Arduino-Nano-Project

Die Licht­orgel lebt wieder. Die programm­ierbaren LED's WS2812b machen es möglich.

Neben dem Rasp­berry Pi für den PC-Be­reich ist auch der Ardu­ino-nano bei Bastel­freun­den gut bekannt. Dieser kleine Micro­controller hat neben dem kleinen Preis den Vor­teil, dass er sofort nach dem Ein­schalten sein Pro­gramm abspielt.

Der ATmega328 hat einen Flash Speicher von 32 KB und 14 I/O Pins. Mit seinen 16 MHz ist er flott genug für die meisten Pro­jekte.

Ich konnte den 3er-Pack für 12€ erwerben, in­stall­ierte mir die Arduino-IDE und schon konnten die ersten Beispiel­pro­gramme getestet werden. Sehr hilf­reich für den Anfang ist ein Steck­brett (Bread­board) oder besser ein kom­plettes Starter-Kit

Für mich war ein BASIC-Set aus­reichend, da ich ja die Ardu­ino-nano bereits hatte, aber die Aus­wahl ist hier groß.

Es sollte aber ein Netz­teil­modul, ein Bread­board, Jumper Kabel, LEDs, Taster und ein paar Wider­stände als Grund­ausstatt­ung ent­halten sein. Mit dieser Grund­ausstattung können bereits ein Reihe von Bei­spiel­pro­gramme aus­probiert werden. Ein­fach mal eine LED blinken lassen, oder einen Servo anzu­steuern sind für den An­fang eine gute Übung.

Nach einem Video wusste ich was ich woll­te.

Ich fand auch hier im link Wiki Hacker­space Bielefeld eine Schaltung und auch den ersten Sketch.

Ich brauch­te also noch 2 Potent­iometer 10KOhm und den LED-Strei­fen WS2812b. Die Schalt­ung ist einfach nachzu­bauen und das Bread­board ist hierfür ideal.

Nun musste der Sketch zum Arduino ge­sendet werden. Ich hatte am Anfang ein Pro­blem den Ardu­ino-nano anzu­sprechen. Die billig­ere Ver­sion des Ardu­ino ver­wendete einen anderen seriel­len Con­troller (CH341) und ohne den Treiber wurde keine Ver­bindung aufgebaut. Jetzt hatte ich einen Com-Port, aber....

Bei Board: muss "Arduino Nano" stehen und der Pro­zessor: auf "ATmega328P (Old Boot­loader)" und der richtige Com-Port muss aus­gewählt sein. Jetzt muss noch die Ge­schwin­dig­keit des Com-Port auf 9600 ge­stellt werden und endlich "reden" die beiden mit­einander. Das hat schon mal 1Stunde ge­braucht um die Kinder­krank­heiten zu über­stehen. Aber jetzt geht es richtig los.

Die Beispiel-Pro­gramme haben funkt­ioniert, wenn man die richt­igen Biblio­theken ein­gebunden hat. Jeder Pro­grammier­er verwendet eine andere Funktion und so erklärt sich auch warum jedes Pro­gramm seinen eigenen Ord­ner braucht, denn hier kann gleich die richtig Datei im Ver­zeichnis liegen. Jetzt folgten Nächte mit viel Fummel­ei. Die Hellig­keit an­passen, die LED-Anzahl, Tasten muss­ten auf andere I/O-Pins verlegt werden und letzt­lich die Farb­module zu ge­stalten, war schon etwas Auf­wand.

Hier das Er­geb­nis zum Down­load ==> vu-meter Scetch

Aber jetzt musste eine Platine her, ich konnte ja schlecht das Bread­board in ein Ge­häuse bauen.

Für das erste musste eine Strei­fen-Leiter­platte aus­reichen. Etwas Löt­arbeit, ein kleines Käst­chen aus Holz und schon war ein Proto­typ fertig. Neben dem Classic-Mode konnte man 10 weitere Farben aus­wählen. Am besten gefällt mir der Regen­bogen, bei dem sich die Farben ständig ändern. Es gab ein Stand­licht nach der Anfangs­animation, einfach Weis um als Be­leuchtung (in Pausen) zu dienen. Aber auch der "Peak" den man zu­schalten kann ist was feines. Hier hüpft der Maximal­wert über der Musik­kurve, ein echter Blick­fang eben.

Schön war die Leiter­platte ja nicht, aber alles funkt­ionierte. Neben der Heim­werker-Arbeit die LED-Strei­fen in Schienen einzu­kleben musste auch ein Gehäuse gebaut werden. In dem Ge­häuse musste ein Netz­teil, auch ein MP3-Player mit Blue­tooth und der Ardu­ino seinen Platz finden.

Es ist schon unglaub­lich was es alles am Markt dazu gibt. Den kleinen MP3-Player ab 4€ bis zu fert­igen Bau­gruppen mit Front­blende. Hier ein Beispiel für 12€ incl. Radio und Fern­bedien­ung im Bild. Ich habe mich für eine Platine HW329b ent­schieden.

Jetzt fehlte nur noch die Profess­ionelle Leiter­platte für das Projekt.

Mit dem Pro­gramm PCB-Express war be­reits ein guter Ent­wurf mög­lich, leider fehlt­en hier be­reits Daten­banken, weil das Pro­gramm wohl nicht weiter gepflegt wurde. Auch ein Gerber-File für die On­line Bestell­ung konnte hier­mit nicht mehr er­stellt werden. Aber für den An­fang sah des Ergeb­niss nicht schlecht aus.

Mit dem Free­ware-Programm NC-Corrector 4.0 baute ich meinen Ent­wurf der Leiter­platte als CNC-File nach.

Hier zum Down­load vu-meter-cnc. Wer will, kann das File ja mal in den NC-Corrector laden und der Simulation zusehen wie die Platine gefräst wird.

Dann setzte ich meine CNC-Fräse ein. Das allein hat neben dem vorzeig­baren Ergeb­nis viel Spaß gemacht. Denn wenn man die CNC-Datei einmal fertig gestellt hat, dann macht es einfach Freude der Maschine beim arbeiten zuzu­sehen.

Die hundert Löcher werden mit der Prä­zision von Zehntel Milli­meter gebohrt und das in atem­berau­bender Geschwin­digkeit.

Nun kann man ja als Elek­tronik-Bastler seine eigene Leiter­platte (PCB) fertigen lassen. Zehn Stück für 5$ in China. Doch wie geht das?

Ich fand heraus, das man ein Gerber-File hoch­laden muss, um das zu er­stellen brauche ich also ein Pro­gramm. Nach einigen Ver­suchen mit Online-Tools und Program­men die nicht mehr funkt­ionierten, kam KICAD auf dem Plan. Hier hat die Open­Source-Ge­meinde wieder­mal ganze Arbeit ge­leistet. Ich war total be­geistert wie gut sich das Pro­gramm an­fühlte. Ich musste mir natürlich auch ein paar Videos an­sehen um zu be­greifen in welcher Reihen­folge die ver­schieden Layer auf­gebaut werden müssen. Aber dann ging es los.

Ups. Fehl­start, erst musste ich nun noch­mal meine Schalt­ung in der ge­norm­ten Ge­stalt er­zeugen. also war wieder Fleiß ange­sagt. Je besser die Schalt­ung um so ein­facher wird dann die Leiter­platte. Nach der Schalt­ung wird per Maus­klick eine Platine erstellt auf der jetzt alle Bau­teile an­geordnet werden können. Das beste an dem Pro­gramm ist, dass jedes Bau­element eine eigene Datei mit den pass­enden Dimen­sionen hat.

Das dient dazu, dass alle Bohr­löcher und Löt­augen auf den Milli­meter genau platz­iert werden. Nun ja der Kata­log ist riesig aber finde mal die richtige Audio-Buchse im Kata­log, die man dann auch be­stellen kann. Ein paar Ele­mente musste ich erst noch erstellen. Aber auch das unterstützt dieses KICAD, einfach Klasse.

Selbst die Bes­chrift­ung der Platine gibt man vor und man könnte jetzt sogar (gegen Auf­preis) gleich die Bestück­ung mit­bestellen. Für eine SMD-Version meiner Pla­tine werde ich das später auch machen.

Also be­stellen wir mal. Ein­fach das Gerber-File hoch­laden und die Form­ulare aus­füllen. Die 5$ wurden dann doch etwas teurer, mit Versand­kosten und Einfuhr­zoll haben die zehn Platinen dann fast 50€ gekostet. Dafür aber eine super Quali­tät, das hat sich wirk­lich gelohnt.

Das erste Model ist als eigen­ständiges Gerät ge­arbeitet. Ein Netz­teil ein MP3-Player mit Blue­tooth Empfäger und ein Line­ausgang für die Laut­sprecher-Boxen.

Ein­fach ein­schalten wie ein Radio und los geht es. Die Musik kann ein­fach per Blue­tooth vom Phone, per USB-Stick oder per mirco-SD-Card ein­gelegt werden. Die Tasten er­lauben das Um­schalt­en der Farbe­variate, die Lauf­richt­ung, also auch von oben nach unten ist mög­lich oder aus der Mitte heraus. Den Peak­modus ein- und aus-schalt­bar. Die Hellig­keit und die Empfind­lichkeit wird per Potent­iometer ein­gestellt. Für die LED-Strei­fen sind hier Alu-Schien­en ver­wendet, die das Licht in 2 Richt­ungen ab­strahlt. Als Ab­stands­halter am oberen Ende habe ich eine Kappe aus dem 3D-Drucker ange­bracht.

Das Model zwei sollte für eine Musik­anlage sein. Hier wurden 4 LED-Säulen mit 2m Länge (120 LED's) ver­wendet. Diese Säulen kann man auf­stellen oder auf­hängen daher war auch die Richtungs­umkehr not­wendig. Da hier die LED-Säulen über eine große Ent­fernung angesteuert werden musste waren Range-Extender und separate Netz­teile je Säule notwendig. Die kleine Platine des WS2812 Range Ex­tender setzt die LED-In­formation in ein Wechsel­spannung Signal um und erlaubt damit auch Ent­fernungen von mehr als 30m. Auch konnten wir hier mit einem Sender 2 Säulen gleich­zeitig ansteuern.

Dem Wunsch die Farb- und Richtungs­varianten direkt auswählen zu können folgte eine Fern­bedienung. Über den USB-An­schluß kann der serielle Monitor des Arduino dazu verwendet werden.

Wenn man die Zeile 56 aktiviert steht einem jetzt ein kleiner Monitor des aktu­ellem Status zur Ver­fügung.

Hier folgendes Bei­spiel auf dem Seri­ellem Monitor. Die vier­stellige Zahl stellt in den ersten 2 Ziffern den Farbcode dar, gefolgt von einer Ziffer für den Modus und einer Ziffer für den Peak-Modus. Im ange­schloss­enem Monitor wird die jeweil­ige Änder­ung dann sofort dar­gestellt. Die Steuerung ist damit über eine be­liebige Seri­elle Ver­bindung möglich. D.h. auch über z.B. Putty oder einem Terminal Fenster bzw. eine ex­ternen Steuerungs­programm.

Folgende Farbvarianten sind programmiert, die jeweils nach aktuellem Pegel mehr oder weniger vollständig angezeigt werden. Die Farbe über dem Farbcode stellt dabei jeweils den Peak (hüpfender Punkt) dar.