Abgesetzter Wettersensor mit NB-IoT

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Im Norden Deutschlands wird man schnell feststellen, dass die Abdeckung mit Gateways für TTS mit der in den Ballungszentren in der Mitte und im Süden Deutschlands in keiner Weise vergleichbar ist.

Was bleibt?

Entweder folgt man dem LoRaWAN-Community-Gedanken und nimmt ein eigenes Gateway in Betrieb und unterstützt die Community in Schwerin oder Rostock oder nutzt mit NB-IoT eine LPWAN-Alternative.

LoRaWAN ist eine verbreitete und unter bestimmten Bedingungen auch für jeden zugängliche Möglichkeit zur Übermittlung von Daten eines IoT-Knotens. Aber, LoRaWAN ist eine Möglichkeit und es gibt weitere, wie NB-IoT, Sigfox, LTE-M, Weightless, Symphony Link u.a.

Von den verfügbaren Technologien setzen sich LoRaWAN und NB-IoT deutlich ab. In der geschilderten Situation ist es also angebracht, sich auch mit NB-IoT auseinander zu setzen, um die Funktionen und Unterschiede der beiden Technologien zu verstehen.

LPWAN-Technologie NB-IoT

NB-IoT dient dem Senden und Empfangen kleiner Datenmengen (einige zehn oder hundert Bytes pro Tag), die von IoT-Geräten mit geringer Zahl an generierten Daten stammen. NB-IoT ist wie LoRaWAN nachrichtenbasiert, jedoch mit einer viel schnelleren Modulationsrate, die viel mehr Daten verarbeiten kann als LoRa.

NB-IoT ist für einfache Geräte gedacht, die über ein lizenziertes Frequenzspektrum eine Verbindung zu einem Betreibernetzwerk herstellen müssen.  Da NB-IoT-Geräte auf 4G (LTE)-Abdeckung angewiesen sind, profitieren sie von einer sehr guten Abdeckung und funktionieren in Innenräumen und in dichten städtischen Gebieten sehr gut. NB-IoT hat schnellere Reaktionszeiten als LoRaWAN und kann eine bessere Servicequalität garantieren.

Eine Gegenüberstellung der Hauptmerkmale beider LPWAN-Technologien zeigt die folgende Tabelle [1].

Technology ParametersLoRaWANNB-IoT
Bandwidth125 kHz180 kHz
Coverage165 dB164 dB
Battery Life15+ years10+ years
Peak Current32 mA120 mA
Sleep Current1 µA5 µA
Throughput50 Kbps60 Kbps
LatencyDevice Class Dependent<10 s
SecurityAES 128 bit3GPP (128 to 256 bit)
GeolocationYes (TDOA)Yes (In 3GPP Rel 14)
Cost EfficiencyHighMedium
LoRaWAN vs. NB-IoT [1]

Da NB-IoT auf 4G (LTE) angewiesen ist, ist der Anwender von NB-IoT auch an einen entsprechenden Provider gebunden, der die Netzabdeckung absichert. Für die deutsche Telekom und Vodafone sieht die Netzabdeckung für NB-IoT in Deutschland sehr gut aus, wenn es da auch noch Unterschiede gibt. Die folgende Abbildung zeigt die NB-IoT-Netzabdeckung der Telekom für Deutschland.

NB-IoT-Netzabdeckung der Telekom für Deutschland

Die NB-IoT-Abdeckung von Vodafone für Deutschland sieht ähnlich aus. Wenn Sie den angegebenen Links folgen, können Sie detaillierte Information für Ihre Umgebung erhalten.

Telekom (D)https://www.telekom.de/netz/mobilfunk-netzausbau
Vodafone (D)https://www.vodafone.de/hilfe/netzabdeckung.html
Swisscom (CH)https://scmplc.begasoft.ch/plcapp/pages/gis/netzabdeckung.jsf?netztyp=lte
A1 (A)https://www.a1.net/hilfe-support/netzabdeckung/frontend/main.html

Für die DACH-Region (D, A und CH) sind damit providerseitig alle Voraussetzungen für den Einsatz von NB-IoT gegeben. Roaming-Vereinbarungen, die beispielsweise von der Telekom mit zahlreichen Nachbarstaaten getroffen worden sind, ermöglichen einen länderübergreifenden Einsatz von NB-IoT.

Die für den NB-IoT-Zugriff erforderlichen SIM-Karten können von verschiedenen Anbietern bezogen werden. Ich verwende hier 1NCE (1nce.com) . Die 1NCE IoT Flat Rate ist ein Pre-Paid Modell für IoT Geräte.

Wettersensor mit NB-IoT

Für den Test von NB-IoT habe ich einen einfachen Wettersensor auf Basis einer M5Stack AtomDTU NB-IoT mit einem Atom Lite als Controller und einer M5Stack ENV.II Unit als Sensor aufgebaut.

Die ENV.II Unit umfasst einen SHT30 Sensor zur Messung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit und einen BMP280 zur Messung von Temperatur und barometrischem Druck. Beide Komponenten werden über die Grove-Ports mit dem I2C-Bus miteinander verbunden.

Das über die Arduino IDE erstellte Anwendungsprogramm erfasst die Sensordaten und versendet diese über NB-IoT an einen MQTT Broker. Die Basis für das Anwendungsprogramm ist auf Github unter der URL https://github.com/m5stack/ATOM_DTU_NB/tree/master/examples/MQTT.

Die Beschreibung der AT-Kommandos für das im AtomDTU NB-IoT eingesetzte SIMCom SIM7020 Modul finden Sie unter [2] und [3].

Ich verwendet hier den HiveMQ Public MQTT Broker und greife auf die Daten über eine Webclient zu.

Die Messwerte für Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit und barometrischen Druck werden abgefragt und einer nach dem anderen im Minutentakt versendet (published).

Im Webclient habe ich den Topic atomdtu/# abonniert (subscribed) und sehe damit jede versendete Nachricht incl. deren Time Stamp.

Haben Sie keinen WLAN-Zugang ins Internet und zum MQTT Broker, dann kann ein mobiler Zugriff vom Smartphone (hier über 4G) von einer MQTT Dashboard App aus erfolgen.

Mobiler Zugriff über MQTT Dashboard App

Referenzen

[1]LoRaWAN vs NB-IoT: A Comparison Between IoT Trend-Setters
https://ubidots.com/blog/lorawan-vs-nb-iot/
[2]SIM7020 Series_AT Command Manual
https://m5stack.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/resource/docs/datasheet/unit/nbiot/SIM7020%20Series_AT%20Command%20Manual_V1.05.pdf
[3]SIM7020 Series_MQTT(S)_Application Note
https://simcom.ee/documents/SIM7020/SIM7020%20Series_MQTT%28S%29_Application%20Note_V1.03.pdf

2022-01-19/CK

Flip Dot Status Indicator

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Elektromagnetische Anzeigetechnologien ermöglichen die Anzeige von Informationen ohne Strom und deren Sichtbarkeit bei sehr unterschiedlichen Lichtverhältnissen.

Ich möchte hier nicht auf die eher betagten Anzeigen im Flughafen eingehen, sondern speziell auf Statusanzeigen (Flip Dot Status Indicators) eingehen, die sich auf Grund des nur während des Umschaltens auftretenden Strombedarfs auch für IoT-Anwendungen eignen.

Den hier eingesetzten Flip Dot Status Indikator hat mir die Fa. Alfa-Zeta Ltd. aus Łódź (PL) zur Verfügung gestellt.

Jede Scheibe enthält einen Permanentmagneten, der mit einem Elektromagneten zusammenwirkt. Ein kurzer Stromimpuls aktiviert eine Umkehr des im Elektromagneten induzierten Magnetfelds, die bestimmt, ob das Segment freigelegt (set) oder zurückgezogen (reset) wird.

Die für die Ansteuerung des Flip Dots notwendigen technischen Daten sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

MerkmalWert
Pulsdauer Schaltvorgang1,5 ms
Strom für Schaltvorgang (min)250 mA
Strom nach erfolgtem Schaltvorgang0
Spannung4,5 V – 125 V
Spulenwiderstand (@20°C)12 Ohm
Technische Spezifikation Flip Dot Status Indikator

Beim hier verwendeten, zweipoligen Flip Dot wird das Umschalten des Status durch Richtungsänderung des kurzen Stromimpulses durch die Magnetisierungsspule erreicht. Über eine H-Brücke kann die Umschaltung der Stromrichtung im einfachsten Fall vorgenommen werden.

Ansteuerung Flip Dot Status Indikator

Durch Verwendung eines H-Brücken-Moduls ergibt sich die folgende Ansteuerung durch einen Mikrocontroller (hier ein Arduino Uno).

Die beiden Steuerausgänge müssen für einen Stromimpuls immer gegeneinander invertierte Signale führen, wie das leicht am einfachen Ansteuerprogramm zu erkennen ist. Das Programm selbst finden Sie wieder auf Github unter https://github.com/ckuehnel/Arduino2020/tree/master/Generic/FlipDot.

Ansteuerung Flip Dot Status Indicator über H-Brücke
/*
 * File: FlipDot.ino
 * 
 * Controlling Flip Dot Status Indicator by H-Bridge
 * short video: https://youtu.be/UxTjOamWLgs
 * 
 * 2021-12-01 Claus Kühnel info@ckuehnel.ch
 */
 
#define DEBUG 1

const int IN1 = 2;
const int IN2 = 3;

void setup() 
{
  Serial.begin(115200);
  delay(2000); // wait for serial monitor
  
  pinMode(IN1, OUTPUT);
  pinMode(IN2, OUTPUT);

  digitalWrite(IN1, LOW);
  digitalWrite(IN2, LOW);
}

void loop() 
{
  FlipDotOn();
  delay(2500);
  FlipDotOff();
  delay(2500);
}

bool FlipDotOff(void)
{
  if (DEBUG) Serial.println("FlipDot Off");
  digitalWrite(IN1, HIGH);
  digitalWrite(IN2, LOW);
  delayMicroseconds(1500);
  digitalWrite(IN1, LOW);
  return true;
}

bool FlipDotOn(void)
{
  if (DEBUG) Serial.println("FlipDot On");
  digitalWrite(IN1, LOW);
  digitalWrite(IN2, HIGH);
  delayMicroseconds(1500);
  digitalWrite(IN2, LOW);
  return false;
}

2021-12-02/CK

Überwintern von Pflanzen im beheizten Folienzelt

2 Antworten

Ende Oktober ist es an der Zeit, das wir uns um das Überwintern unserer Pflanzen von Terrasse und Balkon kümmern müssen. Unsere auf der Terrasse befindliche Palme kommt ins Winterquartier zum Gärtner. Für die etwas kleineren Kübelpflanzen, wie diverse Oleander, will ich in diesem Jahr erstmals ein Folienzelt für die Überwinterung nutzen.

Das Foliengewächshaus Arctic eignet sich für Terrasse und Balkon.

Das Gewächshaus mit Boden bietet Schutz vor Wind, Wetter und Kälte. Der Rahmen besteht aus robustem Fiberglas. Die PVC-Folie ist mit einem UV-Schutz versehen.

Das Gewächshaus ist ein idealer Winterschutz und ist mit zwei praktischen Türen ausgestattet.

Wenn Sie sich vorab über die Thematik informieren wollen, dann helfen Ihnen bspw. die Hinweise unter https://beetfrisch.de/foliengewaechshaus-winterfest/ schon erstmal weiter.

Ein Gewächshaus allein reicht im Winter oft nicht aus, um empfindliche Pflanzen vor Minusgraden zu schützen. Bei unserem heimischen Klima bedarf es oft einer zusätzliche Beheizung. Über den o.a. Link finden Sie auch eine Vielzahl von entsprechenden Heizgeräten.

Ein sogenannter Frostwächter eignet sich, wenn Sie Ihr Gewächshaus lediglich frostfrei halten möchten und keine großen Temperaturveränderungen benötigt werden. Dabei kommen meist kleine Elektroheizungen mit einem eher geringen Stromverbrauch zum Einsatz. Ein Frostwächter ist oft mit einem Thermostat ausgestattet. Sie stellen beim Frostwächter einen Wert ein, ab dem die Beheizung erfolgen soll. Ist dieser Wert unterschritten, schaltet sich der Frostwächter automatisch ein – wird er überschritten, dann schaltet sich der Frostwächter wieder aus.

Ich verwende hier einen Einhell FW 500 mit stufenlosem Thermostatregler, der zudem Feuchtraum geeignet mit Spritzwasserschutz und einem Überhitzungsschutz sowie Betriebsanzeige ausgerüstet ist.

Damit wäre eigentlich bereits alles erledigt, wenn ich nicht das Ganze auch aus der Entfernung überwachen wollte.

Hierzu verwende ich zum ersten Mal einen in der Hausautomatisierung sehr verbreiteten Shelly der bulgarischen Fa. Allterco Robotics Ltd (https://shelly.cloud/).

Zahlreiche Informationen zu den Shelly-Produkten sind im offziellen Shell-Support-Forum unter https://shelly.cloud/ zu finden.

  • Shell 1 PM
  • TemperaturSensor Add-On für Shelly 1/1 PM

Der Shelly 1 PM ist ein 1-Kanal-WLAN-Relais, das durch seine kleinen Abmessungen einfach in einer Schalterdose oder hinter einem Lichtschalter montiert werden kann. Shelly bietet hier eine kostengünstige WiFi-Schalter Alternative zu diversen Marken-Hausautomationssystemen. Die Namenserweiterung PM steht für Power Metering (Leistungsmessung).

Mit dem Temperature-Sensor Addon für Shelly 1/1PM können mit bis zu drei Temperatursensoren DS18B20 externe Temperaturen erfassen. Ich verwende hier einen DS18B20 für die Aussentemperatur und einen für die Temperatur im Folienzelt und habe so jeder Zeit Informationen über die Temperaturen sowie den Schaltzustand des Frostwächters. Bedingung ist, dass das WLAN-Relais immer eingeschaltet ist. Die Heizungssteuerung selbst erfolgt ja über den Thermostat des Frostwächters selbst.

Ich habe die beiden Shelly-Komponenten, DS18B20-Anschlüsse sowie Netzleitungszugang und -abgang in eine IP65-taugliche Installationsbox montiert.

Sie können, egal wo Sie sich zur Zeit gerade aufhalten, über die Shelly App angeschlossene Verbraucher mit einer Leistung von bis zu 3500 Watt von ihrem Mobilphone oder Tablet aus schalten.

Wie im folgenden Screenshot zu sehen ist, werden ausserdem beide Temperaturmesswerte (hier ist nur die Temperatur eines Sensors gezeigt) und der Schaltzustand des Frostwächters zu sehen.

Bei Temperaturen unter 5 – 8°C schaltet sich die Heizung des Frostwächters ein.

Messwertanzeige auf der Android Shelly App

Zusätzlich werde ich noch getrennt von dieser Einrichtung bodennahe Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Bodenfeuchte bei ausgewählten Pflanzen erfassen, um so einen Eindruck vom Wohlbefinden der zu überwinternten Pfanzen zu bekommen und ggf. rechtzeitig eingreifen zu können.

2021-10-27/CK

ESP32-C3 – RV32IMC von Espressif

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Ende letzten Jahres kündigte Espressif bereits den ESP32-C3 an – einen kostengünstigen, RISC-V-basierten Mikrocontroller mit Wi-Fi- und Bluetooth 5 (LE)-Konnektivität für sichere IoT-Anwendungen.

Der ESP32-C3 ist eine 32-Bit-Single-Core-MCU auf RISC-V-Basis (RV32IMC) mit 400 KB SRAM, die mit bis zu 160 MHz getaktet werden kann. Neben integriertem 2,4-GHz-WiFi und Bluetooth 5 (LE) mit Long-Range-Unterstützung verfügt der ESP32-C3 über 22 GPIOs mit Unterstützung für ADC, SPI, UART, I2C, I2S, RMT, TWAI und PWM. Das ausführliche ESP32-C3-Datenblatt finden Sie hier.

Nun ist seit November reichlich Zeit vergangen und Module auf Basis des ESP32-C3 sind jetzt bestellbar.

Bei Schukat habe ich ein ESP32-C3-DEVKITM-1 und ein ESP32-C3-DEVKITC02 zu je € 9.65 bestellt. Andere Distributoren hatten wesentlich längere Lieferzeiten.

Beide DevKits unterscheiden sich nur durch das jeweils eingesetzte ESP32-C3-Modul und die resultierende Pinbelegung.

Das im ESP32-C3-DevKitM-1 eingesetzte ESP32-C3-MINI-1 ist ein universelles Wi-Fi- und Bluetooth LE-Kombimodul mit einer PCB-Antenne. Kern des Moduls ist ESP32-C3FN4 mit 4 MB embedded Flash Memory. Da das Flash Memory im ESP32-C3FN4-Chip verpackt ist hat das ESP32-C3-MINI-1 ein kompakteres Gehäuse.

ESP32-C3-DevKitM-1 Pin Mapping

Das im ESP32-C3-DevKitC-02 eingesetzte ESP32-C3-WROOM-02 ist ebenfalls ein universelles Wi-Fi- und Bluetooth LE-Kombimodul mit einer PCB-Antenne. Das Flash Memory ist ein externes 4 MB SPI-Flash.

ESP32-C3-DevKitC-02 Pin Mapping

Sollten Sie noch nicht mit RISC-V konfrontiert worden sein, dann hilft Ihnen vielleicht die in der Zeitschrift Design&Elektronik veröffentlichte Übersicht weiter:

Neustart mit RISC-V Design & Elektronik 1/2020, S. 29-35
https://www.elektroniknet.de/design-elektronik/halbleiter/neustart-mit-risc-v-173910.html

Wenn meiner Bestellung von Schukat eintrifft , werde ich erste Tests und Benchmarks in der mittlerweile ebenfalls vorhandenen Arduino-Umgebung vornehmen und darüber berichten.

In der Zwischenzeit kann ich Ihnen den folgenden Beitrag von Elliot Williams empfehlen: HANDS-ON: THE RISC-V ESP32-C3 WILL BE YOUR NEW ESP8266.

Den dort enthaltenen Benchmark habe ich in meine Benchmark-Übersicht mit aufgenommen.

Aus Sicht des Anwenders möchte ich seinem Schlussgedanken zustimmen:

„Aber es ist schön, RISC-V-Kerne in mehr Geräten zu sehen, nicht zuletzt, weil die standardisierte Befehlssatzarchitektur – die im Wesentlichen einem Standardsatz von maschinensprachlichen Befehlen gleichkommt – das Schreiben von optimierenden Compilern einfacher und schneller macht. Für den Endbenutzer ist das nicht so wichtig, aber wenn es Espressif durch das Einsparen von IP-Lizenzgebühren ermöglicht, ein moderneres Peripherieset zum ESP8266-Preis hinzuzufügen, dann sind wir alle dafür.“

An manchen Stellen wird der ESP32-C3 schon als ESP8266-Killer bezeichnet. Das bleibt abzuwarten, noch muss sich dieser neue Mikrocontroller erst behaupten.

Vermittlung digitaler Inhalte in der Schule

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Schon heute setzen wir uns mit zunehmender Tendenz mit automatisierten Abläufen, Algorithmen und vernetzten Gegenständen im Alltag auseinander. Künstliche Intelligenz wird Prozesse unterstützen und möglicherweise auch irgendwann autonom übernehmen.

Auf diese Entwicklungen vorbereitet zu sein, um sie zu beherrschen, zu gestalten und weiter zu entwickeln bedarf es mehr als einen IT-Grundkurs im Gymnasium oder Studium. Wichtig ist es, die Chance zu haben, in diese Welt und das damit verbundene Denken hineinzuwachsen.

In einigen Ländern wurde das frühzeitig erkannt und durch entsprechende Initiativen gefördert. Die Idee ist, jedes Kind zu inspirieren, seine digitale Zukunft zu gestalten und die Maker-Bewegung in den Unterricht zu bringen.

Im Schweizer Lehrplan 21 wird der heutigen Lebenswelt von Kindern und Jugendlichen entsprochen, die „durchdrungen (ist) von traditionellen und digitalen Medien sowie von Werkzeugen und Geräten, die auf Informations- und Kommunikationstechnologien basieren und die durch ihre Omnipräsenz neue Handlungsmöglichkeiten und neue soziale Realitäten schaffen“ (https://v-fe.lehrplan.ch/index.php?code=e|10|2). Abgestimmt mit dem Lehrplan 21 steht mit der Oxocard ein mit WiFi ausgestatteter Computer zur Verfügung, der auch bereits über den Browser programmiert werden kann. Auch in Deutschland und Grossbritannien werden solche Aktivitäten durch Hard- und Software für den Einsatz in der Schule unterstützt.

„Unser Anspruch ist, dass jeder Schüler und jede Schülerin in der dritten Klasse in Deutschland so ein Ding in die Hände bekommt“, sagt Stephan Noller, einer der Gesellschafter von Calliope. „Es soll nicht irgendein Leuchtturmprojekt in Berlin-Wedding werden, sondern wir wollen in die Fläche – und zwar jedes Jahr von Neuem.“

Ob man mit dem Calliope mini die vielleicht größtmögliche Umwälzung des deutschen Schulsystems in der Hand hält, wie Patrick Beuth in der Zeit im Beitrag „Dieser Computer kann unser Schulsystem revolutionieren“(http://www.zeit.de/digital/internet/2016-10/calliope-mikrocontroller-grundschule-dritte-klasse) schreibt, kann ich nicht beurteilen.

So unterschiedlich die Angebote sind, eines haben sie gemeinsam: Sie werden von Menschen organisiert, die mit großer Begeisterung ihr Wissen rund um Programmierung und digitale Themen an Kinder und Jugendliche weitergeben. Bei den Machern um BBC micro:bit, Calliope mini und Oxocard ist diese Begeisterung zu spüren.

Dass solche Projekte, wie so oft, nicht widerstandsarm umsetzbar sind, zeigen Diskussionen wie sie im Interview „An Calliope scheiden sich die Geister“ (https://www.deutschlandfunk.de/minicomputer-im-klassenzimmer-an-calliope-scheiden-sich-die.680.de.html?dram:article_id=399302) aufgeworfen werden.

Ich möchte mich hier auf den technischen Bereich beschränken. Für ideologische Auseinandersetzungen sind andere besser geeignet.

Die folgende Tabelle zeigt eine Gegenüberstellung der technischen Merkmale der drei hier betrachteten Mikrocontrollerboards.

Mikrocontroller
Board		BBC micro:bitCalliope miniOxocard
HerkunftUKDCH
HauptmerkmaleNordic nRF52833, BLE, Radio
Motion Sensor (ST LSM303AGR)
5×5 LED Matrix Display (rot)
2 Taster
19 GPIO
Piezo-Lautsprecher
MEMS Mikrofon
USB Micro B Anschluss
(Programmierung und Stromversorgung)
JST Batterieanschluss (3.3V)
Temperatursensor (on-chip NRF52)		Nordic nRF51822, BLE, Radio
Motion Sensor (Bosch BMX055)
5×5 LED Matrix Display (rot)
DC Motortreiber (TI DRV8837)
Piezo-Lautsprecher
MEMS Mikrofon
Neopixel (WS2812b)
2 Taster
8-11 GPIOs, PWM, 4 x analog
UART + SPI + I2C
USB Micro B Anschluss
(Programmierung und Stromversorgung)
JST Batterieanschluss (3.3V)
2 Grove Stecker (I2C + Seriell/Analog) 		Espressif ESP32, BLE, WiFi
Motion Sensor (ST LIS3DE)
8×8 Neopixel Matrix
Kopfhörerbuchse für 8bit-Audioausgabe (mono)
Mikrofon (PDM)
NeoPixel Data-Out
6 Taster
6 GPIOs
UART + SPI + I2C
USB Micro B Anschluss
(Programmierung und Stromversorgung)
LiPo-Akku
Anschluss für Grove I2C-Hub
Temperatursensor (on-chip LIS3DE)

Programmier-
umgebungen		MakeCode, MicroPython,
JavaScript		MakeCode, Swift,
abbozza! Calliope (basiert auf Blockly),
C/C++ (Segger), MicropPython		Blockly, Oxoscript,
Arduino (C/C++), MicroPython. 
BBC micro:bit, Calliope mini, Oxocard – im Vergleich

Wie aus den Hauptmerkmalen abzuleiten ist, stellen alle drei Boards eine vergleichbare Infrastruktur bereit. Auf markante Unterschiede will ich im Folgenden eingehen. Eine Betrachtung der Ausgangsversionen von BBC micro:bit und Calliope mini hatte ich in einer früheren Veröffentlichung (https://www.elektroniknet.de/embedded/hardware/mikrocontroller-nicht-nur-fuer-die-schule.150415.html) bereits vorgenommen.

Herausstechendes Merkmal beim BBC micro:bit ist seine an der Unterkante des Boards befindliche als Goldfinger bezeichnete Anschlussleiste. Hier können zahlreiche Erweiterungsboard direkt angeschlossen werden. Einen guten Überblick zu diesen Erweiterungen finden Sie unter https://shop.pimoroni.com/collections/micro-bit-uk.

BBC mirco:bit v2

Beim Calliope mini wollte man den Goldfinger nicht übernehmen, da wegen der viel zu eng liegenden Kontakte im Schuleinsatz mit ständigen Kurzschlüssen durch die Schüler gerechnet werden müsste. Es wurden auf dem Board Erweiterungen, wie RGB-LED (Neopixel) und Motortreiber (H-Brücke) u.a., vorgesehen. Zusätzlich stellen die beiden Grove-Connectoren einen I2C-Bus, einen UART-Anschluss sowie einen analogen Eingang zur Kontaktierung von Sensoren oder Aktoren des umfangreichen Grove-Systems zur Verfügung. Eine gute Übersicht zum Grove-System bietet ein Grove Wiki von Seeedstudio (https://wiki.seeedstudio.com/Grove_System/).

Calliope mini v2

Die Oxocard geht einen etwas anderen Weg. Die elektronischen Interna sind gut verpackt in einem Kartongehäuse. Durch den Einsatz eines ESP-32 steht neben BLE auch WiFi zur Verfügung, wodurch Internet-Konnektivität gegeben ist. Durch diese Option ist es möglich IoT-Projekte zu realisieren. Der LiPo-Akku sorgt dann für einen gewissen Zeitraum sogar für autonome Einsatzmöglichkeiten ohne externe Spannungsversorgung.

Nach aussen hin stehen die sechs Taster und die 8×8 Neopixel Matrix für Experimente zur Verfügung. Durch die Verwendung der internen Sensoren kommt der Anwender erstmal vollkommen ohne elektrische Verbindungen nach aussen aus.

Kommuniziere Meldungen zwischen Oxocards, hol dir Daten aus dem Internet oder stelle dein Karte als Sensor anderen zur Verfügung. All das ist ohne Erweiterungen möglich.

Oxocard mit Kartongehäuse

Für den Maker von Interesse sind natürlich die Erweiterungsmöglichkeiten. Ergänzend zum Lieferumfang der Oxocard ist der OXOCARD i2C-Hub-Erweiterungsport verfügbar.

Lieferumfang Oxocard

Der Oxocard I2C Hub ist ein kleiner Bausatz, um der Oxocard relativ einfach das Anschliessen von beliebigen I2C-Grove- Komponenten zu ermöglichen. Mit diesen I2C-Hub können Sie die Oxocard mit zusätzlichen GROVE-kompatiblen Sensoren und Aktoren erweitern. Ausserdem kann über eine Buchsenleiste der SPI-Port nach aussen geführt werden.

SPI- und I2C-Bus an der Oxocard

Mit diesen Erweiterungsmöglichkeiten ist die Oxocard ein für den Schulbetrieb geeigneter, komplett ausgestatteter und erweiterbarer Mikrocontroller, der als einziger Internet-Zugriff aufweist.

Allen drei vorgestellten Boards gemeinsam ist neben der grafischen Programmierung in MakeCode resp. Blockly die Programmierung in MicroPython.

In meinem MicroPython Blog https://ckmicropython.wordpress.com sind MicroPython Programmbeispiele für die Oxocard zu finden.

2021-04-05/ck

Open-Source-Prozessoren – Für wen RISC-V eine Alternative ist

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In der fünften Generation sorgt RISC für Aufsehen – auf Grund des Open-Source-Ansatzes. In kurzer Zeit wuchs mit RISC-V eine Community, die auf Basis des neuen Befehlssatzes Prozessorkerne entwickelt hat.

Einen Blick auf RISC-V und die ersten RISC-V SoCs finden Sie in ELEKTRONIK 18/2020 auf den Seiten 40 bis 44.

2020-10-03: Nun auch zitiert @ https://riscv.org/2020/09/for-whom-risc-v-is-an-alternative-dr-claus-kuhnel-elektronik-german/

LPWAN im Vergleich zu SubGHz Meshnet

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Für die Datenübertragung über Funknetze steht mit SubGHz Meshnet eine interessante Alternative zum verbreiteten LPWAN bereit.

Wo liegen Unterschiede und mögliche Vorteile? Harald Naumann nimmt im gleichnamigen Beitrag einen direkten Vergleich vor und hilft mit einem detaillierten Blick hinter die Funktionsweise Ihrem Fachwissen auf die Sprünge.

Link zum Beitrag:
https://www.industry-of-things.de/lpwan-im-vergleich-zu-subghz-meshnet-a-955306/

Mehr zum Thema LPWAN und SubGHz Meshnet können Sie zum Seminar mit dem Titel „LPWAN und energiearme Alternativen“ am 24.09.2020 in Reichwalde bei Berlin erfahren. Die Seminaragenda fin den sie hier.

Longan Nano ADC & DAC

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Der Longan Nano von Sipeed baut auf dem 32-Bit-RISC-V-Mikrocontroller GD32VF103CBT6 von GigaDevice auf und weist dadurch ein 12-Bit-ADC & DAC-Subsystem auf (2 x ADC, 2 x DAC).

Die Angaben im Datenblatt des GD32VF103CBT6 beschränken sich auf Kennwerte der DACs, die als „(1) Based on characterization, not tested in production“ gekennzeichnet sind. Für den ADC fehlen diese Daten ganz.

SymbolParameterConditionsValue (max.)
DNL(1)Differential non-linearity errorDAC in 12-bit mode±3 LSB
INL(1)Integral non-linearityDAC in 12-bit mode±4 LSB
Offset(1)Offset errorDAC in 12-bit mode±12 LSB
GE(1)Gain errorDAC in 12-bit mode±0.5 %
DAC Charakteristik – Auszug GD32VF103 Datasheet

Grund genug die Charakterestik des ADC & DAC-Subsystem etwas genauer zu betrachten. Die Vorgehensweise ist vergleichbar zum Test beim ESP32 (https://ckblog2016.net/2018/03/03/esp32-adc-dac/).

Vom DAC0 (PA4) wird eine analoge Ausgangsspannung bereitgestellt, die dann vom ADC0 (PA3) gemessen und zur Anzeige gebracht wird. Es genügt also eine Verbindung der beiden Anschlüsse PA3 und PA4 am Longan Nano.

Longan Nano

Mit einfachen Messmittel gestaltet sich eine Aussage über die Genauigkeit des DAC nicht ganz einfach, wie das folgende Bild zeigt.

Longan Nano DAC-Charakteristik

Aufgetragen ist die Abweichung der gemessenen Ausgangsspannung von der Idealkennlinie. Bei einem Spannungswert von 0.8 mV für das LSB ist ein hochauflösendes Digitalvoltmeter erforderlich. Mit einem üblichen Multimeter sind alle Messwerte über 2.2 V wegen zu geringer Auflösung unbrauchbar. Im Bereich unterhalb diese Wertes zeigt die DAC-Charakteristik aber Werte der Ausgangsspannung die allesamt im Bereich von +/- 2 LSB liegen. Die Angaben im Datenblatt können damit (zumindest in diesem Bereich) als messtechnisch bestätigt betrachtet werden.

Durch die Verbindung der beiden Anschlüsse PA3 und PA4 am Longan Nano kann nun der ADC0 die Spannungen des DAC0 erfassen. Das Programm LonganNano_ADC_DAC dient dem Erzeugen der Daten, die die DAC-ADC-Charakterstik beschreiben.

Ausgabe des Programms LonganNano_ADC_DAC

Die Abweichungen vom erwarteten Idealverhalten liegen bei maximal 10 mV.

Das DAC-ADC-Subsystem des Longan Nano (GD32VF103) zeigt damit wesentlich bessere Eigenschaften, als das des ESP32, wodurch bei weniger kritischen Anwendungen auf den Einsatz eines externen ADCs verzichtet werden kann.

Sipeed Longan Nano

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Longan Nano von Sipeed ist ein kleines Evaluationboard auf Basis eines 32-Bit-RISC-V-Mikrocontrollers GD32VF103CBT6 von GigaDevice. Für Studenten, Ingenieure, Geeks und Enthusiasten ist das eine Möglichkeit, um auf die neueste Generation von RISC-V-Prozessoren zuzugreifen.

Sipeed Longan Nano wird aktuell nicht durch die Arduino IDE, wohl aber durch PlatformIO unterstützt.

Auf die Installation selbst gehe ich an dieser Stelle nicht ein. Hierzu gibt es einen sehr guten Beitrag von Michel Deslierres.

Der Sipeed Longan Nano bietet zwei Möglichkeiten für den Programm-Upload. Auf der rechten Seite befindet sich ein USB-C-Anschluss über den kann mit dem Tool DFU-Util das compilierte Programm zum Controller geladen werden. Die andere Möglichkeit ist die an der linken Seite herausgeführte serielle Schnittstelle (UART0).

Ich habe diese Möglichkeit verwendet, da ich die seriellen Ausgaben über dieses Port vorgenommen habe. Wie im Bild unten gezeigt bedarf es eines USB-TTL-Konverters, der Tx und Rx sowie 3.3 V und GND zur Verfügung stellt.

Ich habe drei Programme ausprobiert, die unter https://github.com/ckuehnel/GD32 zum Download zur Verfügung stehen.

Das Programm LonganNano_HelloWorld dient dem Test der Inbetriebnahme von PlatformIO IDE und erstem Programm. LonganNano_LCD zeigt die Ausgaben auf dem Onboard-LCD und LonganNano_Dhrystone liefert die Ergebnisse des Dgrystone-Benchmarks.

Serielle Kommunikation & Programm-Upload
Anzeige des Sipeed-Logos
Serielle Ausgabe Programm LonganNano_HelloWorld

Serielle Ausgaben des Dhrystone Benchmarks

Mit einem VAX MIPS Rating von 91 liegt der hier eingesetzte RISC-V Controller deutlich oberhalb der Cortex-M3 von ARM. Vergleichen Sie die Benchmark-Resultate für verschiedene Mikrocontroller von 8-Bit bis 64-Bit unter https://ckarduino.wordpress.com/benchmarks/.