Was ist ein Sensor? (von Grund auf)
Ein Sensor (auch „Messfühler“) erfasst eine physikalische oder chemische Größe aus der Umgebung und gibt sie als elektrisches Signal weiter — als Spannung, Strom oder Widerstandsänderung. Dieses Signal wird entweder analog (z. B. Spannung 0–3,3 V) oder nach Digitalwandlung digital (Zahlenwert) vom Mikrocontroller gelesen.
- Sensor = erfasst die Größe (Eingang).
- Aktor = handelt daraufhin (Ausgang, z. B. Motor, Relais) — das Gegenstück.
- Mikrocontroller = liest das Sensorsignal und entscheidet (das „Gehirn“ dazwischen).
Die 12 Sensortypen im Überblick
Die Infografik zeigt zwölf grundlegende Sensorarten. Ich habe sie nach Messprinzip gruppiert:
🌡️ Physikalische Grundgrößen
Temperatur (Thermistor): Ein Widerstand ändert seinen Widerstandswert mit der Temperatur — zur Temperaturmessung.
Licht (LDR): Der Widerstand sinkt bei steigender Lichtintensität — zur Lichterkennung.
Druck (Piezoelektrisch): Erzeugt Spannung bei mechanischer Belastung — misst Druck oder Kraft.
Feuchtigkeit (Kapazitiv): Misst die relative Luftfeuchte über eine Kapazitätsänderung.
🎯 Nähe & Distanz (berührungslos)
Näherung (Ultraschall): Nutzt Schallwellen, um Anwesenheit und Entfernung von Objekten ohne Kontakt zu erkennen.
🏃 Bewegung & Lage
Bewegung (PIR): Erkennt Bewegung über Änderungen der Infrarotstrahlung warmer Körper.
Beschleunigung (MEMS): Misst Beschleunigung und Neigung — für Bewegungserkennung und Orientierung.
Gyroskop (MEMS): Misst Winkelgeschwindigkeit und Rotation — für Orientierung und Stabilisierung.
🧲 Felder, Farbe, Schall & Gase
Hall-Effekt (magnetisch): Erkennt Magnetfelder — für Position, Geschwindigkeit und Strommessung.
Farbe (RGB): Erkennt Farbe durch Messung der Intensität von Rot-, Grün- und Blaulicht.
Schall (Mikrofon): Wandelt Schallwellen in elektrische Signale um — zur Audioerkennung.
Gas (MQ-x): Erkennt Anwesenheit und Konzentration verschiedener Gase durch chemische Reaktion.
Die 12 Sensoren als Tabelle
| # | Sensor | Typ | Messprinzip / Funktion |
|---|---|---|---|
| 1 | Temperatur | Thermistor | Widerstand ändert sich mit der Temperatur |
| 2 | Licht | LDR | Widerstand sinkt mit steigender Lichtintensität |
| 3 | Näherung | Ultraschall | Schallwellen messen Präsenz und Distanz berührungslos |
| 4 | Druck | Piezoelektrisch | Spannung bei mechanischer Belastung |
| 5 | Feuchtigkeit | Kapazitiv | Kapazitätsänderung durch Feuchtigkeit |
| 6 | Gas | MQ-x | Chemische Reaktion zeigt Gaskonzentration |
| 7 | Bewegung | PIR | Infrarot-Änderung durch warme Körper |
| 8 | Beschleunigung | MEMS | Beschleunigung und Neigung |
| 9 | Gyroskop | MEMS | Winkelgeschwindigkeit und Rotation |
| 10 | Hall-Effekt | magnetisch | Magnetfelder → Position/Speed/Strom |
| 11 | Farbe | RGB | Intensität von Rot/Grün/Blau |
| 12 | Schall | Mikrofon | Schallwellen → elektrische Signale |
Analog oder digital?
Für die Praxis ist wichtig, wie der Sensor sein Signal liefert:
- Analog: liefert eine stufenlose Spannung (z. B. LDR, Thermistor) → wird über einen ADC (Analog-Digital-Wandler) des Mikrocontrollers eingelesen.
- Digital: liefert direkt einen Zahlenwert oder ein Bussignal (z. B. über
I²C,SPI,UART) — z. B. digitale Temperatur-, Gyro- und Hall-Sensoren.
Ergänzung: I²C-Sensoren in der Praxis
Die Sensortypen oben gibt es auch als fertige Breakout-Module — viele davon kommunizieren über den I²C-Bus (Inter-Integrated Circuit). I²C nutzt nur zwei Datenleitungen (SDA = Daten, SCL = Takt) plus Strom (VIN/VCC + GND) und lässt sich mit Arduino, ESP32 oder Raspberry Pi einfach anbinden — mehrere Geräte können sich denselben Bus teilen (unterschiedliche Adressen).
Top-I²C-Sensoren für Maker-Projekte (aus der MakerPulse-Infografik):
| Sensor | Kategorie | Misst / Funktion |
|---|---|---|
| BME280 | Umgebung | Temperatur, Luftfeuchte & Druck (Höhe schätzbar) |
| ICM-42688-P | Bewegung | 6-Achsen-IMU: Beschleunigung + Gyroskop |
| BH1750 | Licht | Umgebungslicht-Intensität (Lux) |
| VL53L0X | Distanz | Time-of-Flight-Abstandsmessung (Laser) |
| MLX90614 | Temperatur | Berührungsloser IR-Temperatursensor |
| INA219 | Strom & Spannung | Spannung, Strom & Leistung |
| APDS9960 | Geste & Nähe | Gesten, Näherung, Licht & Farbe |
| CCS811 | Gas & Luft | eCO₂, TVOC & Luftqualität |
| AS5600 | Winkel/Position | Magnetischer Drehpositions-/Winkelsensor |
| MAX30102 | Herzfrequenz/SpO₂ | Pulsoximeter & Herzfrequenz |
| QMC5883L | Magnetismus | 3-Achsen-Magnetometer / Kompass |
Selbsttest
- Was ist ein Sensor — und was ist sein Gegenstück? (Sensor erfasst eine Größe; Gegenstück ist der Aktor, der handelt)
- Wie funktioniert ein LDR? (Widerstand sinkt bei steigender Lichtintensität)
- Welcher Sensor misst Winkelgeschwindigkeit/Rotation? (Gyroskop)
- Was misst ein PIR-Sensor? (Bewegung über Änderungen der Infrarotstrahlung warmer Körper)
- Was braucht ein analoger Sensor am Mikrocontroller? (Einen ADC — Analog-Digital-Wandler)