Ergänzungs-Set Elektronik

Diese Seite beschreibt ein Ergänzungs-Set des Universal Prototyping Kit mit elektronischen Steuerungen

Ergänzungs-Set Elektronik

Das Set umfasst universell verwendbare elektronische Steuerungen und Platinen für bestimmte, immer wieder benötigte Zwecke, z.B. wird ein Opto-Endstop sowohl in einem 3D-Drucker als auch bei einer Platinenfräse benötigt.

Da es im Elektronikbereich schon viele OpenHardware-Projekte gibt, kann darauf zurückgegriffen werden und können diese hier als fester Bestandteil des Sets definiert werden. Dabei sollte auf die Kompatibilität geachtet werden und Bezugsquellen oder Schaltpläne verfügbar sein.

Komponenten

Hauptplatine für einfache Mess- und Regel-Aufgaben

Arduino-Platform und Arduino-Derivate

Als Derivat kann z.B. ein "arduinoisiertes" AVR-NetIo von Pollin genutzt werden, da kostengünstig und standardmässig mit Ethernetschnittstelle ausgestattet. Infrage kommen auch individuelle Atmel-Schaltungen, da sie meist ebenfalls "arduinoisiert" werden können.

Hauptplatine mit Host-Funktionalität

Raspberry Pi

Breite Community-Unterstützung. Kann wo ausreichend verwendet werden, aber dies wird nicht empfohlen, da schlechteres Preis-Leistungsverhältnis im Vergleich mit Beaglebone Black.

Beaglebone Black

Empfohlene und favorisierte Haupt-Platform. Bietet für einen geringfügig höheren Preis (6,- EUR Differenz) wesentlich mehr Features und höhere Kapazitäten und Performance als Raspberry Pi.

Mit einem 1GHz schnellen AM335x ARM-Cortex-A8 Controller.

Features:

-512MB DDR2 Ram

-2GB Flash

-USB Client

-USB Host

-Ethernet

-HDMI

-2x 46 pin Steckverbinder für die I/Os

Prozessor: AM335x 1GHz ARM® Cortex-A8

- 3D graphics accelerator

- ON floating-point accelerator

- 2x PRU 32-bit microcontrollers

Software:

- Linux, ausgeliefert wird Ångström Linux.

Verbindungs-Möglichkeiten:

- USB client - USB host - Ethernet - HDMI - 2x 46 pin headers

Spezifikation:

- Controller: Sitara AM3359AZCZ100 1GHz, 2000 MIPS

- Graphics Engine: SGX530 3D

- Memory: 512MB

- Flash: 2GB, 8bit Embedded MMC

- Debug Support: Optional Onboard 20-pin CTI JTAG, Serial Header

- Power Source: miniUSB USB or DC Jack, 5VDC External Via Expansion Header

- HiSpeed USB 2.0 Client Port: Access to USB0, Client mode via miniUSB

- HiSpeed USB 2.0 Host Port Access to USB1, Type A Socket, 500mA LS/FS/HS

- Serial Port UART0 access via 6 pin 3.3V TTL Header. Header is populated

- Ethernet 10/100, RJ45

- microSD socket

- Input: Reset Button, Boot Button, Power Button

- Video Out: 16b HDMI, 1280x1024 (MAX), 1024x768,1280x720,1440x900 w/EDID Support

- Audio: Via HDMI Interface, Stereo

Erweiterungs-Verbinder:

- Power: 5V, 3.3V , VDD_ADC(1.8V),

- 3.3V I/O on all signals

- McASP0, SPI1, I2C, GPIO(65), LCD, GPMC, MMC1, MMC2, 7 AIN(1.8V MAX), 4 Timers, 3 Serial Ports, CAN0, EHRPWM(0,2),XDMA Interrupt, Power button, Expansion Board ID (Up to 4 can be stacked)

Dimensionen:

- Weight 1.4 oz (39.80 grams)

- Size 88.98mm x 54.63mm x 18.84mm / 3.5" x2.1" x 0.7"

Schritt-Motortreiber bis 2A

Allegro A4988-basierte Treiber wie Pololu, Stepstick oder G3D

Ausreichend um Stepper mit einem Haltemoment von bis zu ca. 1 Nm zu betreiben, wie sie übelicherweise in 3D-Druckern zum Einsatz kommen.

Schritt-Motortreiber bis 4A

- T-Bone, ein Cape (Zusatzboard für BeagleBoneBlack) für 3D-printer- und CNC-Aufgaben, vergleichbar mit RAMPS

- mit integrierten Stepper-treibern, bis 4A, von Trinamics

- Microstepping bis zu 1/256 Schritte

- aktuell (Stand April 2014) noch in der Entwicklung, ev. verfügbar zur Jahresmitte

- siehe auch [1]

Schritt-Motortreiber bis 10A

Allegro A4989-basierte Treiber wie Powerlolu

Ausreichend um Stepper mit einem Haltemoment von mehreren Nm und bis zu 500W Leistung zu betreiben. Solche Stepper können für schwerere Aufgaben gebraucht werden, also auch für größere Maschinen, da sie ein starkes Drehmoment aufweisen.

OSE-US plant z.B., den für den Torch-Table einzusetzen. siehe auch [2]

Opto-Endstop

Basierend auf TCST 1103 Gabellichtschranke

Display-Key-Modul

Modul für einfaches 2x16 Hitachi-HD44780-kompatibles LCD-Display mit 5 Tastern, ev. als pin-sparende I2C-Version mit PCF 8574

Touchscreen-Modul

1. 7"-Modul mit min. 800x600 Pixeln Auflösung

2. 2.8"-Modul mit 240x320 Pixeln Auflösung

Stromversorgung

1. 12V, PC-Netzteil

2. 24V, 24V-Netzteil

Sammelboxen

Sammelboxen mit Kleinteilen wie Widerstände, Steckverbinder und ICs, in wichtigen, bzw. oft und immer wieder vewendeten Größen. EIn schönes Beispiel dafür ist die OpenPartsLib von Seeedstudio, allerdings werden hier viele SMD-Bauteile verwendet. Aus Gründen der DIY-abilität ist es besser, sich zunächst auf Teile im 2.54mm-Raster zu konzentrieren, SMD-Teile können aber in einer gesonderten Box berücksichtigt werden.

Die Zusammenstellung der einzelnen Sammelboxen ist natürlich sehr subjektiv und erfordert eine gewisse Erfahrung bezügl. dessen, was häufig benötigt wird und andererseits dessen, was momentaner Stand der Technik ist. Ein guter Anhaltspunkt für eine solche universelle Sammlung findet sich bei Mikrontroller.net.

Um eine gewisse Flexibilität und Erweiterbarkeit zu erhalten, sollten die Teile in Sammelboxen bzw. Boxen aufgeteilt werden, damit ist zunächst mal eine rein konzeptionelle Organisationsstruktur gemeint, ähnlich wie bei den "Sets" des UniProKits, allerdings spricht nix dagegen, dies auch in der Realität so zuhandhaben und geeignete Plastiksammelboxen mit vielen Fächern zu benutzen.

Referenz	Beschreibung
mikrocontroller.net	Grundausstattung an Standardbauelementen, Empfehlungs-Liste auf mikrocontroller.net
seeedstudio.com	OpenPartsLib von SeeedStudio; zu jedem Bauteil gibts auch eine 3D-Lib für Eagle

Sammelbox RCD

Diese Box enthält Widerstände, Kondensatoren und Dioden in verschiedenen Größen. Auch Quarze, Leds und ähnliche Kleinteile können hier einsortiert werden.

Sammelbox Sensoren und ICs

Diese Box enthält Sensoren, ICS, Transistoren, Mosfets, Spannungsregler und Ähnliches.

Sammelbox Jumper und Konnektoren

Diese Box enthält alle Arten von Steckverbindern, Stecker, Buchsen und anderen strukturellen Bauelementen.

Konstruktionsbeispiele

Hier eine Beispiel-Konfiguration für 3D-Drucker, Platinenfräse und dergleichen:

Interessant sind dabei die verschiedenen Möglichkeiten für ein Userinterface:

1. Direktanbindung von Monitor (HDMI), USB-Keyboard und USB-Maus

2. Remote-Zugriff via LAN mittels VNC vom normalen Desktop PC aus

3. Wenn der Drucker eh am Netz hängt, dann kann man auch mit einem billigen Tablet (ich hab hier eins für rund 70,-EUR) via WLAN und mittels einer VNC-App drauf zugreifen. Damit hätte man dann ein sehr cooles Touch-Display, welches direkt in einer Halterung am Drucker befestigt sein könnte oder auch aus dieser entnommen werden und von überallher (entsprechend der WLAN-Reichweite) bedient werden kann. (Das Tablet kann man natürlich auch noch für andere Zwecke nutzen.)