Archiv der Kategorie: Prototyping

bpi:bit – Mehr Power im micro:bit Universum

In meinem Beitrag Mikrocontroller nicht nur für die Schule! (Design & Elektronik 01/2018, MF40-44) hatte ich BBC micro:bit und Calliope mini, beides für die Grundschul-Ausbildung konzipierte Mikrocontroller-Boards, vorgestellt und deren Erweiterungsmöglichkeiten betrachtet.

Befördert durch den Edge-Connector des BBC micro:bit werden mittlerweile zunehmend Peripherieerweiterungen für den BBC micro:bit angeboten, die diesen Controller auch für Maker interessant machen.

Einen Überblick über vorhandene Erweiterungen kann man sich beispielsweise bei Reichelt oder den folgenden Adressen holen:

Durch den im BBC micro:bit eingesetzten Mikrocontroller nRF51822 gerät man aber auch schnell an Grenzen. Will man beispielsweise seinen BBC micro:bit über WiFi vernetzen, dann ist dafür bereits ein Zusatzmodul erforderlich. Auch vom Speicherausbau her sind Grenzen gesetzt, die den Wunsch nach einem Mikrocontroller mit mehr Performance aufkommen lassen.

Mit dem bpi:bit des Banana-Pi Herstellers SinoVoip gibt es einen solchen Mikrocontroller auf Basis eines ESP32. Warum bei heise der bpi:bit als kuriose Kopie abgetan wird, ist für mich nur schwer nachvollziehbar. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Merkmale von bpi:bit und micro:bit im Vergleich.

Wer bislang seinen BBC micro:bit bereits mit MicroPython oder der Arduino IDE programmiert hat, bekommt mit dem bpi:bit eine leistungsstarken Controller incl. WiFi für seine micro:bit Umgebung.

Nutzt man alle WS2812, dann kommt man um eine Fremdspeisung des Moduls nicht umhin, denn der Strombedarf übersteigt das, was ein USB-Anschluss zur Verfügung stellt.

Modulbpi:birmmicro:bit
CPUESP32 nRF51822
RAM520 KB256 KB
ROM448 KBN/A
Flash512 KB16 KB
WiFi 802,11 b/g/n/e/ich N/A
Bluetooth BT4.2 BR/EDR und BLE BLE
Sensoren2 Fototransistoren,
Thermistor,
MPU-2950
LED-Matrix,
On-Chip Temperatursensor,
LSM303GR
SummerSummerN/A
LEDs 25 Neopixel-LEDs (WS2812 ) 25 rote LEDs
GPIOEdge-Connector (Goldfinger)Edge-Connector (Goldfinger)
Tasten2 programmierbare Tasten 2 programmierbare Tasten
USBmicro-USB (UART)micro-USB
Software Webduino, Arduino,
MicroPython, Scratch X
Microsoft MakeCode, Arduino
MicroPython, Scratch X
Grösse5 x 5 cm5 x 4 cm

Rapid Prototyping mit M5Stack

Wem es bislang an Baugruppen mit einem vernünftigen Gehäuse für die Entwicklung seiner Prototypen gemangelt hat, dem wird mit M5Stack Komponenten eine ansprechende Lösung angeboten.

Hier sind aus dem Angebot von M5Stack zwei Core Module:

Generell weisen beide Core Module einen ESP32 als Controller auf.

Die M5Stack Komponenten werden von zahlreichen Lieferanten angeboten und sind nicht nur bei Bezug aus Fernost sehr preiswert.

KomponenteAliexpress
M5Stack CoreUS$ 27.60
M5StickCUS$ 9.90
ENV UnitUS$ 3.20

Ich habe mit dem M5StickC erste Versuche unternommen, um seine Eignung für ein portables Messgerät zu testen. Der M5StickC ist mit einem 80 mAh LiPo-Akku ausgerüstet, was keine großen Akkulaufzeit erwarten lässt.

Der M5StickC ist mit einem Power System Management Chip AXP192 ausgestattet, der ein USB-kompatibles Ladegerät, DC-DC-Wandler, Low-Dropout-Linearregler, Spannungs- /Strom- /Temperaturüberwachung und Multi-Kanal 12-Bit ADC aufweist. Die Überwachung des Ladezustand des LiPo-Akkus kann über diesen Chip erfolgen.

Der ESP32 weist zwei I2C-Busse auf. Über den ersten werden die internen Chips AXP32 (0x34), BM8563 (0x51) und SH200Q (0x6C) angesteuert. Der zweite I2C-Bus ist am GROVE-Connector verfügbar.

Für einen ersten Test schließe ich eine ENV Unit über den GROVE-Connector an. Dieses Modul beinhaltet einen DHT12 (0x5C) und einem BMP280 (0x76) Sensor und erfasst damit Temperatur, relative Luftfeuchte und barometrischen Druck.

Das Programmbeispiel M5StickC_ENV.ino erfüllt zwei Aufgaben:

  1. Erfassen von Temperatur, relativer Luftfeuchte und barometrischem Druck über die angeschlossene ENV Unit.
  2. Erfassen von Batteriespannung und Ladestrom für den LiPo-Akku

Das Programmbeispiel ist auf Github abgelegt.

Ausgehend von einem voll aufgeladenen LiPo-Akku habe ich die USB-Verbindung getrennt und das angegebene Programmbeispiel batterie-betrieben laufen lassen. Es hat sich folgender Entladevorgang gezeigt.

Nach reichlich 60 Minuten war die Kapazität des Akkus erschöpft und das System schaltete sich ab. Die folgenden Bilder demonstrieren diesen Vorgang.

Beginn mit voll aufgeladenem LiPo-Akku
Entladung nach 10 Minuten
Erneutes Aufladen des LiPo-Akkus

Es soll an dieser Stelle noch ausdrücklich darauf hingewiesen werden, dass für den Betrieb hier keine WiFi-Verbindung genutzt wurde. Eine WiFi-Verbindung erhöht den Stromverbrauch deutlich, so dass wesentlich geringere Laufzeiten erwartet werden müssen.

Maduino GPRS A6

Maduino GPRS A6 ist ein kostengünstiger Netzwerkknoten für das IoT. Der Hersteller
Makerfabs mit Sitz in Shenzhen, China hat auf dem Board einen Mikrocontroller ATmega 328, ein GRRS/GSM-Modul AI-Thinker A6, ein und ein integriertes Power-Management integriert.

Maduino GPRS A6

Das GRPS/GSM-Modul A6 unterstützt Quad-Band 850/900/1800/1900 MHz, das jedes GSM-Netzwerk abdeckt. In Verbindung mit einer SIM-Karte können Daten über GPRS übertragen werden. In meinem Post 2G für IoT Anwendungen hatte ich hierzu entsprechende Hinweise gegeben.

Das Modul kann über die Arduino IDE programmiert werden. Im Wiki sind Hinweise zur Inbetriebnahme und Programmierung enthalten. Hinweise zu einem Firmware Update sind hier zu finden.

Arduino-Sensorknoten

Auf der Basis eines ESP8266-Mikrocontrollers von Espressif hatte ich gezeigt, dass man einen WiFi-tauglichen IoT-Knoten zu sehr geringen Kosten (es waren 15 US$) aufbauen kann [Building an IoT Node for less than 15 $: NodeMCU & ESP8266].

Dass WiFi auf Grund der geringen Reichweite und des doch recht hohen Stromverbrauchs für einen batteriebetriebenen IoT-Knoten allerdings nur unter bestimmten Bedingungen geeignet ist, war auch durch eigene Untersuchungen gezeigt worden [IoT Button (5th)].

Der hier betrachtete Sensorknoten soll deshalb neben der Anbindung verschiedener Sensoren auch unterschiedliche Kommunikationsmöglichkeiten (WiFi, LoRaWAN, BLE, GSM) aufweisen. Damit wird es möglich werden, einen konkreten IoT-Sensor baukastenartig zusammenstellen.

Sensorknoten

Der Beitrag „Arduino-Sensorknoten“ wird im Sammelwerk „Messen, Steuern, Regeln mit IBM-kompatiblen PCs“ des Weka-Verlags veröffentlicht.

ISBN 978-3824549009

Die Programmbeispiele werden auf Github abgelegt und stehen zum Donload zur Verfügung.

Der erste Teil des Beitrags ist in der Ausgabe 170 im Februar 2019 erschienen.

Sonoff SC – Home Air Quality

Sonoff SC ist ein WiFi Luftgüte-Monitor für den Einsatz in Innenräumen.  Es werden Temperatur und Luftfeuchtigkeit, Lichtstärke, Feinstaub und Geräuschpegel erfasst. Die erfassten Daten werden direkt an die iOS/Android App EWeLink geschickt. Die Spannungsversorgung erfolgt über microUSB mit 5 V.

Sonoff SC ist „hacker-friendly“. Ein ATMega328p erfasst die Sensordaten mit Hilfe eines Arduino-Programms und ein ESP8266 dient der WiFi Kommunikation. Sonoff SC Schaltplan und Arduino Code sind im Wiki des Herstellers zu finden.

Wie die folgende Abbildung zeigt, besteht Sonoff SC aus Komponenten, die dem Maker weitgehend bekannt sein dürften.

sonoff_sc_2

Die Feinstaub-Belastung wird mit dem Sharp Dust Sensor GP2Y1010AU0F gemessen. Zur Messung von Temperatur und rel. Luftfeuchtigkeit dient der verbreitete DHT11 Sensor. Ein Elektret-Mikrofon erfasst die Umgebungsgeräusche und ein Fotowiderstand das Umgebungslicht.

Nach Installation der Android App eWeLink (für iOS gibt es eine entsprechende App) kann Sonoff Sc mit dieser App verbunden werden, die dann die erfassten Messgrößen auf dem Smartphone anzeigt.

Screenshot_20181201-143318_eWeLink

Sonoff Sc ist kein professionelles Messinstrument. Das zeigen schon die eingesetzten Low-Cost-Komponenten. Fast viel wichtiger ist es, diesen Sensor als Grundlage für eigene Experimente aufzufassen. Dazu sind alle Informationen, wie Schaltplan und Quellcode, offen gelegt und bei einem Preis von aktuell unter USD 20,- kann man da nichts falsch machen.

Website des Herstellers und Bezugsmöglichkeit: https://www.itead.cc/sonoff-sc.html
Weitere Bezugsmöglichkeiten: Aliexpress, Amazon

Einfache LoRaWAN-Knoten für das IoT

Low Power Wide Area Network (LPWAN) steht als Oberbegriff für viele unterschiedliche Protokolle. Neben dem hier betrachteten LoRa stehen Sigfox, LTE-M, Weightless, Symphony Link und einige andere im Wettbewerb.

Im Gegensatz zu einigen anderen Protokollen ist der LoRa-Standard Open Source und nicht proprietär. Das ist ein Grund für das rasante Wachstum von LoRaWAN-Netzwerken über ganze Länder, beginnend in den Ballungszentren.

Im Kindle eBook mit dem Titel „Einfache LoRaWAN-Knoten für das IoT“ beschreibe ich, wie mit sehr einfachen Mitteln und zu niedrigen Kosten LoRaWAN-Sensorknoten ohne Lötarbeiten selbst entwickelt werden können, die ihre Daten dann an einen LoRaWAN-Server senden.

Im Bild sind die betreffenden LoRaWAN-Knoten zu sehen:Nodes-1

Vom LoRaWAN-Server sind die Daten abrufbar und in eine beliebige Anwendung integrierbar. The Things Network (TTN) stellt mit seinem dezentrale Open-Source-Netzwerk die erforderliche Infrastruktur bereit.

Die folgende Abbildung zeigt, wie durch eine Subscription des Topics elsys_nodes/devices/+/up/#  alle zum LoRaWAN-Server hochgeladenen Messages von in der Application elsys_nodes registrierten Devices vom MQTT-Client MQTTlens empfangen werden.

Abbildung 57

Zum aktuellen Zeitpunkt, das war der 15.09.2018 11:38:39, betrug die Temperatur 19.4 °C bei einer relativen Luftfeuchtigkeit vom 71%. Die Batteriespannung lag bei 3.532 V.

Ein andere Möglichkeit der weiteren Verarbeitung der über mittelten Daten besteht darin, dass beispielsweise ein MQTT-Client auf einem Linux-Device, wie z.B. Raspberry Pi, diesen MQTT-Topic abonniert und daraus weitere Informationen respektive Aktionen ableitet. Das könnte dann z.B. eingebunden in eine Website so aussehen:

Abbildung 58

Wer bislang mit einem Arduino erste Erfahrungen sammeln konnte, der ist bestens auf diese zukunftsträchtige Aufgabenstellung vorbereitet und kann erste praktische Erfahrungen im Internet of Things sammeln.

Die Quelltexte zu den behandelten LoRaWAN-Knoten sind auf Github abgelegt.

Link zum eBook: https://www.amazon.de/dp/B07HDP62K3
Link zur Printausgabe: https://www.amazon.de/dp/3907857356

 

Grove Shield für BBC Micro:bit

Mit dem Grove Shield erschließt sich dem BBC Micro:bit Controller die ganze Familie der Grove Sensoren und Aktoren auf sehr einfache Weise.

Grove i2C Shield

Folgende Interfaces stehen nach aussen hin zur Verfügung:

DC Interfaces Micro USB x1
Grove Interface P0/P14,P1/P15,P2/P16,I2C
Grove ZERO Interface Grove ZERO x1
Logic Interface 3V3/P0/P1/P2/P8/P12/P13/GND

Mit einem Grove I2C Hub kann die Zahl der anschließbaren I2C Devices erweitert werden .