Arduino Praxis Blog

Wie das Arduino Team soeben meldet, ist das neue Board Arduino Due verfügbar.

„The Arduino Due is the newcomer microcontroller board in the Arduino boards family. It’s the first board based on a 32 bit ARM core processor, the Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3 MCU, that improve all the standard Arduino functionalities and add more new features.“

Bild (c) arduino.cc

Alle Details zum neuen Arduino Due sind auf der Produktseite verfügbar. Das Board selbst kann über den Arduino Shop für 39 EUR bestellt werden.

Der Arduino Due wird über die neue Arduino-Software Version 1.5.0 programmiert.

15 Teilnehmer haben gestern am von snowflake organisierten Arduino Workshop für Einsteiger teilgenommen. Die interessierten Arduino-Bastler haben erfolgreich ihre ersten Arduino-Anwendungen realisiert. Schnell wurde eigene Ideen realisiert. Mit einem vollen Rucksack an Arduino-Wissen, einem SideKick Kit, Sensoren und dem Buch Arduino Praxiseinstieg können die Kursteilnehmer nun auf dem erlernten Wissen aufbauen und ihre eigenen Projekte realisieren. Geplante Projekte sind Wetterstation, Bodenwässerung mit Feuchtesensoren und Motorrad-Schaltmodul.

(Photo: M.Rossi)

Die 2. und erweitere Auflage von Arduino Praxiseinstieg ist nun im Buchhandel verfügbar. Viele neue Projekte und Beispiele mit Stückliste, Schaltungsaufbau auf Steckbrett und Stromlaufplan. Das Buch ist komplett in Farbe und hat einen Umfang von 520 Seiten.

Die Web-und Opensource Agentur snowflake veranstaltet am 20. Oktober 2012 in Zürich einen Arduino-Workshop für Einsteiger. Ich führe als Referent durch diesen Workshop.

Der Workshop richtet sich an Einsteiger, Bastler, Tüftler und an alle Interessierten die erste Schritte mit der Opensource Hardware Arduino wagen möchten.

Jeder Workshop-Teilnehmer bekommt ein Arduino Uno Board, Anschlusskabel, Steckbrett und eine Anzahl elektronische Komponenten sowie mein neues Buch Arduino Praxiseinstieg, 2. Auflage und lernt dabei in spannenden Experimenten die Welt von Arduino kennen.

Alle Details zum Workshop und Anmeldeformular findet man auf der Website von snowflake.

Frühbucher erhalten bis zum 30. September einen Rabatt von 70 CHF.

Teilnehmer die diesen Anlass in ihrem Blog oder auf  Twitter reposten, retweeten oder erwähnen erhalten ebenso einen Rabatt von 70 CHF.

Die Google Weather API war ein von Google undokumentierter Dienst, der von vielen Anwendungen und Websites genutzt wurde. Wie viele Anwender berichten, ist der Dienst seit kurzem nicht mehr in Betrieb.

Da ich den Wetterdienst im der 2. Auflage in den Kapiteln 8.4.2 (Wetterdaten von Google Weather abfragen) und 8.9 (Projekt Wetterstation) verwendet habe, muss nun ein anderer Dienst verwendet werden.

Als guter Ersatz empfiehlt sich hier der Wetterfeed von Yahoo.

Wie der Google Dienst liefert auch die  Wetter-API von Yahoo die Wetterdaten als XML die man mit geeigneten Programmen und Funktionen einlesen kann.

Die Wetter-Daten werden in der folgen Form aufgerufen:

http://weather.yahooapis.com/forecastrss?w=StandortID

Die StandortID ist dabei eine einheitliche Standort-ID die über eine Abfrage ermittelt werden kann. Für Zürich wird die ID so abgefragt:

http://query.yahooapis.com/v1/public/yql?q=select%20*%20from%20geo.places%20where%20text%3D%22Schweiz%20Z%C3%BCrich%22&format=xml

Im Feld 784794 kann dann die StandortID ausgelesene werden.
Für Zürich also 784794.

Die Wetterdaten für einen gewünschten Standort können anschliessend weiterverarbeitet werden, für PHP steht hier eine gut dokumentierte Funktion SimplePie zur Verfügung.

Update 15.09.12:
Alle Beispiele aus dem Buch als ZIP im Downloadbereich verfügbar.

Der Olimexino-32U4 ist ein Arduino Leonardo – kompatibles Board des bulgarischen Hardware-Herstellers Olimex . Der schweizer Distributor von Olimex, die Firma boxtec hat mir freundlicherweise ein Olimexino-32U4 zum Review zugestellt. Herzlichen Dank dafür.

Der Olimexino-32U4 wird in einer kleinen Kartonverpackung ausgeliefert. Die Verpackung selbst ist noch kleiner als die Verpackung eines Arduino Leonardo oder Arduino Uno. Nach dem Auspacken des Boards ist der Grund für die kleine Verpackung schnell zu erkennen. Das Olimexino-Board hat geringere Abmessungen als die Standard-Boards von Arduino. Der Olimexino-32U4 ist nur 55 mm breit, ein Leonardo-Board dagegen hat eine Breite von 68 mm. Bei Anwendungen mit geringen Bauformen kann also das Olimexino-Board den Vorrang vor einem Arduino Uno oder Leonardo bekommen.

Olimexino-32U4 (vorne), Arduino Leonardo (hinten)

Neben der geringeren Bauform fallen schnell ein grosser, schwarzer, 10-polige Stecker mit der Bezeichnung UEXT und ein kleiner, weisser, 2-poliger Stecker auf. In der Dokumentation des Boards sind alle Anschlussmöglichkeiten beschrieben – UEXT ermöglicht die Erweiterung des Olimexino mit Erweiterungsplatinen des Herstellers. Am kleinen, weissen Anschlussstecker kann ein externer LiPo-Akku angeschlossen werden. Über eine integrierte Ladeschaltung kann der Akku aufgeladen werden.

Die Buchsenleisten des Olimexino entsprechen dem Arduino-Standard und erlauben das Aufstecken von Shields. Die Buchsenleisten haben bereits die erweiterte Anschlussmöglichkeiten, die mit dem Arduino Uno R3 eingeführt wurden. Einzige Ausnahme sind die beiden Zusatzanschlusspins an der Power-Buchsenleiste, der Reserveanschluss und der Anschluss IOREF sind auf dem Olimexino-32U4 nicht vorhanden.

Neben dem USB-Mini-Stecker ist auf dem Board eine 3-polige Stiftleiste für das Umschalten der Betriebsspannung von 3.3 oder 5 Volt. Die Spannungswahl erfolgt durch Stecken eines sogenannten Jumpers. Auf der Leiterplatte sind die beiden Spannungsarten aufgedruckt, wobei die Jumperposition im Handbuch anders beschrieben ist als auf der Leiterplatte aufgedruckt ist.

Auf dem Board sind zusätzlich etliche Leuchtdioden platziert die verschiedene Signale optisch anzeigen oder an einzelnen Arduino-Pins angeschlossen sind. Alle Leuchtdioden sind am Rand der Leiterplatte platziert und sind somit auch bei einem aufgestecktem Shield sichtbar. Der Aufbau des Olimexino wurde so entwickelt dass eine sehr flache Bauchform erreicht wird.

Der Olimexino-32U4 wird mit dem gleichen Microcontroller wie der Arduino Leonardo betrieben und erlaubt somit die Verwendung des Boards als USB-Device wie Maus oder Tastatur.

Inbetriebnahme
Wie von Arduino-Boards bekannt, ist auch bei diesem Board bereits ein Programm hochgeladen und betriebsbereit. Dieses spezielle Blinkprogramm setzt die beiden Leuchtdioden LED1 und LED2, die am unteren Rand der Leiterplatte platziert sind, in einen blinkenden Zustand. Die beiden Leuchtdioden sind an den Pins D7 und D9 angeschlossen.

Für das Hochladen eines Programmes auf das Olimexino-Board muss, wie bereits beim Arduino Leonardo, die Entwicklungsumgebung (IDE) mit Version 1.0.1 und der Treiber für Leonardo installiert sein. Bei der Boardauswahl muss „Leonardo“ gewählt werden.

Der Arduino Leonardo und Leonardo-Clones sind leider nicht voll kompatibel mit dem Standardboard Arduino Uno. In jedem Anwendungsfall muss somit geklärt werden ob ein Olimexino-32U4 das ideale Board für die jeweilige Anwendung ist.

Anwendung USB-Device
Zum Test der USB-Funktionalität habe ich die gleiche Testanwendung Datenlogger, wie beim Testbericht des Arduino Leonardo verwendet.
Nach dem Erstellen der Textdatei und dem Hochladen des Datenlogger-Sketches hat er Olimexino alle 2 Sekunden den gemessen Wert in der Textdatei gespeichert.

Sonderfunktionen
Wie bereits erwähnt, unterscheidet sich der Olimexino-32U4 mit verschieden Zusatzfunktionen und Anpassungen vom Standard Arduino Leonardo. Die Entwickler des Boards haben sich einiges einfallen lassen um Zusatzfunktionen auf dem Board zu integrieren. Einfache Zusatzfunktionen sind dabei die Konfiguration über Lötpunkte, im Handbuch als SMD-Jumper beschrieben, mit denen man Leuchtdioden einzelnen Pins zuordnen oder Analog-GND und Spannungssteuerung am Stecker UEXT aktivieren kann. Die beiden letzten Funktionen sind im Handbuch nur knapp beschrieben und erfordern fortgeschrittene Elektronik-Kenntnisse, da zum Verständnis der Funktion das Studium des Stromlaufplans des Olimexino erforderlich ist. Die SMD-Jumper selbst sind bereits vorkonfiguriert und müssen in den meisten Fällen nicht angepasst werden. Das Trennen oder Schliessen dieser Leiterbahnen-Verbindung erfordert eine Lötspitze für SMD und eine Lupe oder Mikroskop, da die SMD-Jumper winzig sind.

Auf der Innenseite der Buchsenleisten der Anschlusspins ist eine zusätzliche Reihe mit Lötpins vorhanden. Diese Lötpins sind parallel zu den Buchsenleisten für die Shields geschaltet.

Der einzige Unterschied dabei ist das verwendete Raster zwischen den Lötpinreihen. Bekanntlich ist die Buchsenleiste mit Pin D8 beginnend, nicht in einem Standardraster ausgeführt. Das Anschliessen einer Lochrasterplatine mit Zollraster ist über die Standard-Buchsenleisten nur durch Abbiegen der Anschlusspins möglich. Mit der zweiten Lötpinreihe bietet der Olimexino Anschlusspins im Zollraster, was das Aufstecken einer eigenen Lochrasterplatine vereinfacht. Eine einfache aber sinnvolle Funktionserweiterung.

Der schwarze Stecker mit der Bezeichnung UEXT ermöglicht den Anwender das Erweitern des Boards mit Zusatzmodulen des Herstellers. Beispiele für den Olimexino-32U4 sind aber auf der Website des Herstellers nicht verfügbar.

Eine ganz interessante Zusatzfunktion des Olimexino-32U4 ist die Möglichkeit zum Anschliessen eines LiPo-Akkus. Dazu steht auf dem Board ein Anschlussstecker mit einem 2mm-Raster für den direkten Anschluss eines LiPo-Akkus zur Verfügung. Im Handbuch ist leider, ausser der Anschlussbelegung, nichts genaueres über die Funktion beschrieben. Leider ist in der Doku auch nichts über den Akku beschrieben, der am Batterie-Anschluss angeschlossen werden kann. Die einzigen Angaben findet man beim Blick auf den entsprechenden Schaltungsteil im Stromlaufplan. Gemäss Stromlaufplan wird ein 3.7V-LiPo-Akku angeschlossen was schlussendlich bedeutet, dass das Board mit 3.3V betrieben wird. Dazu muss der Spannungsjumper entsprechend gesteckt werden.

In der Produktbeschreibung des Olimexino-32U4 wird die Möglichkeit der Batterieanwendung speziell hervorgehoben und erwähnt dass sich das Board ideal für portable Lösungen eignet. Um die Batterie-Anwendung zu testen, habe ich einen 3.7V-Akku mit einer Kapazität von 1000mAh besorgt.

Im ersten Schritt habe das Blink-Programm, das bei der Auslieferung auf dem Board geladen war, auf Stromaufnahme geprüft. Mit einem 3.7V-Akku und der Betriebsspannung von 3.3 Volt zieht die Schaltung einen Strom von 18 mA. Werden die Onboard-Leuchtdioden für Power und die seriellen Leitungen ausgeschaltet, kann hier noch das eine oder andere Milliampére gespart werden. Ein Arduino Uno mit dem gleichen Programm benötigte dazu bei meinem Labortest 43 mA.

Bei Tests mit Beispielen für Sensoren und einer Lösung für drahtlose Übertragung mit 433MHz haben einzelne Lösungen nicht funktioniert da die SPI-Kommunikation nicht mehr über die bisherigen Arduino-Pins geführt wird. Um beispielsweise eine Datenlogger-Anwendung mit einem SD-Card-Adapter in Betrieb zu nehmen, muss man Konfigurationen in der SD-Library anpassen.

Leider hat zum Schluss meiner Testreihe das Board Probleme mit der USB-Kommunikation gehabt. Ein Hochladen von einem Sketch für eine drahtlose Anwendung war leider nicht mehr möglich. Die Kommunikationsprobleme waren teilweise auch bei den ersten Tests aufgetreten. Dabei hat die IDE mehrfach die Informationen über den eingestellten USB-Port verloren. Zum Schluss konnte keine USB-Verbindung mehr aufgebaut werden und der Test der Batterieschaltung musste abgebrochen werden.

Fazit
Das Board Olimexino-32U4 ist ein Leonardo-kompatibles Board welches vom Hersteller mit zusätzlichen Optionen und Funktionen ausgestattet wurde. Für das Board bietet der Hersteller eine ausführliche Dokumentation welche aber für einzelne Funktionen trotzdem nicht ausreicht und ein Blick in den Stromlaufplan nötig ist.

Der Olimexino wurde mit einer Zusatzschaltung für den Anschluss und Betrieb eines LiPo-Akkus erweitert. Durch die schmalen Abmessungen und den geringeren Stromverbrauch eignet sich das Board ideal für portable und batteriebetriebene Anwendungen. Da das Olimexino-32U4-Board aber nicht in allen Fällen kompatibel mit einem Arduino-Standardboard ist, kann für portable Anwendungen nicht generell ein Olimexino-32U4 eingesetzt werden. Bei Anwendungen die das Board als USB-Device nutzen, ist die Stromversorgung bereits über das USB-Kabel gesichert und ein Batteriebetrieb wird es dabei nie geben. Da ich aber die Lösung mit dem externen Akku als gute Idee erachte, ist hier der Olimexino-328 (https://www.olimex.com/dev/olimexino-328.html) die idealere Lösung für portable Standardanwendungen. Die sehr kleine Bauform ist zwar ideal bei geringem Platzbedarf, erschwert aber die gute Lesbarkeit der Steckerbeschreibungen auf dem Board. Dem ICSP-Stecker fehlt die saubere Steckerbelegung, welche leider auch nicht fehlerfrei aus der Dokumentation zu ermitteln ist.

Meine Oregon Scientific Wetterstation im Garten sendet laufend Umweltdaten über Wind, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Regen. Die Messwerte werden dann auf der Anzeigeeinheit im Wohnraum dargestellt. Die Sensor-Daten werden dabei mittels 433-MHz-Funktechnologie übermittelt. Als Maker stellt sich hier nun schnell die Frage ob man die Daten mittels Empfänger-Modul selber abfragen und in anderer Art weiterverwenden kann, beispielsweise zur Darstellung im Intranet oder auf einer Website.

Das Empfangen und Decodieren von Sensordaten mittels Arduino wird regelmässig in verschiedenen Arduino-Foren besprochen. Brian von lostbyte.com hat zu diesem Thema ein Projekt im Forum veröffentlicht. Dabei hat er die Daten der Sensoren einer Oregon Scientific Wetterstation decodiert. Die Details dazu sowie ein Beispielsketch findet man auf seiner Website. Brian publiziert dabei die Wetterdaten auf einer Website, sowie auf einem lokalen Display.

Basierend auf dem Projekt von lostbyte.com habe ich ein drahtloses Display zur Anzeige der Wetterdaten aufgebaut. Als Display verwende ich dabei ein LC-Display von einem Nokia-Handy. Die LC-Displays der Nokiatypen 3310 und 5110 gibt es in verschiedenen Varianten im Handel.

Mein erster Prototyp nutzt ein Display von einem Nokia 5110. Die Ansteuerung erfolgt bei diesem Display über eine SPI-Kommunikation, wobei das LCD für Spannungen von 3.3 V ausgelegt ist. Die Signale vom Arduino-Board werden dazu über Spannungsteiler von 5 V auf 3.3 V gewandelt. Als Funkempfänger wird ein Empfangsmodul aus dem 433 MHZ RF Link Kit von Seeedstudio verwendet.

drahtloses Wetterdisplay

Neben dem Display für 3.3 Volt gibt es im Handel auch Ausführungen, welche mit 3.3 bis 5 Volt betrieben werden können. Diese Displays können mit der gleichen Display-Library angesteuert werden, haben aber meist eine andere Anschlussbelegung und benötigen keine Widerstände für die Signalanpassung. Für die Ansteuerung der Nokia-Displays gibt es verschiedenen 3310/5110-Libraries. Da dies Displays alle mit dem Display-Controller PCD8544 betrieben werden, kann auch direkt die PCD8544-Library verwendet werden.

Nachfolgender Aufbau zeigt das ganze Projekt als Steckbrett-Aufbau:

Download:
project_oregon_wetterstation_anzeige.txt

Aufbau:
Die Schaltung des drahtlosen Wetterdisplays wurde auf ein Proto Shield gelötet das dann in der endgültigen Form in ein Gehäuse oder hinter einer Frontplatte aus Kunststoff oder Holz platziert werden kann.

Die Stromversorgung wird idealerweise von einem kleinen Steckernetzteil geliefert. Test haben gezeigt, dass eine Batterie-Versorgung schnell an die Grenzen kommt. Auch eine volle 9 Volt-Batterie war beim Prototypen schnell leer. Bei einer Lösung mit Batterie sollten auf dem Arduino-Board alle unnötigen Anzeigeelemente wie Leuchtdioden entfernt werden.

Fazit:
Ein cooles Projekt mit vielen Möglichkeiten für den Ausbau nach eigenen Wünschen.

Das Inhaltsverzeichnis der 2. Auflage von Arduino Praxiseinstieg ist online.

Arduino Praxiseinstieg bei Creatron Inc. in Toronto/Kanada
 
 

Zusatzschaltungen für Arduino-Anwendungen baut man meist auf einem anwendungspezifischen Shield oder einem Proto Shield auf. Proto Shields sind universelle Erweiterungsplatinen mit vielen Lötpunkten die man für eigene Anwendungen verwenden kann.

Im Elektronik-Handel werde viele verschiedene Proto Shields angeboten. Die meisten Platinen haben neben den Lötpunkten für eigene Anwendungen noch vorbereitete Lötpunkte für Leuchtdioden, Reset-Schalter oder Lötpads für die Montage von Halbleitern für die Oberflächenmontage (SMD).

Proto Shields für Arduino

Diese Zusatzfunktionen sind zwar praktisch und universall nutzbar, benötigen aber Platz auf dem Shield der dann für eigene Anwendungen fehlt.

Proto Shields mit viel Platz und keinen unnötigen Lötaugen für Spezialbauteile bietet der kanadische Technologie-Hersteller  Technological Arts mit den Modellen ARPPROTO1 bis ARBPROTO4.

ARPPROTO3 von Technological Arts

Ich habe diese Protoshields während der Sommerferien in Ontario/Kanada beim kanadischen Arduino-Distributoren Creatron Inc. entdeckt. Lawrence von Creatron hat mir freundlicherweise 2 Shields vom Typ ARPROTO3 zum Test überreicht. Dieses Modell hat jede Menge freie Lötpins für eigene Schaltungsaufbauten, wobei immer 4 Pins miteinander verbunden sind. Das Shield eignet sich also ideal für Schaltungen mit integrierten Schaltungen (IC).
Wer noch andere Proto Shields mit ähnlichem Aufbau kennt, kann diese gerne in einem Kommentar erwähnen.