Entladung eines Kondensators

Entladung eines Kondensators

Experiment	Entladung eines Kondensators
Category	Arduino library experiments
Used sensors	Voltage

In diesem Experiment sollen die Schülerinnen und Schüler die Entladungskurve eines Kondensators messen. Dafür wird der analoge Eingang eines ESP32 (ein günstiger Mikrocontroller) verwendet. Der ESP wird mithilfe der Arduino-Bibliothek so programmiert, dass er die Daten an phyphox übertragen kann.

Aufbau

Zuerst muss der ESP32 programmiert und verbunden werden. Die Spannung wird zwischen PINXY und GND gemessen.

Aufbauanleitung

Anschließend kann direkt losgelegt werden. Die entsprechenden Schaltbilder sind in den Arbeitsblättern zu finden.

Programmierung

Der ESP32 wird über die Arduino IDE programmiert. Es müssen die Definitionen für den ESP32 und die phyphox-Bibliothek installiert sein. Siehe dazu das Video unter Category: Arduino library experiments.

Es ist darauf zu achten, dass jeder ESP32 eine eigene Kennung hat (diese wird in ::start(ESP Voltmeter XY) festgelegt). Anschließend kann über das Plus-Symbol in phyphox ein Bluetooth-Experiment hinzugefügt werden, das Experiment wird dann automatisch geladen.

#include <phyphoxBle.h>

int ADC_GPIO = 25;    // ESP32
//int ADC_GPIO = A0;  // Arduino Nano 33 BLE

void setup() {

  
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(115200);
  PhyphoxBLE::start("ESP32 Voltmeter");

  PhyphoxBleExperiment Voltmeter;

  Voltmeter.setTitle("Voltmeter");
  Voltmeter.setCategory("ESP32 Experiments");
  Voltmeter.setDescription("This experiment will plot the measured voltage over time.");

  //View
  PhyphoxBleExperiment::View firstView;
  firstView.setLabel("Data"); //Create a "view"

  //Graph
  PhyphoxBleExperiment::Graph firstGraph;      //Create graph which will plot random numbers over time
  firstGraph.setLabel("Voltmeter");
  firstGraph.setUnitX("s");
  firstGraph.setUnitY("V");
  firstGraph.setLabelX("time");
  firstGraph.setLabelY("Voltage");

  /* Assign Channels, so which data is plotted on x or y axis
     first parameter represents x-axis, second y-axis
     Channel 0 means a timestamp is created after the BLE package arrives in phyphox
     Channel 1 to N corresponding to the N-parameter which is written in server.write()
  */

  firstGraph.setChannel(0, 1);

  firstView.addElement(firstGraph);            //attach graph to view
  Voltmeter.addView(firstView);                //Attach view to experiment
  PhyphoxBLE::addExperiment(Voltmeter);        //Attach experiment to server
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  // measures the voltage as fast as possible, then calculates the mean over 100 values
  int meas = 0;
  for (int i = 0; i < 100; i++) {
    meas = meas + analogRead(ADC_GPIO);
  }

  meas = meas / 100;

  float meanvoltage = 3.3 * meas / 4095;

  //float voltage = 3.3 * analogRead(ADC_GPIO)/4095;
  //delay(1);
  
  PhyphoxBLE::write(meanvoltage);

  //Serial.print("Voltage = ");
  Serial.println(meanvoltage);

  delay(5); // approx 100Hz
}

/*
  Over serial with delay(10): approx 100Hz
  Without delay: much higher
*/

Auswertung

Die Unterrichtseinheit gliedert sich in drei Teile: Zuerst wird eine einfache Entladekurve aufgenommen und die Spannung am Kondensator gemessen, dann wird der Strom gemessen und zuletzt der Spannungsverlauf bei verschiedenen Widerständen gemessen.

Probleme und Lösungen

• test
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