Taster PCB Mini, 6x6x5 mm, 2 Pins, Schließer, 12V 50mA

Dieses Tutorial verwendet das Board Arduino Uno R3, denn ein Taster mit 2 Pins kann nicht allein funktionieren. Er schließt oder öffnet einen Kontakt, und ein Mikrocontroller muss den Zustand dieses Kontakts lesen. Der Mini-Taster PCB 6x6x5 mm ist ein normal offener SPST-Schalter mit zwei Pins zur Montage durch Löcher oder auf dem Breadboard. Sie setzen ihn in Projekten für Start, Reset, Auswahl eines Modus, Bestätigung einer Einstellung oder manuelle Auslösung einer Funktion ein.

So funktioniert es:

Im Ruhezustand sind die beiden Pins des Tasters nicht miteinander verbunden. Wenn Sie die Kappe drücken, verbindet ein innerer Metallkontakt sie elektrisch, und solange Sie gedrückt halten, kann Strom von einem Pin zum anderen fließen. Beim Loslassen bringt eine Feder den Kontakt zurück in die offene Position. Die Pins haben keine Polarität, daher kann jeder Pin an eine der beiden Verbindungen angeschlossen werden.

Ein offener, unbeschalteter Kontakt liefert keinen sicheren logischen Wert, und der Arduino-Pin würde Rauschen lesen. Deshalb verwenden wir den internen Pull-up-Widerstand des Mikrocontrollers ATmega328P, aktiviert mit pinMode(2, INPUT_PULLUP). Dieser Widerstand mit etwa 20 - 50 kOhm zieht den Pin D2 in Richtung 5 V. Bei losgelassenem Taster liest der Pin HIGH. Beim Drücken verbindet der Taster D2 mit GND, und der Pin liest LOW. Die Logik ist also invertiert: Gedrückt bedeutet LOW.

Der Strom durch den Taster ist sehr gering. Bei 5 V und einem internen Widerstand von 20 kOhm fließt höchstens 5 V / 20 kOhm = 0.25 mA, weit unter der Grenze von 50 mA bei 12 V DC für Taster dieses Typs.

Die Metallkontakte schließen sich nicht sauber, sondern vibrieren einige Millisekunden (Prellen). Ohne Schutz kann ein einziger Tastendruck als mehrere Tastendrücke gelesen werden. Das Programm im Tutorial ignoriert Änderungen, die kürzer als 30 ms dauern, ein ausreichendes Intervall für kleine Taster.

Anschluss:

Versorgen Sie den Arduino Uno R3 über das USB-A-B-Kabel vom Computer mit 5 V. Sie benötigen keinen externen Widerstand, keinen Pegelwandler und keine andere Stromquelle. Schließen Sie den Taster nicht an 5 V oder 3.3 V an, sondern nur an Pin D2 und GND. Wenn Sie ein Breadboard verwenden, platzieren Sie den Taster so, dass sich die beiden Pins in unterschiedlichen Reihen befinden.

Die Nummern 1 und 2 sind nur Bezeichnungen im Schema, am Taster selbst sind die Pins nicht markiert und können in beliebiger Reihenfolge verwendet werden.

Taster, Einstellungen und Anzeigen:

Der Taster hat keine Potentiometer, Jumper oder Schalter zum Einstellen. Die Ausgangsposition ist der losgelassene Taster, mit erloschener LED L und Pin D2 auf HIGH.

Zur Überprüfung drücken Sie den Taster. Die LED L auf der Platine muss sofort aufleuchten, und der serielle Monitor muss eine Meldung über das Drücken anzeigen. Beim Loslassen erlischt die LED, und es erscheint eine Meldung über das Loslassen.

Kurzes und langes Drücken haben in diesem Programm keine unterschiedliche Bedeutung, der Taster meldet nur den Zustand in Echtzeit.

Board und Bibliotheken:

Wählen Sie in der Arduino IDE unter Tools > Board das Board Arduino Uno aus dem Paket Arduino AVR Boards. Dieses Paket ist bereits mit der Arduino IDE installiert, und falls es fehlt, installieren Sie es über den Boards Manager. Unter Tools > Port wählen Sie den COM-Port des Boards.

Das Programm verwendet nur die Grundfunktionen von Arduino, daher muss keine Bibliothek installiert werden.

Der Code:

Das Programm überwacht den Taster am Pin D2, filtert das Prellen der Kontakte, leuchtet die LED L, solange der Taster gedrückt ist, und zählt die Tastendrücke.

/*
  Board: Arduino Uno (Tools > Board > Arduino AVR Boards > Arduino Uno)
  Libraries: none needed, only the core Arduino functions are used
  Wiring:
    Button pin 1 -> GND (the GND pin next to AREF)
    Button pin 2 -> D2
  The internal pull-up resistor is used, so no external resistor is needed.
*/
const uint8_t BUTTON_PIN = 2;               // Digital pin connected to the button
const uint8_t LED_PIN = 13;                 // Built-in LED "L" on the Arduino Uno
const unsigned long DEBOUNCE_MS = 30;       // Time a new state must stay stable
int lastReading = HIGH;                     // Last raw reading of the button pin
int stableState = HIGH;                     // Last confirmed (debounced) state
unsigned long lastChangeTime = 0;           // Moment of the last raw change
unsigned long pressCount = 0;               // Number of confirmed presses
void setup() {
  Serial.begin(9600);                       // Start the serial monitor at 9600 baud
  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);        // Enable the internal pull-up: released = HIGH, pressed = LOW
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);                 // LED pin as output
  digitalWrite(LED_PIN, LOW);               // Start with the LED off
  Serial.println("Button test started");
  Serial.println("Button on pin D2, internal pull-up enabled");
  Serial.println("Button released (idle)");
}
void loop() {
  int reading = digitalRead(BUTTON_PIN);    // Read the raw state of the button
  // If the raw reading changed, restart the debounce timer
  if (reading != lastReading) {
    lastChangeTime = millis();
    lastReading = reading;
  }
  // Accept the new state only if it stayed unchanged longer than DEBOUNCE_MS
  if ((millis() - lastChangeTime) > DEBOUNCE_MS && reading != stableState) {
    stableState = reading;
    if (stableState == LOW) {
      // LOW means the contacts are closed: the button is pressed
      digitalWrite(LED_PIN, HIGH);          // Turn the LED on
      pressCount++;                         // Count the press
      Serial.print("Button PRESSED - LED on - press count: ");
      Serial.println(pressCount);
    } else {
      // HIGH means the contacts are open: the button is released
      digitalWrite(LED_PIN, LOW);           // Turn the LED off
      Serial.println("Button released - LED off");
    }
  }
}

So funktioniert der Code:

Zu Beginn definieren wir die Konstanten. BUTTON_PIN ist Pin 2, an dem der Taster angeschlossen ist, LED_PIN ist Pin 13 der LED L auf dem Board, und DEBOUNCE_MS ist die Zeit von 30 ms, in der eine Änderung stabil bleiben muss, um akzeptiert zu werden.

Die Variablen lastReading und stableState speichern die letzte Rohmessung und den zuletzt bestätigten Zustand, beide beginnen bei HIGH, also Taster losgelassen. Die Variable lastChangeTime speichert den Zeitpunkt der letzten Rohänderung, und pressCount zählt die bestätigten Tastendrücke.

In setup() starten wir den seriellen Monitor mit 9600 Baud, aktivieren den internen Widerstand mit pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP), setzen LED_PIN als Ausgang und schalten ihn aus, danach geben wir die Startmeldungen aus.

In loop() lesen wir den Pin mit digitalRead(). Wenn die Rohmessung von lastReading abweicht, starten wir den Timer mit millis() neu. Wenn der Zustand länger als DEBOUNCE_MS unverändert bleibt und sich von stableState unterscheidet, gilt er als bestätigt. Ist er LOW, schalten wir die LED ein, erhöhen pressCount und geben die Nummer des Tastendrucks aus. Ist er HIGH, schalten wir die LED aus und geben die Meldung zum Loslassen aus.

Ergebnis:

Öffnen Sie den seriellen Monitor der Arduino IDE mit 9600 Baud. Beim Start erscheinen die Startmeldungen, danach eine Meldung bei jedem Drücken und Loslassen des Tasters.

Button test started
Button on pin D2, internal pull-up enabled
Button released (idle)
Button PRESSED - LED on - press count: 1
Button released - LED off
Button PRESSED - LED on - press count: 2
Button released - LED off
Button PRESSED - LED on - press count: 3
Button released - LED off

Häufige Probleme:

Im seriellen Monitor erscheint nichts. Die Ursache ist meist der falsche Port oder die falsche Geschwindigkeit. Wählen Sie den richtigen Port unter Tools > Port und stellen Sie den seriellen Monitor auf 9600 Baud ein.

Der Taster scheint ständig gedrückt zu sein oder reagiert nicht. Die Ursache kann ein Pin sein, der mit einem anderen Pin als D2 oder GND verbunden ist, oder ein Taster auf dem Breadboard, dessen beide Pins in derselben Reihe stecken, wodurch der Kontakt kurzgeschlossen wird. Versetzen Sie einen Pin in eine andere Reihe und prüfen Sie die Verbindungen.

Ein einzelner Tastendruck wird mehrfach gezählt. Die Ursache ist das Prellen der Kontakte. Behalten Sie die Filterung im Programm bei und erhöhen Sie bei einem stark abgenutzten Taster DEBOUNCE_MS auf 50 ms.

Die Werte scheinen vertauscht. Mit dem internen Pull-up liest der losgelassene Taster HIGH und der gedrückte LOW. Das ist das normale Verhalten und kein Defekt.

Die Messwerte sind instabil, wenn die Kabel lang sind. Die Ursache ist Rauschen, das von den Kabeln aufgenommen wird. Kürzen Sie die Kabel und führen Sie die Masse auf dem kürzesten Weg.

Grenzen und Tipps:

Die Kontakte des Tasters sind für 12 V DC und 50 mA ausgelegt, daher sind sie für Steuersignale bestimmt. Für größere Lasten verwenden Sie ein Relais oder einen Transistor, der vom Mikrocontroller angesteuert wird, nicht den Taster direkt. Verwenden Sie den Taster nicht für die Netzspannung.

Mit derselben Schaltung können Sie weiter einen Zähler für Tastendrücke, einen Schalter mit Speicher, der bei jedem Drücken den Zustand der LED wechselt, ein Menü mit mehreren Tastern oder eine Erkennung langen Drückens aufbauen, indem Sie mit millis() messen, wie lange der Pin auf LOW bleibt.