Prototyp

Bauanleitung Prototyp

Um überhaupt erst einmal ein sichtbares Ergebnis zu bekommen, ist es sinnvoll, Noko nach und nach auf einem Steckbrett zusammenzustellen. Mutige könnten diesen Schritt natürlich gerne überspringen.

Minimale Konfiguration

Um Noko lauffähig zu bekommen, werden, neben einem Steckbrett und Kabeln, minimal folgende Teile benötigt:

• Arduino Nano, mit einem USB-Kabel am PC verbunden
• 4 Taster
• DS3231 Echtzeituhr-Modul
• 20x4 I2C LC-Display (Die Grafik zeigt ein falsches 16x2 Display mit falschen Anschlüssen.)
• 3 2,2kOhm Widerstände

Die notwendige Stromversorgung stellt der Arduino über seinen 5V-Wandler her. Die Geräte des Steckbrett-Nokos werden - mit Ausnahme des Radios - hierüber versorgt und daher entsprechend mit 5V und GND verbunden.

Uhr und Display werden über den I2C-Bus mit dem Arduino verbunden. Dieser liegt bei

• A4 (SDA)
• A5 (SCL)

Die Taster werden über den Analogport A0 ausgelesen. Die Tasten sind von links nach rechts NASE (SW4), LINKS (SW3), RECHTS (SW2), BAUCH (SW1):

• A0 an Taster

Da Noko laufend den Ladestand überprüft, aber noch keine Batterie hat, ist es sinnvoll, die Warnhinweise zu umgehen. Über A6 wird geprüft, ob Noko gerade via USB geladen wird. An A7 wird die Akkuspannung ausgelesen. Beide Ports werden nun mit der Spannung verbunden, um maximalen Ladestand und den Anschluss an ein Netzteil zu simulieren:

• A6 an 5V
• A7 an 5V

Über den USB-Port des Arduinos wird Noko mit Strom versorgt und sollte nach einigen Sekunden die Uhrzeit anzeigen. Nicht wundern, wenn die Taster träge reagieren. Ein vollständiger Noko, insbesondere mit MP3-Modul, hat dieses Problem nicht mehr. Was Noko nun im Einzelnen kann, wurde bereits in der Anleitung beschrieben.

Alle Module

Um die meisten Features zu nutzen, muss der Steckbrett-Noko nun um Folgendes ergänzt werden:

• JQ6500-28p MP3-Modul
• Si4703 Radio-Modul
• 24LC256 EEPROM
• HC-SR04 Ultraschallsensor
• 1 Lautsprecher
• 1 Kopfhörer zum Testen für das Radio
• 1 LED
• 1 330 Ohm Vorwiderstand
• 1 1 kOhm Widerstand
• 1 4,7 kOhm Widerstand
• 1 100µF Elko
• Labornetzteil oder ein 5V 1A USB-Netzteil mit Mini-USB-Kabel

LED

Zunächst wird klein angefangen. Die LED wird samt Vorwiderstand an D10 angeschlossen. Wird nun mit einem Druck auf die linke Taste SW3 - auf dem Steckbrett die dritte von rechts - das Display ausgeschaltet, sollte sie aufleuchten.

Elko

Damit es nicht zu größeren Spannungsschwankungen kommt, bekommt das Steckbrett noch einen Elko, idealer Weise dort, wo die meisten Verbraucher abgehen.

MP3-Modul

Das Modul auf der Zeichnung entspricht aus... nun ja... künstlerisch-technischen Gründen nicht ganz der Realität. Der USB-Port würde auf der rechten Seite sitzen. Die Stromversorgung kommt über den USB-Port, da die maximalen 500mA aus dem 5V-Pin des Arduino nicht ausreichen, um das Modul mit seinem integrierten Verstärker zu versorgen. Das Kabel sollte an einem (Handy-)Netzteil angeschlossen werden, am USB-Port des Computers wäre es nicht vom Arduino ansprechbar. Später wird das Modul über den USB-Hub verbunden, um weitere Dateien aufspielen zu können. Die 5V bezieht es aus dem Step-Up-Modul, das ausreichende 2A liefert. Angesteuert wird das Modul über eine serielle Verbindung, nicht über den I2C-Bus:

• USB-Netzteil im USB-Port
• Pin 13 an GND
• Pin 25 (RX) mit einem 1 kOhm-Widerstand an D3
• Pin 26 (TX) an D2

Die serielle Kommunikation ist im Empfang von Statussignalen höchst unzuverlässig. Allerdings bietet das Modul einen Busy-Pin, um ablesen zu können, ob ein MP3 abgespielt wird. Das ist für die Steuerung des Nokos höchst wichtig. Auch das ist nicht ganz unproblematisch, da dieser Pin kein klares HIGH produziert. Daher wird diese Leitung mit einem Widerstand zusätzlich an 5V gelegt, um ein eindeutiges Signal zu erhalten.

• Pin 23 (Busy) an D4 mit 4,7 kOhm-Widerstand an 5V

Zum Testen soll zunächst auf den Verstärker verzichtet werden. Hierfür wird einer der beiden Lautsprecher direkt an das Modul angeschlossen, das über einen kleinen Verstärker verfügt:

• Pin 1 (SPK+) an +
• Pin 2 (SPK-) an -

Nun sollte Noko, sofern die SD-Karte entsprechend beschrieben ist, sprechen können. Das probiert man am Besten, indem auf seine Nase (SW4) gedrückt wird. Das mag er zwar nicht, aber dafür wird er es umso deutlicher zeigen. Die Einrichtung der Karte wird hier beschrieben.

Ultraschallsensor

Auch der Sensor ist einfach anzuschließen:

• Gnd an GND
• Trig an D13
• Echo an D12
• VCC an 5V

EEPROM (Optional)

Das 24LC256-EEPROM wird auch über den I2C-Bus angesteuert. Pin 1-3 legen die Adresse fest, daher müssen alle Pins belegt werden. Pin 7 legt fest, ob das EEPROM schreibgeschützt sein soll. Nein. Also GND.

• Pin 1, 2, 3, 4 an GND
• Pin 5 an SDA
• Pin 6 an SCL
• Pin 7 an GND
• Pin 8 an 5V

Wurde das EEPROM vorher in Noko.ino in der Zeile
#define def_external_eeprom 1 // Using external EEPROM?
am Anfang mit // auskommentiert, können die Schrägstiche nun entfernt werden.

Radio (Optional)

Zu guter Letzt kommt das Radio an die Reihe. Auch das wird über den I2C-Bus gesteuert. Zusätzlich benötigt es einen Pin am Arduino und, als Besonderheit, 3,3V Spannung, die praktischer Weise ebenfalls vom Arduino bereit gestellt werden. Also aufpassen beim Anschließen:

• SDIO an A4 (SDA)
• SCLK an A5 (SCL)
• 3,3V an 3,3V
• GND an GND
• RST an D5

Zum Testen muss nun noch ein Kopfhörer in die Buchse gesteckt werden, der auch gleichzeitig als Antenne dient. Später wird das Radio natürlich eine eigene Antenne bekommen und über den Verstärker ausgegeben werden.

Ist das Radio vorhanden, kann der die Datei Noko.ino ohne Modifikation auf den Arduino geladen werden, die ohne das Radio sonst nicht lauffähig ist. Ist die Zeile
#define def_radio 1 // Using Radio?
am Anfang mit // auskommentiert, so können die Schrägstiche nun entfernt und das Radio aktiviert werden.

Stromversorgung

Noko benötigt 5V und 1A. Ich versorge Noko über mein Labornetzteil direkt am Steckbrett. Dabei kann es aber zu Problemen mit den Schaltern kommen, wenn der Arduino noch über USB verbunden ist. Zum Testen sollte die Verbindung getrennt werden. Wer kein Labornetzteil, kann den Arduino am Computer verbunden lassen, das MP3-Modul muss jedoch extern mit 5V 1A via Mini-USB versorgt werden. Die Versorgung nur über den Arduino reicht nicht aus!

Fertig. Fast.

Noko ist nun lauffähig. Jetzt fehlen nur noch der Stereo-Verstärker, der später zum Stromsparen über ein MOSFET an D6 ausgeschaltet wird, Der AUX-Eingang, der über ein Relais an D7 gesteuert wird und Signaltöne über D11 - falls ein Piezo-Summer zur Hand ist, einfach mal probieren. Außerdem fehlen noch Hörspiele und die Inhalte des EEPROMs. Hörspiele und Inhalte werden im nächsten Kapitel beschrieben.