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Was ist PWM und wie kann es ausgelesen werden?
PWM steht für Pulsweitenmodulation. Es ist nichts anderes als eine Methode zur Steuerung elektronischer Schaltungen durch Manipulation des Steuersignals selbst, genauer gesagt seiner technischen Parameter. Dies ist auf die physikalischen Eigenschaften des PWM-Signals selbst zurückzuführen, das aus den bereits erwähnten Impulsen besteht. Ihre grundlegenden Parameter betreffen die Zeit, die sie im High-Zustand bleiben (logischer Wert 1) 1) und Schaltfrequenz des Signals PWM. Was bedeutet das genau?
Die Breite ist das Verhältnis der Zeit, in der während eines PWM-Impulses eine elektrische Ladung an den angeschlossenen Empfänger abgegeben wurde. Wenn eine Messung des PWM-Signals beispielsweise eine Frequenz von 300 Hz ergibt, beträgt die Zeit eines einzelnen vollen Impulses 1/300 einer Sekunde [3,(3) Millisekunden]. Auch die Zeit, in der pro PWM-Impuls Strom fließt, lässt sich berechnen – man muss nur das zuvor erhaltene Ergebnis mit der Füllung multiplizieren.
Wie wird nun das PWM-Signal gemessen? Am einfachsten ist es, es mit einem Labor-Oszilloskop zu messen. Dann erhält man auch eine direkte grafische Interpretation.
Der Strom fließt in Bursts durch einen gegebenen Schaltkreis, und die Breite jedes Impulses wird durch einen Füllfaktor bestimmt, der die Zeit angibt, die für die Stromzufuhr zum Empfänger benötigt wurde. Je breiter die einzelnen “Hügel” sind, desto länger dauert die Stromzufuhr.
Zeigt dagegen die Messung des PWM-Signals auf einem Labor-oszilloskop eine durchgehende Linie (unter der Annahme eines Wertes größer als 0), so bedeutet dies, dass ein kontinuierlicher Strom zur angeschlossenen Last fließt, so dass der Füllfaktor 100 % beträgt.
Wo wird PWM eingesetzt?
Das PWM-Signal wird u.a. in Schaltnetzteilen verwendet, die damit angeschlossene Geräte steuern können. Am häufigsten ist diese Art von Signal jedoch für die präzise Drehzahlregelung eines Elektromotors zuständig, obwohl es auch als Beleuchtungssteuerung fungieren kann. Durch die Verwendung eines PWM-Signals mit niedrigem Füllfaktor für die Steuerung erhalten wir einen Verlangsamungseffekt für den Motor oder einen Dimm-Effekt für Lichtquellen. Erhöht man den Wert, dreht sich der Motor schneller und die LED strahlt mehr Licht ab.
Der PWM-Impuls wird ebenso häufig in Lüftern verwendet. Auf diese Weise lässt sich der Durchsatz der umgewälzten Luft regulieren, während gleichzeitig die Geräuschentwicklung der einzelnen Ventilatorflügel minimiert wird.
PWM findet sich auch in Impulsverstärkern sowie in Steuerkreisen, deren Hauptaufgabe darin besteht, den Betrieb von Servomotoren zu steuern. Aus diesem Grund ist die genaue Messung des PWM-Signals bei Projekten mit Mikrocomputern der Arduino-Familie und des Raspberry Pi so wichtig.
Wie wird das PWM-Signal moduliert?
Sie wissen bereits, wo das PWM-Signal verwendet wird. Aber was bedeutet das alles in der Praxis? Es geht um alle Arten von stromverbrauchenden Geräten wie Elektromotoren, Glühbirnen, LEDs, aber auch Servomotoren und andere. Alle diese Geräte können mit dem Phänomen der Pulsweitenmodulation gesteuert werden.
Das PWM-Signal ist daher das Herzstück vieler Projekte, die auf Entwicklungsboards der Arduino-Familie basieren. Mit solchen Minicomputern ist es möglich, das PWM-Signal nicht nur zu messen, sondern auch praktisch nach Belieben zu erzeugen, indem man einfach die Funktionen “pwmCounter” und “pwmValue” verwendet, einen relativ einfachen Code schreiben , der dazu dient, externe Module und Geräte zu verwalten, die an den Arduino-Minicomputer angeschlossen sind. Mit einfachen Worten, ein bestimmter Ausgangspin der Karte wird in einem genau definierten, kleinen Zeitintervall zwischen dem Anlegen und dem Abschalten der Spannung abwechseln. In der Praxis bedeutet dies, dass der Durchschnittswert der Spannung an einem bestimmten Pin in Abhängigkeit von den Parametern des verwendeten PWM-Signals abnimmt.
Wie verwendet man das PWM-Signal in der Praxis? Mit seiner Hilfe lässt sich die Helligkeit der LED leicht einstellen zum Beispiel für die Beleuchtung der Umgebung im Rahmen einer an einen Mikrocomputer angeschlossenen Kamera. In diesem Fall ist jedoch darauf zu achten, dass die Frequenz des erzeugten PWM-Signals mit dem Blendenparameter der Kamera übereinstimmt – andernfalls kommt es zu charakteristischen Artefakten, die die Qualität des aufgenommenen Films verschlechtern.
