Arduino Praxis

Der Prototino ist ein Arduino-Clone des kanadischen Herstellers Spikenzielabs. Wie der Name aussagt, steckt hinter dem Prototino ein Protoshield mit integriertem Arduino Clone. Vom schweizer Lieferanten boxtec wurde mir ein Prototino Kit zum Test zur Verfügung gestellt.

Das Prototino Board ist nur als Bausatz lieferbar und muss vom Anwender selber zusammengelötet werden. Alle nötigen Bauteile für den Prototino sind in einem Antistatik-Beutel unterbracht. Sehr praktisch ist dazu die auf dem Beutel aufgeklebte Stückliste aller Bauteile. Auch Einsteiger können dadurch sehr schnell die einzelnen Bauteile identifizieren und auflöten.

Das Bestücken und Auflöten der Komponenten ist schnell gemacht. Erfahrene Anwender benötigen als Hilfe meist nur die Stückliste auf dem Beutel. Für Anfänger steht auf der Spikenzielabs-Website eine ausführliche Anleitung mit Bildern zur Verfügung welche man sich vor dem Zusammenbau zu Gemüte führen sollte.

Nach dem Zusammenbau prüft man nochmals die Lötstellen und kann dann den ATmega328 auf den Sockel stecken. Anschliessend kann man den Prototino in Betrieb nehmen.

Versorgungsspannung
Mit dem aufgelöteten Spannungsregler kann man den Prototino mit einer Versorgungsspannung von 7.5 – 12 Volt betreiben. Dazu verwendet man eine 9V-Blockbatterie oder einen Netzadapter (Steckernetzteil). Die externe Spannung wird dazu an der Stiftleiste an Pin Vin angeschlossen. Für den Anschluss der höheren Versorgungsspannung wäre es praktischer wenn 2 separate Anschlüsse für VIN und GND vorhanden wären an welchen man auch eine 2-polige Schraubklemme anlöten könnte. Zusätzlich sollte die Position von VIN näher beim Spannungsregler positioniert sein damit Störungen auf der Versorgungsspannung nicht die Signale des FTDI-Anschlusses beeinflussen.

Bei einer höheren Eingangsspannung oder einem grössen Stromverbrauch durch externe Aktoren oder Sensoren kann der Spannungsregler auf dem Board warm werden. Dank der idealen Position des Spannungsreglers am Rande der Leiterplatte kann man recht einfach einen Kühlkörper anschrauben.

Zusätzlich kann der Prototino auch direkt mit 5V betrieben werden. In diesem Fall ist der Spannungsregler (VR1) nicht nötig. Während dem Programmieren (Upload der Arduino-Sketche) wird das Board vom angeschlossenen Rechner versorgt. In diesem Fall darf die externe Batterie oder Netzteil nicht angeschlossen werden.

Die Zuführung der +5V kann auch über die Lötpunkte +5V und GND erfolgen. Dazu steht genügend Lötpads zur Verfügung um stabile Schraubklemmen aufzulöten.

Sketch-Upload
Im Gegensatz zum Standard-Arduino-Board steht auf dem Prototino kein USB-Anschluss zur Verfügung. Für den Sketch-Upload steht 6-polige Stifleiste mit einer seriellen Schnittstelle zur Verfügung. Die Verbindung dieser seriellen Schnittstelle mit dem Rechner erfolgt über ein USB/Serial-Kabel, auch als FTDI-Kabel bezeichnet.

Das FTDI-Kabel wird am USB-Port des Rechners und an der Stiftleiste angeschlossen. Dabei muss beim Anschliessen des Kabels am Prototino die korrekte Richtung beachtet werden. Als Hilfe kann man auf die Farben der einzelnen Drähte des Kabels schauen. Dazu sind die Farben der äussersten Pins auf der Leiterplatte bezeichnet, B für Schwarz (black) und G für Grün (green).

Neben dem FTDI-Kabel kann auch ein sogenanntes FTDI-Breakout-Board verwendet werden. Dieses Board macht die Umsetzung des USB-Signals auf das serielle Signal. Für die Verbindung des FTDI-Breakout-Boards mit dem Rechner reicht in diesem Fall ein handelsübliches USB-Kabel.

Inbetriebnahme
Die Inbetriebnahme ist sehr einfach. Nach dem Verbinden des Prototino mit dem Rechner über das FTDI-Kabel leuchtet die rote Power-Leuchtdiode und zeigt an dass das Board mit Spannung versorgt wird. Wie gewohnt, ist auch auf dem Prototino der Beispielsketch BLINK hochgeladen. Da aber keine Leuchtdiode an Pin 13 angeschlossen ist, sieht man die korrekte Ausführung des hochgeladenen Programmes nicht sofort in optischer Form. Zum Test kann man ein Voltmeter an den Pin 13 anschliessen um das Signal zu prüfen. Für eine optische Prüfung steckt man eine LED mit Vorwiderstand auf ein Steckbrett und schliesst die – und + Signale an GND und Pin13. Wenn die LED blinkt, ist das Board betriebsbereit.

Prototypenfläche auf dem Prototino
Neben der Arduino-Schaltung steht auf dem Prototino-Board über die Hälfte der Fläche für eigene Schaltungsaufbauten zur Verfügung.

Die Prototypenfläche ist dabei in einzelne Lötpins und in Streifen mit mehreren Lötpins aufgeteilt. Am Rand des Prototypenbereichs sind die Anschlüsse für +5V und GND die man einfach mit einzelnen Lötpins verbinden kann. Für eigene Schaltungsaufbauten wäre aber eine Prototypenfläche mit einzelnen Lötpunkten idealer. Für meinen Testaufbau wollte ich ein RFM12B-Breakout Board auflöten. Durch die einzelnen miteinander verbundenen Lötpins kann ich das Breakout Board nicht nach eigenen Wünschen platzieren.

Beim Schaltungsaufbau ist es sehr praktisch dass die Arduino-Pins in einer Reihe am Rand der Arduino-Schaltung angeordnet sind. Auf diese Weise kann man die einzelnen Ein-oder Ausgänge einfach mit der eigenen Schaltung verbinden.

Das Prototino-Board eignet sich auch sehr gut als Prototypen-Bord da auf der freien Prototypenfläche auch genügend Platz für ein Steckbrett vorhanden ist. Mit 4 Abstandbolzen aus Kunststoff in den Ecken des Prototino montiert kann man die Stabilität des Boards erhöhen. Der Prototino lässt sich beim Experimentieren einfach auf eine flache Unterlage stellen ohne dass man Kurzschlüsse auf der Leiterplattenunterseite produziert.

Für mobile Anwendungen oder als mobiles Prototypen-Board passt der Prototino sogar in eine kleine Metallbox.

Fazit:
Der Arduino Clone Prototino ist ein praktisches Arduino-Board mit einer grossen Prototypenfläche für eigene Schaltungsaufbauten. Das Board ist auf einer stabilen Leiterplatte aufgebaut. Die saubere Beschriftung der Leiterplatte und die ausführliche Bauanleitung ermöglichen einen schnellen und problemlosen Aufbau des Prototino. Das Board kann dadurch auf von einem Anfänger aufgebaut werden. Dank der integrierten Prototypenfläche erhält man mit dem Prototino ein kostengünstiges Arduino-Board mit Platz für zusätzliche Prototypenschaltungen. Einzig beim Einsatz von zusätzlichen Shields ist der Prototino nicht die ideale Boardvariante da die Pins nicht im Arduino-kompatiblen Pinraster platziert sind.

Einsatz des RFM12B Breakout Boards mit einem Minuino.

Bei der Verwendung eines RFM12B Transceivers mit Minuino oder einem anderen Arduino Board ist zu beachten dass der Transceiver mit maximal 3.8 V betrieben werden darf. Bei 5V-Betrieb müssen ein 3.3V-Spannungsregler für die Versorgung und Widerstände für die Signalanpassung ergänzt werden. Mit einer 3V-Versorgung sind diese Zusatzbauteile nicht nötig.

Das von mir realisierte RFM12B Breakout Board, die Adapterplatine zum einfachen Auflöten des RFM12B Transceivers, gibt es ab sofort im Shop vom schweizer Arduino-Lieferanten boxtec zu kaufen.

Auch die RFM12B Module bietet boxtec im Webshop an.

Am Samstag, 6. April 2013 organisiert snowflake zum ersten Mal einen Arduino-Workshop für Fortgeschrittene in dem fortgeschrittene Arduino-Anwender-und Tüftler sich mit Gleichgesinnten austauschen und kleine Projekte realisieren können.

Weitere Infos und Anmeldung zum Workshop

Bis zum 24. Februar 2013 gibt es einen Frühbucher-Rabatt !!

Im Rahmen der Aktion Free4Review hat mir die Firma boxtec einen Minuino Kit zum Testen zur Verfügung bestellt. Der Minuino ist ein Arduino Clone der kanadischen Firma Spikenzielabs. Bei der Entwicklung des Minuino waren die Hauptziele die Realisierung eines kostengünstigen Arduino Clone der nur wenige Bauteile benötigt.

Spikenzielabs Minuino

Der Minuino wird als Bausatz ausgeliefert und muss vom Anwender selbst zusammengebaut werden.

Die Komponenten des Bausatz werden in einem Antistatik-Beutel geliefert. Auf dem Beutel ist die Stückliste aufgeklebt und man kann sofort mit dem Zusammenbau beginnen. Leider ist die Internet-Adresse mit weiteren Informationen, welche auf dem Stücklistenaufkleber erwähnt ist, nicht verfügbar.

Dank dem sauberen und gut lesbaren Bestückungsdruck kann das Auflöten der Bauteile auch ohne detailierte Anleitung gemacht werden. Bedingung ist dass man die einzelnen elektronischen Bauteile kennt. Neben dem sauberen Aufdruck auf der Leiterplatte fällt die Leiterplattendicke mit 2.4mm sowie die geringe Abmessung der Leiterplatte auf.

Trotz den geringen Abmessungen der Leiterplatte von 47×53mm, ein Arduino Uno hat eine Grösse von 68×53mm, sind die Pinabmessungen identisch wodurch man Standard-Shields aufstecken kann.

Das Bestücken und Löten der wenigen Bauteile ist schnell erledigt. Leider ist das Rastermass für die beiden Widerstände recht knapp und man muss die Anschlussdrähte der Widerstände recht eng umbiegen. Durch die Überdicke der Leiterplatte und die dadurch längeren Bohrungen der einzelnen Lötaugen ist eine etwas längere Lötzeit erforderlich. Die Leiterplattendicke mag zwar originell sein, ist aber beim Löten eher hinderlich da man durch die längeren Lötzeiten die Bauteile überhitzen kann.

Zum Schluss wird der ATmega328-Microcontroller auf den Sockel gesteckt und der Minuino ist betriebsbereit. Im Gegensatz zum Arduino Uno kann nun nicht direkt ein USB-Kabel am Board angeschlossen werden. Durch die schmale Bauform und die Minimalschaltung fehlt ein USB/Seriell-Wandler. Für den Programm-Upload können der ICSP-Anschluss (2×3-polige Stiftleiste) oder der FTDI-Anschluss verwendet werden. Der FTDI-Anschluss erfordert einen externen USB/Seriell-Adapter, beispielsweise ein FTDI Basic Breakout, oder ein FTDI-Kabel. Die 6-polige Stiftleiste ist sauber beschriftet und hilft dem Anwender beim korrekten Anschliessend des FTDI-Breakouts bzw. des FTDI-Kabels. Für die Orientierung mit FTDI-Kabel sind auf der Leiterplatte die beiden äusseren Kabelfarben (Signal DTR grün, Signal GND schwarz) notiert. Ein mechanischer Verpolungsschutz ist dabei nicht vorhanden.

Nachdem ein FTDI-Adapter angeschlossen ist, leuchtet die rote Betriebs-Leuchtdiode und der Minuino wird gestartet. Zum Test wird dazu eine LED an Pin13 und an GND angeschlossen. Nach dem Start beginnt die LED zu blinken. Wie erwartet ist der Blink-Sketch installiert und meldet die korrekte Funktion des Minuino.

Mit dem korrekten Ausführen des Blink-Programms funktioniert der Minuino und kann nun für eigene Anwendungen genutzt werden.

Spannungsversorgung
Im Gegensatz zum Arduino Uno befindet sich auf dem Minuino-Board keine Spannungsstabilisierungs-Schaltung. Der Minuino kann nur mit einer stabilen 5 Volt-Versorgung betrieben werden. Die Zuführung der 5 Volt erfolgt entweder über den 5V-Anschluss der Power-Buchsenleiste oder über die FTDI-Stiftleiste. Zu beachten ist dass auf dem Minuino keine 3.3 Volt zur Verfügung stehen. Anwendungen mit 3.3 Volt müssen diese selber bereit stellen.

Anwendungen mit Shields
Die Positionierung der Buchsenleisten für digitale und analoge Pins sowie Spannungsversorgung entspricht dem Arduino-Standard. Mechanisch passen somit die meisten Standard-Shields auf das Minuino-Board. Shields welche aber die 6-polige ICSP-Stiftleiste mit dem SPI-Interface nutzen, können mit dem Minuino nicht betrieben werden da die Position des ICSP-Anschlusses auf dem Minuino nicht dem “Arduino-Standard” entspricht. Konkret kann somit kein aktuelles Ethernet Shield mit dem Minuino genutzt werden. Wie bereits erwähnt, steht auf dem Minuino keine 3.3V-Versorgung zur Verfügung. Shields welche dies Spannung benötigen, müssen diese selber bereitstellen.

Minuino als Sensor Node
Für mein Homeautomation-Projekt mit den Sensor Nodes wäre der Minuino ein Kandidat der sich für Sensoranwendungen eignen würde. Speziell bei Anwendungen mit vielen Eingangssignalen oder Analogwerten oder wenn eine Bibliothek nicht mit einem ATtiny-Controller eingesetzt werden kann.

Bei meiner Testschaltung mit dem Minuino als Sensor Node erfolgt die drahtlose Übertragung der Sensordaten mittels einem Protoshield mit aufgelötetem RFM12B Transceiver. Die Spannungsversorung des Minuino erfolgt dabei über 2 AA-Batterien welche auch den RFM12B versorgen. Auf dem eingesetzten Protoshield ist auch bereits ein Umweltsensor vom Typ DHT11 aufgelötet. Das Minuino-Board fragt die Messwerte vom Sensor ab und sendet diese an eine Basisstation. In meinem Fall einem drahtlosen Display.

Der Minuino als Sensor Node sendet nun als Node 29 jede Minute Daten an die Basisstation. Die restliche Zeit ist der Node im Sleepmodus um den Batterieverbrauch so gering wie möglich zu halten.

Fazit:
Das Minuino-Board von Spikenzielabs ist ein praktischer Arduino Clone. Dank dem einfachen und schmalen Aufbau eignet sich der Minuino ideal für kleine und kostengünstige Arduino-Projekte. Der gut lesbare Aufdruck auf der Leiterplatte macht ein Bestücken der Bauteile zum Kinderspiel und kann auch von einem Anfänger problemlos ausgeführt werden. Einzig die überdicke Leiterplatte stört etwas beim Löten da mehr Hitze über den Lötkolben zugeführt werden muss. Mit einer Leiterplatte mit Standarddicke könnte vermutlich der Preis für den Minuino-Kit noch etwas reduziert werden. Die schmalen Abmessungen des Boards ermöglichen den Aufbau von kleinen Arduino-Anwendungen. Dank dem Standard-Pinout können die meisten Shields aufgesteckt und verwendet werden. Der Minuino ist ein empfehlenswertes Board für kleine Arduino-Anwendungen.
Herzlichen Dank an die Firma boxtec für die Bereitstellung eines Minuino Kits.

Der VG400 Sensor, eine Sensor für die Messung der Feuchtigkeit im Boden habe ich in einem früheren Post vorgestellt. Meine Testreihe mit verschiedenen Sensoren läuft seit Juli 2011. In diesem Dauerversuch ist auch ein VG400-Sensor im Einsatz.

Durch die guten Resultate des VG400 und die einfache Verwendung, der Sensor benötigt nur eine einfache Versorgungsspannung und liefert direkt eine analoge Ausgangsspannung, eignet sich der Sensor auch ideal für den Einsatz mit meinen drahtlosen Sensor Nodes.

Der VG400 benötigt eine Versorgungsspannung von minimal 3.3 Volt. Da der Sensor-Node mit 2 AA-Batterien versorgt wird und somit rund 3 Volt Betriebsspannung hat, habe ich für die Sensorversorgung einen kleinen Spannungswandler auf dem Attiny-Board montiert (rote Leiterplatte).

Der Sensor VG400 benötigt für den Betrieb weniger als 7 Milliampere. Da der Sensor nur jede Minute abgefragt wird, bleibt die Belastung der beiden Batterien gering.

Wie die bisherigen Sensor Nodes wird auch der Bodenfeuchte-Sensor in einem dichten Gehäuse verpackt und sendet nun jede Minute einen Messwert an die Basisstation.

Meine bisherigen Experimente mit den Attiny Sensor Boards nehmen langsam Gestalt an. Nachdem ich verschiedene Sensoren getestet und verglichen habe, werden Thermistoren als Temperatursensoren, LDR als Lichtsensor und Umweltsensoren vom Typ DHT11 und DHT22 als fertige Sensor Nodes aufgebaut.

Die Logik des Sensor Nodes ist ein kleiner Microcontroller vom Typ ATtiny84. Die Daten werden mittels 433 Mhz-Transceiver RFM12B übertragen. Diese Lösung basiert auf dem TinyTX Wireless Sensor.

Neben dem Transceiver und dem ATtiny-Controller (IC1) ist auf dem Board ein Pullup-Widerstand (R1), eine 3-polige Stiftleiste (K1) für den Anschluss von Sensoren sowie eine kleine Prototypenfläche vorhanden. Die Spannungsversorgung wird an den Anschlüssen +Bat und GND angeschlossen. Falls eine Spannungsversorgung von mehr als 3.3 Volt angeschlossen wird, muss ein 3.3V-Spannnungsregler (IC2) aufgelötet werden. Andernfalls kann Spannungsregler mit einer Drahtbrücke überbrückt werden. Die Antenne wird am Anschluss A aufgelötet.

Die Schaltung des Sensor Nodes ist sehr einfach. Der ATtiny84 benötigt keine externe Beschaltung. Das Sensorsignal wird an Pin13 angeschlossen welcher als digitaler Pin D10 oder als analoger Pin A0 verwendet werden kann. Die Versorgung des Sensors wird über Pin 12 (D9) geschaltet. Im Standby-Modus, also wenn keine Daten gesendet werden, ist Pin D9 auf Low.

Mit einer Batteriebox für 2 AA-Batterien versorgt, werden die drahtlosen Sensormodule in ein kleines und dichtes Gehäuse verpackt.

Als Gehäuse habe ich dazu günstige Verteilerboxen aus dem Baumarkt ausgewählt. Ein einzelnes Gehäuse aus Kunststoff kostet etwa 2 EUR und lässt sich gut bearbeiten. An allen 4 Aussenseiten sind runde Aussparungen vorgesehen welche mit einem scharfen Messer oder einem Bohrer entfernt werden können.

Die einzelnen Sensor Nodes bekommen noch einen Label mit der Node-ID und Infos zum verwendeten Sensortypen.

Fritzing Projekt:
Download V1.0 (.fzz, 67kB)

Stückliste:
1 Leiterplatte Attiny Sensor Board
1 RFM12B Transceiver
1 IC ATtiny84A-PU (IC1)
1 IC-Sockel 14 pol.
1 Spannungsregler 3.3V, TO-92 (IC2) (siehe Text)
1 Widerstand, je nach Sensortyp (R1)
1 Stiftleiste 3 pol. (K1)
1 Draht 165mm (Antenne)
1 Batteriebox für 2 AA-Batterien
2 Batterien AA

Code:
Für die Ansteuerung des RFM12B Transceivers kann die Library JeeLib verwendet werden. Diese universelle Bibliothek bietet viele Beispiele für drahtlose Anwendungen mit dem RFM12B-Baustein. Für die einzelnen Sensortypen eignen sich die Beispiele des TinyTx-Projektes.

Als Empfänger oder Basismodul kann ein Arduino mit RF Sensor Shield verwendet werden.

Eine praktische Anleitung über die Verwendung von ATtiny Mikrocontroller ist auf dem Playground des schweizer Arduinolieferanten boxtec erschienen.

Neben der Übersicht der verschiedenen ATtiny-Typen, einem Pinmapping erklärt das Tutorial die Installation der nötigen Softwarekomponenten und wie man die ATtiny-Mikrocontroller mittels Arduino-IDE programmiert.

Wer sofort mit den ATtiny-Controllern beginnen will, findet bei boxtec günstig die nötigen Komponenten

• ATtiny13
• ATtiny84
• ATtiny85
• USBTiny Programmer

Buch von Elektor und Leiterplatten zu Netzteilprojekt

Die Leiterplatte zum Netzteil-Projekt ist auch nach gut 20 Jahren noch nutzbar und von guter Qualität. Software aus dem Zeitraum, ein Projekt eines digitalen Netzteils, kann ich leider nicht mehr lesen

Das Buch Stromversorgungen selbstgebaut gibt es immer noch auf dem Amazon-Marketplace.

Der RF-Transceiver RFM12B ist ein ideales Bauteil für die Realisierung von kostengünstigen drahtlosen Anwendungen über das ISM-Band. Das RFM12B-Modul kann sowohl als Sender wie auch als Empfänger betrieben werden. Im Elektronik-Handel sind diese Module für die Frequenzbereiche 433 Mhz und 868 Mhz verfügbar.

Bei meinen Experimenten mit den Attiny Sensor Nodes und dem RF Sensor Shield mit LCD kommt diese Komponente auch zum Einsatz.

Da diese RF-Module für die direkte Oberflächenmontage auf einer Leiterplatte ausgelegt sind, ist der Einsatz auf einem Steckbrett oder Protoshield etwas kompliziert da keine Anschlussbeine-oder Drähte vorhanden sind. Für erste Experimente habe ich mir dazu eigene Breakout Boards mittels Lochrasterplatine und Anschlusspins aufgebaut.

Der Aufbau auf diese DIY Breakout Boards ist aber weiterhin zeitaufwändig und erfordert eine feine Hand und saubere Lötstellen. Darum habe ich nun ein eigenes Breakout Board erstellt und bei iteadstudio produzieren lassen.

Stromlaufplan:

Stückliste:

1 Leiterplatte RFM12B Breakout Board
2 Stifleiste 7 polig (ST1, ST2)
1 RFM12B

Mit den Stiftleisten angelötet kann das Breakout Board nun für Anwendungen auf dem Steckbrett oder auf einer Lochrasterplatine oder Protoshield eingesetzt werden.

Leiterplatte:
Download Fritzing-Projekt V1.0 (.fzz, 58 kB)

Hinweis:
Die Ansteuerung und Pegelwandler für 5V-Anwendungen sind auf dem Breakout Board nicht vorhanden uns müssen in der jeweiligen Schaltung aufgebaut werden.