Arduino Praxis Blog

Mit dem bereits erwähnten Bausatz SD Card RTC Logshield hat mir Snootlab noch ein Power ScrewShield zur Verfügung gestellt. Das Power ScrewShield ist ein übergrosses Protoshield mit Schraubanschlüssen.

Auch dieser Bausatz wird in Einzelteilen geliefert und muss vom Anwender zusammengelötet werden. Snootlab liefert das Power ScrewShield in einem ESD-Beutel welcher alle nötigen Bauteile beinhaltet.

Das Power ScrewShield wird wie alle Arduino Shields auf ein Arduino-Board gesteckt. Alle Anschlüsse der Arduino-Buchsenleisten sind auf Schraubklemmen geführt und erlauben somit eine stabile und sichere Anschlusstechnik. Im mittleren Bereich des Shields steht eine freie Fläche mit frei nutzbaren Lötpads zur Verfügung auf welcher man eigene Schaltungen aufbauen kann. Zusätzlich ist auf der Leiterplatte ein Bereich mit Lötpads für einen SMD-Halbleiter mit 16 Pins vorhanden.

Das Power ScrewShield kann für Anwendungen, welche höhere Spannungen oder Ströme benötigen, verwendet werden. Anwendungsfälle sind Motoranwendungen oder Anwendungen mit hochstromigen Leuchtdioden. Für diese Anwendungsfälle sind zusätzliche Anschlussmöglichkeiten für eine externe Spannung vorbereitet. Diese externe Versorgungsspannung kann über Schraubklemmen, wie auch über einen Molex-Stecker zugeführt werden. Die Anschlussbelegung des Molexsteckers entspricht der von PC-Netzteilen.

Der Aufbau des Power ScrewShields ist recht einfach. Eine sehr detailierte Anleitung mit Bildern beschreibt jeden einzelnen Schritt des Aufbaus.

Beim Einsatz der externen Versorgungsspannung empfiehlt es sich vorher einen Blick auf den Stromlaufplan des Shields zu werfen. Mittels Lötverbindung SJ1 kann die externen Spannung auf eine Verteilerleiste, bezeichnet mit 12 V, geführt werden. Vor dem Aufstecken auf ein Arduino-Board sollte vorher mit einem Voltmeter die Spannungsführung auf der Leiterplatte überprüft werden. Gleichzeitig sollte überprüft werden wie das Arduino-Board versorgt wird. Eine externe 5 Volt-Versorgung und eine gleichzeitige Versorgung über den USB-Port kann zu Schaden führen.

Fazit:
Mit der stabilen Leiterplatte und den festen Schraubklemmen eignet sich da Power ScrewShield für produktive Arduino-Anwendungen welche viele Anschlussleitungen nutzen. Durch die dicken Leiterbahnen und die Möglichkeit der externen Versorgung ist dieses Shield ideal als Basis für Motor-oder Leuchtdioden-Anwendungen. Auch dieses Shield von Snootlab hat einen sauberen und gut lesbaren Bestückungsdruck mit welchem alle Anschlüsse und Bereiche gut verständlich gekennzeichnet sind.
Für grössere Leistungsanwendungen, beispielsweise beim Einsatz mehrerer Leistungstransistoren, kann das verfügbare Protoshield schnell zu klein werden. Die SMD-Pads und der IC-Prototypenbereich benötigen relativ viel Platz den man nach meinem Empfinden besser für frei nutzbare Lötpads verwenden könnte.

Snootlab ist ein französiches Unternehmen in Toulouse und hat sich auf die Entwicklung von Opensource Hardware, speziell die Entwicklung von Arduino Shields, spezialisiert.

Freundlicherweise wurde mir von Snootlab ein Memoire Shield zum Test zur Verfügung gestellt. Das Memoire Shield ist eine Erweiterungsplatine mit integriertem SD Card Adapter, Uhrenbaustein und Prototypenfläche. Auf ein Arduino-Board aufgesteckt, eignet sich dieses Shield als Datenlogger und speichert Daten von Sensoren auf einer SD Speicherkarte.

Das Shield wird als Bausatz geliefert und muss vom Anwender selbst zusammengelötet werden. Der Bausatz beinhaltet neben der Leiterplatte die Stifleisten und weiteren Bauteile für den Aufbau des Datenloggers. Der Adapter für die SD Card und ein Spannungsregler (auf der Unterseite der Leiterplatte) sind bereits auf der Leiterplatte aufgelötet.

Der Aufbau der Leiterplatte ist dank der sehr detailierten Montageanleitung einfach. In der Anleitung wird jeder Schritt in Bildern erklärt. Der Aufbau kann durch diese ausführliche Anleitung auch von einem Einsteiger problemlos ausgeführt werden. Zusätzlich zur Montageanleitung in Französich und Englisch stehen im Downloadbereich der Produktseite weitere Daten wie Stromlaufplan und Bestückungsplan zur Verfügung. Fortgeschrittene Anwender können die Daten des Memoire-Shield als EAGLE-CAD downloaden und weiterverwenden.

Nach dem Bestücken und Prüfen der Leiterplatte kann die Litium-Batterie in den Batteriehalter gesteckt werden und die Platine ist bereit für die ersten Test.

Die beiden zu prüfenden Hauptfunktionen sind die Uhrenschaltung mit dem DS1307 und die Speicherung der Daten auf der SD Card. Beide Funktionstests können mit separaten Arduino-Sketchen geprüft werden.

Für die Uhrenschaltung empfiehlt sich der Einsatz der RTClib von Adafruit. Diese Bibliothek eigenet sich hervorragend für Uhrenanwendungen da das Einstellen der Uhrzeit automatisiert wurde. Mit der Aktivierung der Anweisung RTC.adjust() wird die Uhrzeit aus der Compilierungszeit übernommen und gesetzt.

if (! RTC.isrunning())
{
 Serial.println("RTC is NOT running!");
 // following line sets the RTC to the date & time
 // this sketch was compiled
 RTC.adjust(DateTime(__DATE__, __TIME__));
}

Nach dem einmaligen Setzten der Uhrzeit kann die Uhreinstellung wieder deaktiviert werden. Die eingestellte Uhrzeit wird nun für mehrere Jahre durch die Lithium-Zelle auf dem Shield gespeichert.

#include <Wire.h>
#include "RTClib.h"

RTC_DS1307 RTC;

void setup () {
    Serial.begin(57600);
    Wire.begin();
    RTC.begin();

  if (! RTC.isrunning()) {
    Serial.println("RTC is NOT running!");
    // following line sets the RTC to the date & time
    // this sketch was compiled
    RTC.adjust(DateTime(__DATE__, __TIME__));
  }
}

void loop () {
    DateTime now = RTC.now();

    Serial.print(now.year(), DEC);
    Serial.print('/');
    Serial.print(now.month(), DEC);
    Serial.print('/');
    Serial.print(now.day(), DEC);
    Serial.print(' ');
    Serial.print(now.hour(), DEC);
    Serial.print(':');
    Serial.print(now.minute(), DEC);
    Serial.print(':');
    Serial.print(now.second(), DEC);
    Serial.println();
}

Das Speichern von Daten auf einer SD Card, welche nicht im Lieferumfang enthalten ist, kann mit der Standard-Library SD von Arduino 1.0 erfolgen. Die elektrische Ansteuerung der Memorycard erfolgt dabei über die Standardport D10 bis D13. Falls man andere Portleitungen des Arduino-Boards verwenden möchte, kann man die Leiterbahnverbindungen an vorgesehen Stellen mit einem Messer oder Skalpell unterbrechen und nach eigenen Wünschen verdrahten.

Beide Schaltungselemente zusammen ergeben nun einen kleinen Datenlogger welcher Temperaturwerte oder andere Umweltdaten erfasst. Mein Datenlogger liest und speichert die Temperaturwerte von angeschlossenen 1-Wire-Sensoren vom Typ DS1820. Auf der freien Prototypenfläche werden die Stiftleisten für die externen Temperatursensoren aufgelötet sowie in Sensor für die interne Temperaturmessung montiert.

Ganz praktisch dabei ist saubere Beschriftung der einzelnen Ports und die Bereiche der Potentiale auf der Bestückungs-und Lötseite des Shields. So findet man ohne Messen die GND- und +5Volt-Signale.

Mein Datenlogger habe ich in eine dichte Frühstücksbox platziert. Ein kleiner Ausschnitt unter dem Deckel ist die Öffnung für das Kabel des angeschlossenen externen Temperatursensors. Der Datenlogger hat bereits in mehreren kalten Nächten die Temperatur gemessen und gespeichert.

Fazit
Das Memoire-Shield von Snootlab ist eine sehr praktische und nützliche Erweiterung für Arduino-Anwendungen. Die Qualität und die saubere Beschriftung der Leiterplatte sowie die grosse Fläche für eigene Protoypenaufbauten sind Punkte die mir am Memoire Shield von Snootlab gefallen haben.

Roboteranwendungen mit Arduino werden meist mit Servos oder kleinen Gleichstrommotoren betrieben. Beim Einsatz von durchlaufenden Servos (Continous Servos) wird keine externe Ansteuerungselektronik verwendet. Servos können direkt an den digitalen Arduino-Ports angeschlossen und per PWM-Signal angesteuert werden.

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.

Von Jörg Zydek, einem Leser meines Buches, habe ich einen Feedback bekommen.

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.

Im Arduino-Forum hat ein Leser das wohl günstigste Gehäuse für Arduino-Boards vorgestellt.  Der Forumuser JO3RI hat beim Betrachten der Arduino-Verpackung mehrere gestrichelte Linien entdeckt.

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)

Julian S. ist ein Leser meines Buches und er hat das Projekt 7-Segment-Anzeige über I2C-Bus aus dem Kapitel 5 auf einer Lochrasterplatine aufgebaut.

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)

Geschenk vom lieben Nikolaus

Arduino Uno R3, Lebkuchen und Mandarinen

Anfang Dezember hat das Arduino Team die Entwicklungsumgebung Arduino 1.0 freigeschaltet. Nach mehreren Vorversionen steht endlich die neue Software zur Verfügung. Die Version 1.0 bietet eine Reihe von Änderungen, am Sichtbarsten sind die neue Farbgestaltung der Oberfläche und die neue Dateiendung .ino.

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.

Fritzing, die Opensource Software für die Darstellung von Steckbrett-Schaltungen wird von vielen Arduino-Anwendern verwendet um die eigenen Projekte zu beschreiben. Die Software erlaubt es dem Anwender sehr schnell eine Schaltung auf dem Steckbrett aufzubauen, beziehungsweise auf dem Steckbrett am Bildschirm darzustellen.

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.

„The Making of Arduino“ ist die Erfolgsgeschichte von Arduino und erzählt wie der erste Arduino-Prototyp entstanden ist und wie eine kleine Leiterplatte die Opensource-und Bastelwelt erobert hat.

(via Hack A Day Blog)