befindet sich eine Fotodiode oder ein Fototransistor, der empfindlich auf Infrarotlicht im Wellenlängenbereich von etwa 700 nm bis 1 mm reagiert. Das Grundprinzip dieser Sensoren ist, dass sie das von einem Objekt reflektierte Licht erkennen und messen. Du kannst sie für verschiedene Anwendungen wie Näherungserkennung, Objekterkennung oder Linienfolgeroboter verwenden.

Unten ein Bild eines typischen Infrarot-Hindernisvermeidungssensormoduls:

Wichtige Hinweise

Beachte, dass IR-Sensoren anfällig für Störungen durch andere (IR-)Lichtquellen sind, was zu Fehlmessungen führen kann. In engen Räumen können auch Reflexionen Probleme verursachen.

Die Erkennungsreichweite verschiedener Sensoren variiert. Der oben genannte IR-Sensor hat eine einstellbare Reichweite zwischen 2 und 30 cm. Die Schaltentfernung hängt jedoch von der Reflexionsfähigkeit des Objekts und möglicherweise auch von der Umgebungstemperatur ab.

IR-Sensormodule liefern digitale und/oder analoge Ausgänge. Für Objekterkennung möchtest du einen digitalen Ausgang, für Distanzmessung einen analogen Ausgang.

IR-Empfänger

IR-Empfänger sind im Grunde IR-Sensoren mit zusätzlicher Elektronik, die es ihnen ermöglicht, modulierte Signale von einem IR-Sender (typischerweise bei 38 kHz) zu dekodieren. Man kann sie oft im Paar kaufen; den Empfänger und das Sendermodul:

Wir haben ein Tutorial zu how to use an IR receiver and remote with an Arduino.

Wichtige Hinweise

IR-Empfänger haben die gleichen potenziellen Probleme wie IR-Sensoren. Außerdem solltest du, wenn du mit einem bestehenden Sender kommunizieren willst, sicherstellen, dass die Modulationsfrequenzen von Sender und Empfänger übereinstimmen. Die Kommunikationsprotokolle der verschiedenen Empfänger können recht komplex sein. Glücklicherweise gibt es die IRremote -Bibliothek, die viele Protokolle abdeckt und auf den meisten Boards läuft.

Flammensensoren

Flammensensoren sind ähnlich wie Licht- und IR-Sensoren, jedoch speziell dafür ausgelegt, Licht im sichtbaren und infraroten Bereich zu erkennen, das von Flammen erzeugt wird. Du kannst sie verwenden, um Brände zu erkennen und Feueralarmsysteme zu aktivieren.

Sie kommen meist als Module mit integriertem Differenzkomparator und Potentiometer, mit dem du die Auslöseschwelle einstellen kannst:

Wichtige Hinweise

Beachte, dass die Reichweite dieser Sensoren recht begrenzt ist und du eine kleine Flamme in der Regel nicht zuverlässig erkennen kannst, wenn sie mehr als 1 m entfernt ist. Außerdem können Sonnenlicht oder bestimmte künstliche Lichtquellen Fehlalarme auslösen. Platziere den Sensor an einem Ort, der vor anderen Lichtquellen geschützt ist.

Farbsensoren

Farbsensoren erkennen und unterscheiden verschiedene Farben. Bei RGB-Farbsensoren sind die Ausgänge drei analoge Signale, die der Intensität von Rot, Grün und Blau entsprechen. Ein gängiger RGB-Farbsensor ist der unten abgebildete TCS-34725:

Schau dir unser Tutorial zu how to use TCS34725 RGB color sensor with an ESP32 an.

Wichtige Hinweise

RGB-Sensoren können von den Umgebungslichtbedingungen beeinflusst werden. Auch die internen Filter für Rot, Grün und Blau sind oft nicht perfekt getrennt, was zu Überschneidungen führt. Für genaue Farbmessungen in einer bestimmten Umgebung musst du den Sensor kalibrieren. Außerdem können Temperaturschwankungen den Sensor beeinflussen.

Magnetfeldsensoren

Magnetfeldsensoren oder Magnetometer werden in Kompassanwendungen, Navigationssystemen oder Projekten verwendet, die das Vorhandensein magnetischer Materialien erkennen. Das Bild unten zeigt ein Magnetometer-Modul basierend auf dem HMC5883L Chip, der magnetische Felder entlang dreier Achsen misst:

Wichtige Hinweise

Nahegelegene Elektronik oder magnetische Quellen können die Messwerte stören. Platziere den Sensor fern von Lautsprechern, Motoren, Metallobjekten und anderen magnetischen Störquellen. Außerdem musst du den Sensor kalibrieren, um genaue Messungen zu erhalten.

Hall-Effekt-Sensoren

Hall-Effekt-Sensoren können wie Magnetometer magnetische Felder erkennen, werden aber häufiger für andere Anwendungen wie Geschwindigkeits- und Positionsmessung eingesetzt. Wenn du z.B. einen kleinen Magneten an einem rotierenden Objekt anbringst, kannst du mit einem Hall-Effekt-Sensor die Umdrehungen pro Minute zählen. Siehe unser Tutorial zu how to use a hall effect sensor to build a tachometer.

Unten findest du ein Bild des A3144-Sensormoduls, das in diesem Tutorial verwendet wird:

Wichtige Hinweise

Der A3144 reagiert auf magnetische Felder mit Südpol-Polarität. Achte darauf, den richtigen Pol zu verwenden, um den Sensor zu aktivieren. Der Magnet muss außerdem stark genug sein.

Beachte die empfohlene Betriebsspannung für den A3144. Für den Betrieb ist meist ein externer Pull-up-Widerstand erforderlich.

Hall-Effekt-Sensoren sind anfällig für elektromagnetische Störungen. Sorge für eine gute Platzierung oder Abschirmung. Ein Bypass-Kondensator nahe den Versorgungspins des Sensors kann helfen, Störungen zu filtern.

Stromsensoren

Der Hall-Effekt kann auch zur Messung des elektrischen Stromflusses in einem Stromkreis verwendet werden. Das hat den Vorteil, dass eine elektrische Trennung zwischen dem gemessenen Stromkreis und dem Sensor besteht. Typische Anwendungen sind der Schutz elektronischer Geräte vor Überstrom und die Überwachung des Energieverbrauchs.

Der unten gezeigte ACS712 ist ein Hall-Effekt-basierter Stromsensor. Siehe unser Tutorial zu how to use the ACS712 current sensor with an Arduino.

Wichtige Hinweise

Der ACS712 ist in verschiedenen Varianten erhältlich, je nach maximal messbarem Strom (z.B. 5A, 20A, 30A). Verwende immer die passende Variante für deine Anwendung.

Externe elektromagnetische Störungen können die Messwerte beeinflussen, daher kann zusätzliche Abschirmung nötig sein. Auch die Umgebungstemperatur kann die Messung beeinflussen.

Spannungssensoren

Einfache Gleichspannungssensoren sind als Spannungsteiler realisiert, die höhere Spannungen auf ein für den Arduino sicheres Niveau herunterteilen. Sie sind nützlich in Batteriemanagement-Anwendungen, um den Batteriezustand und Ladezustand zu überwachen. Unten ein Bild eines solchen Sensors für kleine Gleichspannungen:

Wichtige Hinweise

Stelle sicher, dass der Spannungssensor für die zu messenden Spannungen ausgelegt ist! Für hohe Spannungen solltest du Sensoren mit galvanischer oder optischer Trennung wählen, um den Arduino zu schützen.

Spannungssensoren können durch elektromagnetische Störungen von nahegelegenen Geräten oder Leitungen beeinflusst werden. Möglicherweise ist zusätzliche Abschirmung und eine gute Erdung erforderlich.

Neigungssensoren

Neigungssensoren, oft mit einem einfachen Kugelschalter oder Quecksilber, bestimmen die Ausrichtung oder Neigung eines Objekts. Wenn sie an einen Arduino angeschlossen sind, können sie das System benachrichtigen, wenn etwas geneigt oder ein bestimmter Winkel überschritten wurde. Sie werden häufig in Alarmanlagen, Spielzeugen und als einfache Orientierungssensoren verwendet.

Das Bild unten zeigt ein Neigungssensormodul mit zusätzlichem Komparatorchip für ein sauberes Ausgangssignal:

Schau dir unser Tutorial zu how to interface a tilt switch sensor with an Arduino an.

Wichtige Hinweise

Neigungssensoren ohne zusätzliche Elektronik neigen dazu, ein verrauschtes Ausgangssignal zu erzeugen und benötigen Entprellung oder Glättung. Einige Neigungssensoren benötigen auch Pull-up-Widerstände.

Einfache Neigungssensoren liefern ein digitales Signal (geneigt oder nicht), während fortgeschrittene Sensoren ein analoges Signal proportional zum Neigungswinkel ausgeben. Beachte auch, dass manche Sensoren nur in einer Ebene neigen erkennen, andere in mehreren Ebenen.

Vibrationssensoren

Einfache Vibrationssensoren sind ähnlich wie Neigungssensoren. Sie enthalten eine kleine Feder, die bei Erschütterung einen Kontakt berührt. Sie werden jedoch nicht durch Neigung, sondern nur durch Vibration aktiviert. Typische Anwendungen sind Sprungerkennung bei Robotern oder Fensterscheibenbrucherkennung in Alarmanlagen.

Typische Vibrationssensormodule wie das unten gezeigte haben zusätzliche Elektronik, die einen digitalen Ausgang auf HIGH schaltet, wenn Vibrationen erkannt werden.

Wichtige Hinweise

Einfache Vibrationssensoren ohne Erkennungselektronik erzeugen ein sehr verrauschtes Ausgangssignal und benötigen komplexeren Code zur Glättung und Erkennung. Im Gegensatz zu Neigungssensoren sind Vibrationssensoren meist richtungsunabhängig.

Beschleunigungssensoren und Gyroskope

Beschleunigungssensoren und Gyroskope sind im Grunde fortgeschrittene Versionen von Vibrations- und Neigungssensoren. Statt digitaler Signale liefern sie analoge Signale proportional zu Beschleunigung, Neigung oder Winkelgeschwindigkeit. Sie werden häufig in Anwendungen wie Gamecontrollern, Drohnen zur Stabilisierung oder Fitness-Trackern verwendet.

Das Bild unten zeigt ein typisches Beschleunigungs- und Gyroskopmodul für Arduino, basierend auf dem MPU-6050 Chip. Siehe unser Tutorial zu how to use a MPU-6050 für mehr Details.

Wichtige Hinweise

Beschleunigungssensoren und Gyroskope müssen oft kalibriert werden, um genaue Messwerte zu erhalten. Der MPU6050 kann z.B. gyroskopischen Drift aufweisen, der kompensiert werden muss.

GPS-Module

GPS-Module wie der NEO-6M ermöglichen es Arduino-Systemen, Standortdaten von Satelliten zu empfangen. Sie liefern Informationen wie Breiten- und Längengrad, Höhe und sogar Zeit. In Kombination mit Arduino ermöglichen sie standortbasierte Funktionen, die für Tracking-Geräte, Drohnen, Fahrzeugnavigation und verschiedene ortsabhängige Projekte wichtig sind.

Für mehr Details siehe unser Tutorial zu how to use the NEO-6M for GPS navigation.

Wichtige Hinweise

Die Genauigkeit des NEO-6M GPS-Moduls hängt von der Anzahl der Satelliten ab, die es verfolgt, und es kann eine Weile dauern, bis das Modul eine Satellitenverbindung herstellt. Wenn das GPS-Modul lange nicht eingeschaltet war, dauert es wegen eines „Cold Starts“ oft länger, eine Verbindung herzustellen. Ein „Hot Start“ (bei kurzem Ausschalten) ist schneller.

Außerdem funktionieren GPS-Module typischerweise nicht gut in Innenräumen wegen der schwachen Satellitensignale. Es ist am besten, sie draußen mit freiem Blick zum Himmel zu testen und zu verwenden.

Ultraschallsensoren

Ultraschallsensoren verwenden Schallwellen zur Distanzmessung. Sie werden oft in Hindernisvermeidungssystemen bei Robotern oder in Parksensoren für Fahrzeuge eingesetzt. Ein sehr beliebter Ultraschallsensor ist der unten gezeigte HC-SR04:

Schau dir unser Tutorial zu how to use the HC-SR04 ultrasonic sensor for distance measurements an.

Wichtige Hinweise

Der HC-SR04 hat eine typische Reichweite von 2 cm bis 400 cm. Messungen außerhalb dieses Bereichs sind unzuverlässig. Außerdem beeinflussen Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftströmung die Messung. Auch die Form des Ziels spielt eine Rolle. Ideal ist eine harte, flache Oberfläche, die senkrecht zum Sensor steht. Weiche, schräge oder gekrümmte Oberflächen können den Schall absorbieren oder wegreflektieren. Für zuverlässigere Distanzmessungen sind Laserdistanzsensoren besser geeignet.

Laserdistanzsensoren

Ähnlich wie Ultraschallsensoren werden Laserdistanzsensoren zur Distanzmessung verwendet. Statt Schall nutzen sie Licht. Im Vergleich zu Ultraschallsensoren sind sie viel genauer und schneller.

Der VL53L0X, der VL53L1X oder der TOF10120 sind winzige IR-Laser-Entfernungssensoren, die das Time-of-Flight-(ToF)-Prinzip für Distanzmessungen verwenden. Sie messen die Zeit, die ein ausgesendeter Laserimpuls benötigt, um vom Ziel reflektiert zu werden, und berechnen daraus eine sehr genaue Entfernung in Millimetern.

Wichtige Hinweise

Obwohl Laserdistanzsensoren viel genauer und robuster als Ultraschallsensoren sind, werden sie dennoch von Umgebungsbedingungen wie hellem Sonnenlicht, Staub oder IR-emittierenden Geräten beeinflusst. Außerdem wird die Reichweite des Sensors durch die Reflexionsfähigkeit des Zielobjekts beeinflusst. Dunklere Materialien absorbieren mehr Licht, was die effektive Reichweite verringert.

PIR-Bewegungssensoren

Bewegungssensoren wie Infrarotsensoren erkennen Infrarotstrahlung. PIR-Sensoren sind speziell dafür ausgelegt, Änderungen der Infrarotstrahlung zu erkennen, die durch die Bewegung von Menschen oder Tieren verursacht werden. In Verbindung mit Arduino können sie Aktionen auslösen, z.B. das Einschalten von Lichtern, wenn jemand einen Raum betritt, oder die Aktivierung von Sicherheitssystemen bei unerwarteter Bewegung.

Das Bild unten zeigt ein sehr verbreitetes Bewegungsmelder-Modul, basierend auf dem HC-SR501 Chip. Siehe unser Tutorial für mehr Details zu how to use this module with an Arduino.

Wichtige Hinweise

PIR-Sensoren benötigen meist eine Aufwärmzeit (oft etwa 30 Sekunden bis 1 Minute) nach dem Einschalten.

Während des Betriebs können schnelle Änderungen der Umgebungstemperatur oder helles Sonnenlicht Fehlalarme auslösen. Ebenso können Geräte, die Wärme oder Infrarotstrahlung abgeben, den Sensor stören. Der Sensor funktioniert nicht, wenn er hinter Materialien platziert wird, die Infrarotstrahlung absorbieren, z.B. dickes Glas.

Radarsensoren

Im Gegensatz zu PIR-Bewegungssensoren können Radarsensoren hinter undurchsichtigen Materialien platziert werden und trotzdem zuverlässig Bewegung erkennen. Sie verwenden Radiowellen, um die Anwesenheit (bewegter) Objekte zu erfassen.

Ein gängiges, mit Arduino kompatibles Radarmodul ist das RCWL-0516, ein Mikrowellen-Näherungssensor, der wegen seines niedrigen Preises und der relativ großen Erfassungsreichweite beliebt ist.

Wichtige Hinweise

Radarsensoren wie der RCWL-0516 können Bewegung durch Wände erkennen und haben einen Erfassungsradius von 360 Grad. Sie werden jedoch durch metallische Abschirmungen blockiert. Aufgrund der großen Reichweite (mehrere Meter) und des weiten Erfassungswinkels solltest du nicht mehrere Sensoren dicht nebeneinander platzieren, da sie sich gegenseitig stören.

Kraftsensoren

Kraftsensoren wie der FSR402 sind druckempfindliche Widerstände (FSR), deren Widerstand sich mit dem ausgeübten Druck ändert. Diese Sensoren sind dünn, leicht und einfach zu integrieren, was sie ideal für interaktive Projekte macht – von einfachen druckausgelösten Schnittstellen bis hin zu komplexeren Anwendungen wie berührungsempfindlichen Pads oder Gewichtserkennungssystemen.

Siehe unser Tutorial zu how to use the FSR402 force sensor.

Wichtige Hinweise

Übe keine Kraft aus, die über die maximale Belastbarkeit des Sensors hinausgeht (10 kg für den FSR402), da dies den Sensor dauerhaft beschädigen oder seine Kalibrierung verändern kann. Mit der Zeit kann die Ausgabe des Sensors aufgrund von Materialveränderungen oder anderen Faktoren driften. Außerdem sind Kraftsensoren nicht über den gesamten Bereich linear.

Gewichtssensoren

Gewichtssensoren, auch als Wägezellen bekannt, sind Kraftsensoren, die speziell für die Gewichtsmessung entwickelt wurden. Typische Anwendungen sind Waagen, automatische Verkaufsautomaten oder andere Anwendungen, die das Gewicht von Objekten erfassen oder messen müssen.

Das Bild unten zeigt eine typische Wägezelle. Man kann sie meist im Set zu 4 Stück mit einem Verstärkermodul kaufen.

Wichtige Hinweise

Wie bei Kraftsensoren solltest du die Zelle nicht überlasten. Wiederholtes Belasten und Entlasten kann zu Ermüdung, Drift und verminderter Genauigkeit führen. Für genaue Messungen musst du die Sensoren mit einem bekannten Gewicht kalibrieren und beim Messen glätten.

Biegesensoren

Biegesensoren sind eine weitere Art von Kraftsensoren, deren Widerstand sich ändert, wenn sie gebogen werden. In Kombination mit Arduino können sie den Biegewinkel überwachen, was in Wearables, Robotik zur Gelenkwinkelmessung oder Gaming-Handschuhen zur Erkennung von Handbewegungen nützlich ist.

Unten siehst du ein Bild eines Biege- oder Flex-Sensors:

Wichtige Hinweise

Biegesensoren haben einen maximalen Biegeradius. Überschreite diesen nicht, sonst beschädigst du den Sensor!

Typischerweise benötigst du eine Spannungsteiler-Schaltung mit Biegesensoren, um die Widerstandsänderungen in Spannungsschwankungen umzuwandeln, die ein Arduino lesen kann.

Schallsensoren

Schallsensoren sind dafür ausgelegt, Schallwellen in ihrer Umgebung zu erkennen. In Verbindung mit Arduino können sie die Lautstärke messen und auf Klatschen, Rufe oder bestimmte Geräuschmuster reagieren. Solche Sensoren findet man oft in sprachaktivierten Geräten oder Lärmmesssystemen.

Es gibt viele Schallerkennungsmodule, die sich leicht an Arduino anschließen lassen. Als Beispiel siehe das unten gezeigte Modul.

Wichtige Hinweise

Schallerkennungsmodule liefern entweder ein digitales Signal, wenn der Schall einen Schwellenwert überschreitet, oder ein analoges Signal proportional zur Lautstärke. Einfache Module wie das oben gezeigte unterscheiden nicht zwischen Frequenzen und können keine spezifischen Wörter erkennen.

Herzfrequenzsensoren

Geräte wie der Pulssensor oder der MAX30102 sind dafür ausgelegt, den Herzschlag zu überwachen. In Verbindung mit Arduino können sie die Herzfrequenz lesen und analysieren und so Einblicke in die Gesundheit oder Fitness einer Person geben. Sie werden häufig in tragbaren Gesundheitsmonitoren, Fitness-Trackern oder DIY-Gesundheitsdiagnoseprojekten verwendet.

Für eine Beispielanwendung lies unser Tutorial zu how to use the MAX30100/MAX30102 with an Arduino.

Wichtige Hinweise

Der MAX30102 verwendet sowohl rote als auch infrarote LEDs zur Messung der Sauerstoffsättigung. Umgebungslicht, besonders direktes Sonnenlicht, kann diese Messungen stören. Sorge dafür, dass der Sensor vor externem Licht geschützt ist.

Zusammenfassung

Hier haben wir dir einen Überblick über die verschiedenen Sensortypen gegeben, die häufig mit Arduino und ähnlichen Mikrocontrollern verwendet werden. Für mehr Details zur Verbindung dieser Geräte schau dir unser Articles on inputs and sensors und die Links im Beitrag an. Wir haben auch ein overview article on all the different types of sensors you can connect to an Arduino.

Wenn du eine große Vielfalt dieser Sensoren ausprobieren möchtest, hier ist ein Kit mit einer riesigen Auswahl:

Verwandte Links

• The Geek Pub : List of Arduino sensors and modules
• Tutorial45 : Top Arduino Sensors