USB Skinner-Box: Leds+Futterautomat ansteuern + Auswertung (

[ma_sch]

Nabend,

ich benötige ein paar Tipps von fachkundigen Leuten bezüglich des
Elektronikteils eines Projekts, das ich versuche zu verwirklichen:

Ich möchte in einer Facharbeit das Lernverhalten von Säugetieren
veranschaulichen, und zwar am Beispiel von Zwerghamstern in einer so
genannten "Skinner-Box". (siehe Anhang/ohne elektrisches Gitter!)

Das Grundprinzip:
Der Hamster wird in eine kleine Box gesetzt. Die Box ist leer bis auf
einen Kipp-Schalter/Hebel, einem Futterschacht und zwei kleinen LEDs.
Der Hamster wird durch betätigen des Hebels mit einer Futtergabe
belohnt.
Dieses soll jedoch nur in Abhängigkeit der Lichtsituation funktionieren.
Die LEDs leuchten abwechselnd in unterschiedlich langen rot und grün
Phasen. Erhellt sich z.B. die grüne LED, soll sich der Futterautomat
durch Hebelbetätigung in Bewegung setzen. Wenn der Hamster während der
Rotphase den Hebel kippt, passiert nichts.


Zur Verwirklichung:
Das Grundgerüst der Box ist soweit fertiggestellt. Als Futterautomaten
habe ich einen elektronischen Automaten für Aquarien herangezogen.
Nun möchte ich gerne die Stromversorgung und Ansteuerung per Software
über den USB-Anschluss ermöglichen. Ich möchte in einer
selbst-programmierten Software die LEDs ansteuern können, die Dauer der
Leuchtintervalle der beiden LEDs vorgeben können. Der Motor des
Futterautomaten soll sich dann bei richtiger Konstellation für eine
Runde in Bewegung setzen. Sehr gerne hätte ich auch noch die Funktion
verbaut, dass bei Betätigung des Hebels ein Signal an die Software
weitergegeben wird, sodass ich das Verhalten des Hamsters über der Zeit
plotten kann.

Die Programmierung der Software müsste ich erledigt bekommen, besitzte
Erfahrung im Umgang mit MatLab Delphi.
Leider habe ich jedoch nur wenig elektrotechnische Kenntnisse, sodass
mich die technische Umsetzung meines Vorhabens zur Zeit noch vor
Probleme stellt.

Ich wäre euch sehr dankbar wenn Ihr Leute vom Fach mir sagen
könntet, ob die Sache als machbar erscheint und wenn ja ein paar
Grundideen, Bauteile, Skizzen etc. benennen/zusteuern könntet...

Vielen Dank im Voraus!!

MfG Marco

[BernhardS]

Hallo,

ich hätte einen Vorschlag, bei dem sich der Aufwand in Grenzen hält: Du verwendest einen USB-seriell-Adapter, die gibt es so für 10€, ansonsten brauchst Du nur einige Widerstände, die LEDs und den Schalter.
An der seriellen Schnittstelle kann man zwei Anschlüsse schalten Pin 4 (DTR) und Pin 7 (RTS). Für eine LED reicht es direkt.
Die Pins 1 (DCD), 6 (DSR), 8, (CTS) und 9 (RI) kann man per Software lesen. Da kannst Du einen Schalter anschließen.
Bei der Software kann ich nicht so gut weiterhelfen. Ich hab das nur mal mit VB als Excel-Makro gemacht.

Bernhard

[ELW 2]

HI!

1. Ist das nicht Tier quäre rei????????
2. Können Hamster überhaupt in Frabe sehn???, ich meinen sie sehen nur in schwarz/weiß

[gerold]

Hallo Marco!

Damit kannst du so etwas machen:

- http://www.pollin.de/shop/shop.php?cf=d ... I5OTgxOTk=
- http://www.conrad.de/goto.php?artikel=191137

mfg
Gerold

[ma_sch]

Ersteinmal vielen Dank für eure Antworten!

@ Gerold und BernhardS:

Die vorgeschlagene Hardware sieht schonmal sehr nützlich aus!
Nocheinmal zur Situation: ich habe zwei LEDs und den Motor des Futterautomaten.
Angenommen ich verwende einen USB-Baustein (wie http://www.conrad.de/goto.php?artikel=191137):
an welche Ausgänge und in welcher Form schalte ich nun die LEDs? Ich nehme mal an dass ich hier die zwei analogen Ausgänge verwende?
Und dann wäre da noch der Motor. Wie spreche ich diesen an? Welche Ein-/Ausgänge werden verwendet? Stormversorgung auch über das Board?!

@ ELW 2

Nein ich denke nicht dass der Versuch Tierquälerei darstellt. Es werden keinerlei Bestrafungsmittel verwendet.
Der Hamster befindet sich lediglich ca. eine halbe Stunde in der Box und sieht das ganze mehr als Spielen mit Belohnung an. Die meisten Hamsterarten können sehr wohl sehr gut Fraben sehen.


Wie Ihr seht zähle ich noch zu den Anfängern in der Elektronik. Einbaustrahler ans Netz klemmen bekomme ich hin, aber bei so Feinelektronik fehlt mir noch ein wenig der Durchblick Deshalb wäre es wunderbar wenn ich mit Eurer Hilfe mein Projekt verwirklichen könnte. Vielen Dank!

MfG Marco

[gerold]

Angenommen ich verwende einen USB-Baustein (wie http://www.conrad.de/goto.php?artikel=191137)

Hallo Marco!

In diesem Thread http://www.python-forum.de/post-92299.html#92299 sind einige interessante Informationen für dich enthalten. Schau' ihn dir mal durch.

Zum Schalten von LEDs brauchst du die Digitalen Ausgänge. Das sind bei diesem Board "Offene Kollektoren". Näheres dazu und wie man LEDs anschließt, findest du ebenfalls in dem oben erwähnten Thread.

mfg
Gerold

[ELW 2]

Der Hamster befindet sich lediglich ca. eine halbe Stunde in der Box und sieht das ganze mehr als Spielen mit Belohnung an. Die meisten Hamsterarten können sehr wohl sehr gut Fraben sehen.

HI!

War nicht so gemeint, nur als "Hinweis" (Sorry wenn es falls rübergekommen ist)

Das Hamster Frabe sehen können ist mir neu, ich dacht immer nur schwartz/weiß

MFG

Andreas

[BernhardS]

Hallo

Ich nehme mal an dass ich hier die zwei analogen Ausgänge verwende?

Nein, ganz einfach Digitalausgänge. Mal für Einsteiger:
Langer Draht der LED an die Versorgungsspannung; Beispiel +12Volt,
an den kurzen Draht der LED einen Widerstand 500-1000 Ohm anlöten
den zweiten Draht des Widerstands an den digitalen Ausgang - wenn es, wie in diesem Fall, ein
"Open Kollektor" ist.

Motor genauso: ein Draht an die Versorgung +12V der andere an einen Digitalausgang.
Wenn es, wie in diesem Fall, so ist, daß der Motor nur in eine Richtung dreht und keine
Regelung der Geschwindigkeit braucht.

Bernhard

[anders]

Die LEDs leuchten abwechselnd in unterschiedlich langen rot und grün
Phasen.

Auch wenn ähnliches schon gefragt wurde: Kann der Hamster das überhaupt sehen?
Ich habe vor kurzen erst gelernt, dass Rehe rotblind sind. Wie ist das bei Hamstern ?

[gerold]

Hallo!

Ich habe jetzt eine viertel Stunde das Internet nach Informationen über das Farbsehen von Hamstern durchsucht. Leider fand ich keine sichere Aussage. Die Aussagen gehen von "sieht schlecht, aber das in Farbe" bis "sieht Farben so schlecht, dass nicht unterscheiden kann".

Ein Farbtest für das Verhalten von Hamstern ist zur Beweisführung wahrscheinlich nicht genügend. Ich würde mir etwas anderes einfallen lassen.
OK, mit dem Test mit den LEDs findest du eventuell raus, ob die Hamster vielleicht doch gut genug sehen. Du müsstest den Test zum Vergleich aber auch mit einer anderen Methode durchführen.

Hamster können gut hören. Wie wäre es beim Referenztest mit unterschiedlicher Beschallung? Oder ein Schild, auf dem ganz groß "geöffnet" oder "geschlossen" steht?

mfg
Gerold


PS: Andererseits strahlen die LEDs sicher auch etwas wärme aus. Vielleicht kann der Hamster diese Wärme wahrnehmen. Wenn das der Fall ist, dann ist wieder nicht gesagt, dass der Hamster die Farben unterscheiden kann.

.

[ma_sch]

Wieder mal vielen Dank für die Antworten und Eure Hilfe. Besonders @ Gerold und BernhardS für Euer Engagement.

@ Gerold: Ich habe den Thread im Phyton-Forum durchgearbeitet und denke, ich habe jetzt einen kleinen Überblick darüber was mir bevorsteht. 100%tig vorbereitet für die Ausführung fühle ich mich jedoch noch nicht. Folgender Wissensstand/offene Fragen:

bei externer Stromversorgung:

LEDs: Jeweils einen Widerstand von 500-1000 Ohm in Reihe zur LED schalten und jeweils an einen digitalen Ausgang vom Board ("Offene Kollektoren") stecken. Der andere LED-Anschluss an die Stromversorgung.

Motor: auf die selbe Art und Weise verkabeln? In Gerolds Phyton-Thread habe ich noch etwas von Widerständen und Transistoren gelesen, die vor den Motor zu schalten sind?! Der Motor soll sich nach Ansteuerung lediglich mit konstanter Geschwindigkeit um 360 Grad in eine Richtung drehen. Es werden keine weiteren Funktionen benötigt. Leider habe ich keine genauen Angaben zur Leistung/den max. Stromverbrauch des Motors gefunden, dieser ist leider nicht beschriftet. Ich weiß nur dass er standardmäßig über zwei AA-Batterien versorgt wird. Ein blockieren des Motors ist übrigens ausgeschlossen da er in freier Umgebung installiert wird.

Wäre auch eine Stromversorgung des Motors und der LEDs über den USB-Anschluss an Stelle einer externen Versorgung möglich? Habe gelesen dass der USB-Anschluss über eine 5V-Versorgungsleitung verfügt.

und dann wäre da noch die Sache mit der Auswertung:
Ist eine Zählerfunktion durch einen Taster oder ähnlichem möglich? Diesen dann einfach an einen digitalen Eingang anschließen? Werden auch hier Widerstände benötigt?


Und dann hab ich zu guter Letzt noch diese Bausteine hier gefunden:

USB-Variante: http://www.amazon.de/Franzis-Buch-Softw ... grid_i_0_0

Serielle-Variante: http://www.amazon.de/Lernpaket-Elektron ... 76YG6KF3WN

Mikrokontroller-Variante:
http://www.amazon.de/Franzis-Buch-Softw ... p_sw_sexpl


Kann ich diese bundles auch verwenden? Es scheint mir dort alles im Lieferumfang enthalten zu sein was ich benötige? LEDs, Widerstände usw... Bei evtl. einfacherer Handhabung?


Ich bin euch weiterhin sehr dankbar für weitere Tipps, Benennungen von Bauteilen oder sogar die Zugabe von Schaltplänen. Diese würden mir denke ich sehr weiterhelfen! Vielen dank!

Grüße

Marco


P.S.: Laut meinem Lehrer und vergangenen Skinner-Box-Versuchen sehen Hamster auch in Farbe. Die "Akustik-Option" wäre jedoch als Zusatz auch noch sehr interessant, wenn die Skinner-Box denn dann mal funktionieren sollte.

[BernhardS]

Hallo,

beim Thema Farbsehvermögen von Hamstern, bitte berücksichtigen, daß es ja verschiedene LED-Farben gibt. Falls ein Hamster Rot nicht erkennen kann, dann vielleicht gelb oder blau. Grün müsste er können, sonst findet er ja nichts zu fressen Daß ein Hamster die Wärmestrahlung einer LED wahrnehmen kann, das wage ich ganz offen anzuzweifeln, und das ist die mildeste Formulierung die mir einfällt.
Außerdem sind die Viecherl nicht dumm. Auch linke Lampe/rechte Lampe kann und wird er lernen.

dass der USB-Anschluss über eine 5V-Versorgungsleitung verfügt

Stimmt. Man kann da auch Strom entnehmen, mp3-Player und Handys laden z.B. ihren Akku nach wenn man die da ansteckt.

Nur: einen Kurzschluss darfst Du da niemals bauen; das wird teuer. Schließ erstmal keine selbstgebauten Geschichten da an.

Wenn der Motor normalerweise mit zwei Batteriezellen läuft wird es besser sein, dann musst Du da was vorschalten, oder einen Analogausgang verwenden. Zum Vorschalten wäre ein Spannungsregler zweckmäßig. Das ist kein Hexenwerk, ein LM317 und zwei Widerstände. Schön langsam scheint es sich nicht länger vermeiden zu lassen, daß Du Dir ein paar Grundlagen aneignest. Die Seite Elektronik-Kompendium oder so.

Zum Verständniss von Ein- und Ausgängen habe ich eine kleine Skizze erstellt:

Der Eingang wird über einen Widerstand mit plus verbunden. Der Eingang "sieht" somit die Versorgungsspannung, der Widerstand stört dabei nicht. Wenn der Schalter gedrückt wird, ist der Eingang direkt mit Masse verbunden. Über den Widerstand fließt ein wenig Strom, das stört aber nicht. So kann der Eingang zwischen Schalter offen und Schalter zu unterscheiden.

Bernhard

[gerold]

Hallo!

Im K8055 werden die Eingänge bereits mit 20 Kiloohm (zwei Widerstände) nach Plus gezogen. Man braucht einen Schalter somit nur noch nach Minus ziehen lassen. Der externe Widerstand nach Plus ist nicht mehr nötig.
Der Analogausgang hat eine Impedanz von (ich glaube) 1,5 k. Damit kann man keinen Motor direkt ansteuern -- dafür ist der Analogausgang nicht gedacht. Der Analogausgang ist mit einem PWM-Ausgang (Pulsweitenmodulation) gekoppelt. Damit wäre es möglich, einen kleinen Motor in der Drehzahl zu regeln. Aber das braucht der OP nicht.

Ich halte es deshalb für einfacher, zwei Mignon-Batterien als Stromversorgung für den Motor zu verwenden und damit auch die LEDs zu speisen.

Welche Widerstände man für die LEDs braucht, hängt von der Spannung der Stromversorgung und von den LEDs selbst ab. Man braucht also die technischen Daten der LEDs die man verwendet.

Für mehr habe ich im Moment keine Zeit. Später vielleicht.

mfg
Gerold

[gerold]

Und dann hab ich zu guter Letzt noch diese Bausteine hier gefunden:

USB-Variante: http://www.amazon.de/Franzis-Buch-Softw ... grid_i_0_0

Serielle-Variante: http://www.amazon.de/Lernpaket-Elektron ... 76YG6KF3WN

Mikrokontroller-Variante:
http://www.amazon.de/Franzis-Buch-Softw ... p_sw_sexpl

Hallo Marco!

Ich halte mich kurz...

Damit http://www.conrad.de/goto.php?artikel=191137 kannst du alles machen was du brauchst.

Das hier http://www.amazon.de/Lernpaket-Elektron ... 76YG6KF3WN kannst du vergessen. Damit bekommst du nicht alles hin was du brauchst.

Damit http://www.amazon.de/Franzis-Buch-Softw ... grid_i_0_0 könnte es funktionieren, aber es ist zwei Schwierigkeitsstufen über dem USB-Board von Conrad. Du braucht mehr externe Bauteile und mehr Ahnung von Elektronik um damit arbeiten zu können.

Das hier http://www.pollin.de/shop/shop.php?cf=d ... I5OTgxOTk= ist billiger als das Teil von Conrad, aber dafür eine Schwierigkeitsstufe höher angesiedelt. Du brauchst damit etwas mehr externe Beschaltung.

Nur zur Information: Je mehr Ahnung du von Elektronik hast, desto billiger kannst du die Schaltung erstellen. KnowHow macht sich hierbei bezahlt. Für jemanden, der Mikrocontroller (wie z.B. den ATmega8 von Atmel) programmieren kann, kostet der Aufbau und die Teile der Schaltung maximal 10 Euro (sehr hoch geschätzt). Jemand der gut programmieren kann und noch einen alten Parallelport (Druckeranschluss) in seinem Computer, und etwas Ahnung von Elektronik hat, kommt noch viel billiger davon.

Was willst du? Willst du schnell und ohne viel zusätzlicher Elektronik zum Ziel kommen, dann musst du mehr Geld investieren und bist mit der Karte von Conrad gut bedient.
Wenn du so billig wie möglich davon kommen möchtest, dann musst du mehr Hirnschmalz investieren, auf den USB-Port verzichten und dir stattdessen einen "alten" Computer mit Parallelport besorgen und programmieren lernen. Die externe Beschaltung ist nicht schwierig, aber man muss ein wenig experimentieren.
Siehe: http://www.python-forum.de/post-75211.html#75211

mfg
Gerold

[ma_sch]

Hallo zusammen, vielen Dank fürs mitmachen!

Da ich ein wenig unter Zeitdruck stehe (Abgabe der Facharbeit Anfang März 09) habe ich mich auf das Velleman-Board festgelegt, da dieses als fertiger Baustein zu kaufen ist (Zeitersparnis). Für die weitere Erkundung der Controller-Welt werde ich dann weiter sehen...

Also ich habe mir mal einen "Bauplan" (will die Bezeichnung Schaltplan nicht verletzen) nach BernhardSs Vorbild gebastelt, danke dafür . (siehe Anhang)

Es wäre nett von euch wenn Ihr abschließend nochmal einen Blick drüber werfen könntet und mir sagt, ob es so vom System her funktionieren könnte. Ich habe bewusst ein paar Lücken gelassen, an den Stellen wo ich mir noch nicht sicher bin. Folgende Checkliste:

1. LEDs an Boardausgänge: Wieviel Ohm Widerstand bei folgenden LEDs: ( http://www.conrad.de/goto.php?artikel=186902 ) dazwischen schalten ?

2. Der Motor: Ich habe versucht den Stromverbrauch des Motors zu ermitteln, leider mir unerklärlich ohne Erfolg. Habe mir ein Multimeter besorgt und dieses in Reihe geschaltet. Ohne Multimeter läuft der Motor, sobald das Multi dazwischen sitzt bewegt sich garnichts mehr und es ist auch kein Strom zu messen. Was kann der Grund sein? Während einer Parallel-Schaltung liest das Multimeter die Spannung einwandfrei ab, hmm...

Was würdet Ihr sagen, sollte/MUSS ich Widerstände /Transistoren zwischen Motor und digitalem Ausgang schalten?

3. Habe ich gerold richtig verstanden dass an den digitalen Eingängen bereits genug Impedanz vorliegt? Also brauch ich nur eine Schalter nach Minus verdrahten.

4. Sollte ich irgendeinen Schutzkreis einbauen, um die Computerhardware abzusichern?


Ich bin dabei mir einen Einkaufszettel für Conrad zu erstellen, damit die Bestellung bald raus geht und ich mein Glück versuchen kann.


Es wäre super nett wenn Ihr nochmal über meinen Plan drüber schauen könnten und mir sagt ob dass so in Ordnung geht. Selbstverständlich dürft Ihr mir auch bei meinem Einkaufszettel helfen :


1x USB EXPERIMENT INTERFACE BOARD-BAUSTEIN (Velleman K8055)
( http://www.conrad.de/goto.php?artikel=191137 )

1x LED rot (low-current) ( http://www.conrad.de/goto.php?artikel=186902)

1xLED grün (low-current) ( http://www.conrad.de/goto.php?artikel=186929 )

2x Widerstand für LEDs (Welcher passt?/Wieviel Ohm genau?)

Widerstand für Motor ?
Transistor für Motor ?

und welcher Taster aus dem Conrad Sortiment wäre geeignet? Dieser soll durch einen Hebeldruck auslösen.


Grüße