Werden für den Antrieb des Roboters kleine Gleichstrommotoren (auch DC-Motoren genannt) verwendet, wird eine Leistungsstufe für die Ansteuerung benötigt, da die Ausgänge des Arduino nicht genügend Strom liefern können und die Motorspannung meist höher als 5 Volt ist. Für das Arduino-Board stehen dazu eine ganze Anzahl Erweiterungsplatinen, sogenannte Shields, zur Verfügung. Diese Shields beinhalten die Ansteuerungslogik und die Leistungsendstufe. An den Ausgängen können dann direkt ein oder mehrere DC-Motoren angeschlossen werden. Häufig verwendete Motor Shields sind der Ardumoto von Sparkfun, das Motor/Stepper/Servo Shield von Adafruit oder das Motor Control Shield von NKC Electronics. Kürzlich wurde das neue Motor Shield R3 vom Arduino Team vorgestellt.

Das Motor Control Shield von NKC habe ich auf einem meiner Testroboter verwendet. Das Shield wird dabei als Bausatz geliefert und kann 2 DC-Motoren ansteuern.

Bild: Roboter mit NKC Motor Shield

Als Chassis für diesen Roboter wurde ein Chassis-Kit von Dragu verwendet, welches neben der Mechanik auch 2 Gleichstrommotoren beinhaltet.

Die einfache Aufbau dieses Roboters kann auch mit Teilen aus der eigenen Werkstatt realisiert werden. Für die beiden Grundplatten kann dabei Sperrholz, Plexiglas oder sogar Karton verwendet werden.

Die Ansteuerung mit einem Arduino-Board und einem Motor Shield wird dabei auf der oberen Platte befestigt.

Für weitere Roboter habe ich das bereits verwendete Motor Shield geplant. Dieses ist aber momentan beim Lieferanten nicht verfügbar. Darum musste eine andere Lösung her. Ich habe nicht für eine fertige Lösung entschieden sondern für eine Selbstbaulösung – ein eigenes Motor Shield, realisiert mit Fritzing.

Entwicklung, Produktion bei Fritzing Fab und Lieferung der Platine hat knapp 3 Wochen gedauert.

Die Schaltung der Platine habe ich vom Motor Shield von NKC Electronics übernommen und habe somit eine kompatible Lösung zum NKC-Kit.

Für den Anschluss der Motoren und der externen Motoren-Versorgungsspannung habe ich Schraubklemmen verwendet. Für die Motorspannung kann die Arduino-Versorgungsspannung oder eine extern zugeführte Spannungsversorgung verwendet werden. Bei Motor-Versorgung über die Spannungsversorgung des Arduino wird die Motorspannung vom Arduino-Board über Pin Vin auf das Motor Shield geführt. Wird eine externe Motorspannung verwendet, muss der Widerstand R5 entfernt werden. Die Motorspannung wird in diesem Fall über die Schraubklemme Vin oder über den Buchsenstecker  auf dem Motor Shield zugeführt.

Download des Motor Shield-Projekts auf der Fritzing-Plattform.

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Ihr erstes Buch ermöglichte mir einen extrem schnellen Einstieg in die Arduino Welt.

Jörg verwendet die Arduino-Boards in der Entwicklungsabteilung für Steuerungsaufgaben. Für diese Aufgaben hat er verschiedene Programme von kommerziellen speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) in die Arduino-Umgebung portiert.

Nachfolgend ein kurzes Video-Tutorial  über die Arduino-Boards, welches Jörg erstellt hat.

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Schneidet man nun mit einem Messer diese Linien aus, bekommt man Ausschnitte für den USB-Port und die Steckbuchse der Stromversorgung.

(Bilder Forumuser JO3R)

Eine wirklich günstige und originelle Gehäuselösung.

(Quelle: Arduino Forum)

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Die Anzeigeeinheit zeigt dabei die Abtast-Durchläufe eines 3D-Scanners an.

(Bild Julian S)

Julian meint weiter dass diese Lösung ein universelles Anzeigeelement ist, um Errors, Betriebsmodi usw. anzuzeigen. (Julian S. per Email)

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Arduino Uno R3, Lebkuchen und Mandarinen

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Das Update auf 1.0 bringt etliche Anpassungen am Befehlsatz und an den verwendeten Klassen.

Für den Anwender, den Programmierer von Bibliotheken und Buchautoren bedeutet dass die Anpassung der bisher erstellten Sketche. Was man wissen muss und wie die Änderungen umgesetzt werden, beschreibt der Artikel Arduino 1.0 is Out: Here’s What You Need To Know im MAKE Blog.

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Auch ich verwende Fritzing für die Projektdokumentation. In meinem Buch “Arduino Praxiseinstieg” habe ich etliche Schaltungsaufbauten mit Fritzing dokumentiert.

Neben der Steckbrettansicht mit dem Schaltungsaufbau stehen in Fritzing zwei weitere Ansichten zur Verfügung: Stromlaufplan und Leiterplatte.

In der Stromlaufplan-Ansicht wird die auf dem Steckbrett zusammengesteckte Schaltung als Stromlaufplan dargestellt. Wobei die Bauteile im ersten Schritt selbst platziert und die Verbindungen gesetzt werden müssen.

Die Ansicht Leiterplatte erlaubt dem Anwender aus der aufgebauten Schaltung eine fertige Leiterplatte aufzubauen. Auf der Leiterplatte werden die eingesetzten Bauteile platziert. Anschliessend kann man die Leiterbahnen verlegen, welche zuerst als ungeroutete Luftlinien dargestellt werden.

Ein kurzes Video auf der Fritzing-Website zeigt die einzelnen Schritte vom Steckbrett zur fertigen Arduino-Erweiterungsplatine. Zusätzlich stehen viele ausführliche Tutorials zum Studium bereit.

Mit dem Erstellen der Leiterplatte am Bildschirm ist das Rundumpaket von Fritzing noch nicht fertig. Bei Fritzing Fab kann man seine soeben erstellte Leiterplatte als fertige, professionelle Leiterplatte herstellen lassen.

Ich habe kürzlich zum ersten Mal den Leiterplattenservice von Fritzing Fab genutzt und 2 Leiterplatten für mein aktuelles Projekt Sollwertgeber bestellt. Die Leiterplatten-Bestellung ist einfach, es muss nur das als Paket im .FZZ-Format gespeicherte Projekt auf der Bestellseite von Fritzing Fab hochgeladen werden. Die Preise für die Leiterplatten sind abhängig von der Grösse. Der Preis wird in EUR/m2 angegeben und kann somit einfach berechnet werden. Für Arduino Shields ist der Preis bereits fix kalkuliert.

Das Resultat meines Projektes, welches nach 2 Wochen geliefert wurde, kann sich sehen lassen. Die weissen Leiterplatten mit schwarzem Bestückungsdruck machen einen guten Eindruck. Die Umrisse sind sauber zugeschnitten und die Lötaugen auf der Lötseite lassen sich gut löten.

Fazit:

Die Software Fritzing ist ein einfach zu bedienendes Werkzeug  für die Leiterplattenerstellung, welche auch von Anfängern schnell zu beherrschen ist. Mit den angeboten Tutorials kann man sich schnell in die Software einarbeiten. Die zusätzlichen Exportmöglichkeiten und das Zusatzangebot Fritzing Fab machen Fritzing zu einem nützlichen Tool. Sehr praktisch ist auch die bereits vorhandene Leiterplatten-Umrissform für Arduino Shields in der Leiterplattenansicht. Wie das oben genannte Video zeigt, hat man so in wenigen Schritten die Grundform für Arduino-Erweiterungen zur Hand und kann sofort mit der Platzierung der Bauteile beginnen.
Als Nachteile sehe ich relativ kleine Anzahl an Standard-Komponenten. Hier wird es in Zukunft hoffentlich mehr geben. Denn für Einsteiger ist das Erstellen von eigenen, neuen Bauteilen zu anspruchsvoll. Was mich weiter gestört hat is der Schaltplaneditor. Wirklich schöne Schaltpläne kann man damit nicht erstellen und das Setzen von Verbindungen und Verbindungspunkten ist teilweise umständlich. Aber für Dokumentationszwecke reicht dies allemal.

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(via Hack A Day Blog)

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“We’re making the Pachube service free for all users.
…
Every user will have unlimited datastreams, datapoint uploads and history as well as the option to create private feeds
…”

Somit kann man nun unbegrenzt Feeds erstellen und noch mehr Sensordaten online speichern.

Weiter schreibt Pachube im Blog dass die Kosten der bezahlten Accounts zurückbezahlt werden. Soeben erhalte ich von meinem PayPal-Account die Meldung, dass ich die Rückzahlung von Pachube erhalten habe.

Danke Pachube!

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In der Schweiz wird dieser DIY-Geigercouner Kit in verschiedenen Ausführungen von der Firma Boxtec vertrieben. Da ich bei Boxtec schon Bestellungen für meine Arduino-Projekte getätigt habe, hat mir Herr Schneeberger von Boxtec freundlicherweise einen Bausatz Kit S mit LCD zur Verfügung gestellt. Herzlichen Dank dafür.

Nachdem der Bausatz eingetroffen ist, habe ich zuerst die Onlinedokumentation studiert. Der Bausatz wird aktuell in der Version 3.0 vom Entwickler angeboten. Darum muss zuerst geprüft werden, welche Version des Bausatzes vor einem liegt. Anhand der unbestückten Leiterplatte konnte ich meinen Kit als Version 2.0 identifizieren und habe dementsprechende die Bauanleitung Version 2.0 runtergeladen und ausgedruckt.

Der Entwickler weisst mehrfach darauf hin, dass man die Bauanleitung genau durchlesen und die einzelnen Schritte verstehen soll. Anhand der detailierten Stückliste, welche zu jedem Bauteil zusätzliche Informationen anbietet, ist es auch für den Elektronik-Einsteiger möglich, die einzelnen Bauteile zu identifizieren. Für Widerstände wird zusätzlich der aufgedruckte Farbcode in der Stückliste dargestellt.

Vor dem Zusammenlöten empfiehlt es sich alle gelieferten Bauteile gemäss der Stückliste zu prüfen. In meinem Bausatz waren die Widerstände R8 und R9 noch mit 22kOhm, in der Anleitung aber bereits mit den geänderten Werten 1.5 kOhm (R8) und 470 kOhm (R9). Die Bauanleitung weisst aber auf die Änderung hin. Bei Fragen zu den Bauteilen oder deren Werten oder Bezeichnungen lohnt es sich ein Blick in den Stromlaufplan zu werfen.

Nach der Identifikation der Bauteile habe ich mit dem Zusammenbau gemäss Anleitung und Stückliste begonnen und jedes Bauteil einzeln eingelötet. Zur Kontrolle habe die eingelöteten Bauteile jeweils in der Stückliste markiert. Die Bilder in der Dokumentation mit der bestückten Leiterplatten helfen bei der richtigen Positionierung einzelner Bauteile. Speziell bei den Dioden ist die richtige Positionierung nicht immer ganz eindeutig.

Nach dem Aufbau des HV-Teils wurde dieser Teil gemäss Anleitung getestet. Die Messung mit einem handelsüblichen Digitalvoltmeter hat die ungefähr erwartete Spannung von rund 200 Volt angezeigt. Die genaue Messung mit dem 90 Megaohm-Adapter kann mit den mitgelieferten Bauteilen nicht durchgeführt werden. Die beschriebenen 9 Widerstände mit jeweils 10 Megaohm waren in meinem Bausatz leider nicht dabei. Die Justierung  des Potentiometers bleibt dabei bei der Voreinstellung. Die anschliessende Messung und der Abgleich hat gezeigt, dass der eingestellte Wert des Potentiometers R5 fast optimal ist.

Das Verbinden des mitgelieferten Geiger-Müller-Zählrohres vom Typ SMB-20 erfolgt über 2 kurze Drahtverbindungen. Zu beachten ist dabei die Polarität des Zählrohres. Die Drähte werden dabei nicht direkt ans Zählrohr sondern an 2 Sicherungshalter für Leiterplattenmontage angelötet. Auf diese kostengünstige Art kann eine einfache Steckverbindung realisiert werden.

Mit dem Setzen des Jumpers für die Piezo-Summer ist der eigentliche Geigerzähler aufgebaut. Noch eine 9Volt-Batterie anschliessen und der Geigerzähler meldet die korrekte Funktion durch die Klicktöne aus dem Piezosummer. Wenn nun die mitgelieferte Testperle in die Nähe des Zählrohres kommt, ändert sich das Klicken des Summers, der Klick-Rhytmus wird schneller.

Neben dem soeben aufgebauten Hochspannungsteil ist auf der Leiterplatte eine kleine Logikschaltung aufgebaut, welche das Messsignal einlesen und auswerten kann. Die Logikschaltung besteht aus einem AVR-Mikrokontroller mit Arduino-Bootloader welcher die Klickimpulse einliest und umrechnet. Die ermittelten Werte können anschliessend auf einem angeschlossenen LC-Display dargestellt werden. Zusätzlich werden die Messwerte für die Weiterverarbeitung auf die serielle Schnittstelle ausgegeben.

Die Arduino-Schaltung benötigt nur wenige Komponenten und ist schnell aufgebaut und zusammengelötet. Über die 6-polige Stiftleiste und ein angeschlossenes FTDI-Kabel (welches nicht im Lieferumgang ist) kann die Arduino-Schaltung mit dem PC verbunden werden. Auch kann der Arduino-Kontroller über diese serielle Verbindung neu programmiert werden. Beim Verbinden des FTDI-Kabels mit der Geigerzähler-Leiterplatte muss die Art der Stromversorgung beachtet werden. Die meisten FTDI-Kabel liefern neben den seriellen Signalen auch die Spannungsversorgung von 5 Volt mit. Darum empfiehlt es sich beim Einsatz des seriellen Kabels die externe Stromversorgung mit der Batterie zu entfernen. Die 5 Volt vom FTDI-Kabel versorgen die ganze Geigerzählerschaltung.

Das Verbinden des LC-Displays mit dem Geigerzähler erfolgt über mehrere parallele Leitungen, welche vom Arduino-Mikrokontroller angesteuert werden. Die Verdrahtung ist recht einfach und ist in der Anleitung (Kapitel “Adding an LCD”) detailiert beschrieben. Neben den Ansteuerleitungen für das Display muss an diesem ein zusätzliches Potentiometer für den Kontrastabgleich angeschlossen werden. Leider ist dieser verstellbare Widerstand im Bausatz nicht enthalten. Nach der Verdrahtung des Displays kann die Batterie wieder am Geigerzähler angeschlossen werden (das FTDI-Kabel ist dabei nicht angeschlossen und nach einem kurzen Augenblick werden auf dem Display die Startmeldung und anschliessend die Messwerte angezeigt.

Damit man den Geigerzähler auch in der Praxis einsetzen kann, fehlt dem aufgebauten Gerät noch eine stabile Hülle. Ich habe mich für eine Znüni-Box aus dem Haushalt entschieden.

Fazit:
Der Geigerzähler-Bausatz ist ein gut dokumentiertes Selbstbau-Projekt und kann von einem Bastler mit etwas Löt-und Elektronikerfahrung in gut 3 Stunden aufgebaut werden. Wenn man der Dokumentation folgt und die Schritte gemäss Anleitung durchführt, steht einem erfolgreichen Aufbau des Geigerzählers nichts im Wege.
Durch den recht einfachen Aufbau und Logikschaltung mit einem vorprogrammierten Arduino-Mikrokontroller kann man den Geigerzähler mit weiteren Funktionen, wie beispielsweise einem SD-Card-Logger erweitern. Durch die Verwendung der Arduino-Entwicklungsumgebung kann auch die Software auf einfache Weise erweitert werden.
Trotz den paar fehlenden Bauteilen im Lieferumfang, ist das ein toller Bausatz, welcher ich jedem Elektronik-Bastler und Arduino-Anwender empfehlen kann.

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Testbericht: Bausatz Geigerzähler von arduino-praxis | Permalink
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