Prototypenbau gestern und heute

Ideen umsetzen ist eines der Ziele der Make Bewegung. Egal ob man im Bereich Stricken, Holzarbeiten oder Elektronik unterwegs ist – man möchte irgendwie schnell ans Ziel kommen. Da auch die Maker durch die Verfügbarkeit von günstigen Herstellungsmethoden und immer günstiger werdenden Geräten ihre Art und Weise des Prototypenbaus verändert haben, möchte ich einmal kurz vorstellen, wie meine Vorgehensweise mittlerweile aussieht und auch zeigen, wie ich das früher gemacht habe.

Möchte ich heute ein Projekt umsetzen, so starte ich nur noch sehr selten mit einem einzelnen Mikrocontroller, um den ich die Logik auf einer Lochrasterplatine aufbaue, da es viele unterschiedliche Entwicklungsboards gibt, die mir die Arbeit hier stark vereinfachen können. Hier liegt die Arduino Plattform, die ESP8266 und ESP32 Boards aber auch die Discovery Boards mittlerweile weit vorne. Für diese Boards gibt es bereits eine große Community, die sich um Bibliotheken und Anbindung von externen Sensoren, etc. kümmern. Im Idealfall sucht man sich also nur noch ein passendes Modul aus, lädt ein Beispielprogramm herunter und fertig ist der Prototyp.

Früher: Lochrasterplatine mit Atmel Mikrocontroller

Heute: verschiedene (LoRa) Entwicklungsboards

Reicht die einfache Variante nicht aus, so kann man sich im Bereich von Open Hardware umschauen. In meinem Beispiel habe ich nach einem LoRa Board geschaut, das möglichst flexibel einzusetzen ist, Standardkomponenten verwendet,  stromsparend arbeitet und auch über Batterie betrieben werden kann. Wie so oft wird man hier bei GitHub fündig. Bei diesem Board hatte ich wieder Glück, denn es verwendet wieder ein Standardentwicklungsboard – den Arduino Pro Mini – und lässt sich dadurch wieder ganz einfach programmieren.
Findet man kein passendes Board setzt man sich einfach hin und bastelt schnell ein eigenes Platinenlayout. Passende Layoutsoftware gibt es mittlerweile für kleinere Designs umsonst, bspw. EAGLE oder KiCad. In letzter Zeit verwende ich ab und an auch mal das Online-Layoutprogramm EasyEDA.

Heute: Fertig designtes Open Hardware Board (grün)

Früher habe ich mich dann noch selbst in den Keller gestellt und per Tonertransferverfahren das Platinenlayout auf die Rohplatine gebracht und danach dann in dem selbst gebauten Ätzgerät geätzt. Danach einmal kurz drüberschauen, ob die Leiterbahnen in Ordnung sind, die Löcher für die Bauteile bohren und zum Schluß Leiterbahnen verzinnen.

Früher: selbstgebautes Ätzgerät

Das das alles sehr umständlich und zeitraubend ist und wir als Maker, wenn wir gerade mal ein paar Stunden in der Woche an unseren Projekten arbeiten, auch zu wenig Zeit dafür haben, dürfte klar sein. Aus diesem Grund bin ich dazu übergegangen, einen der vielen Leiterplattenhersteller zu verwenden, die mir die fertigen Platinen durchkontaktiert, mit Lötstopplack und Beschriftung direkt nach Hause liefern und dank der Konkurrenz aus Fernost bekommt man so als Maker sehr schnell eine sehr gute Qualität, sodass sich das Design eines Prototypen schon lohnt.

Weiter geht’s mit der Bestückung: während man früher eher PTH Bauelemente verwendet hat, verwende ich – wenn möglich – heute ausschließlich SMD Bauteile. Das hat den Grund, das sie wesentlich einfacher zu verarbeiten sind und ich natürlich auch kleinere Boards bauen kann. Mit einer kleinen Spritze mit Lötpaste, werden die freien Pads auf dem Boards „eingeschmiert“ und die SMD Bauteile in die Lötpaste gesetzt. Man braucht hier nicht einmal sehr genau zu arbeiten, da der Kapillareffekt und der Lötstopplack der Platine dafür sorgen, dass das Bauteil notfalls auch in Position gezogen wird. Danach geht’s ab in den Reflow-Ofen – wir Maker haben uns dafür Pizza Öfen umgebaut oder einfach einen der günstigen Reflow-Öfen aus Fernost gekauft. Ich besitze einen letzteren und habe ihn erstmal umgebaut: Krepp Band raus und Kapton Band rein, Gehäuse vernünftig geerdet, neue Temperaturreferenz eingebaut und eine neue Firmware eingespielt. Damit kann man dann auch schnell mal ein paar Platinen mehr „backen“.

Heute: bestücktes Board mit Lötpaste und aufgesetzten Bauteilen

Heute: Platinen backen im Reflow Ofen

Danach überprüfe ich mit einem Mikroskop nochmal den Sitz der Bauteile und ob die Lötstellen soweit in Ordnung sind. Falls nicht, wird nochmal nachgearbeitet und entweder mit einer Reflow Workstation nachgelötet oder mit Entlötsauglitze überschüssiges Lot entfernt.

Heute: Sichtprüfung mit Mikroskop – hier zu viel Lot zwischen zwei Kontakten

Das war’s auch schon. Klar, dass ich mittlerweile das ein oder andere Gerät in meiner Werkstatt habe, das ein Anfänger noch nicht haben dürfte – ist halt alles so nach und nach zusammen gekommen, aber dennoch denke ich, dass es nie einfacher war, selbst eigene Schaltungen zu realisieren und das alles für sehr wenig Geld.

Wie sieht bei euch denn die Entwicklung aus? Immernoch Lochrasterplatinen und Kupferlackdraht? Auch schon gefertigte Platinen? PTH Komponenten oder auch schon SMD? Würde mich freuen, wenn ihr mir einen Kommentar hinterlasst und mal schreibt wie ihr das macht.

TTN Gateway – RasPi 3 + IMST iC880A + CH2i + GPS

Hier war es ja mal wieder lange Zeit etwas zu still – wie immer versuche ich das zu verändern, aber im Moment dreht sich bei mir einiges im „Real Life“. Egal… zurück ur Technik :-).

Ich habe in den letzten Wochen einige Zeit mit LoRaWAN und dem The Things Network zugebracht und unsere Community in Paderborn wächst und gedeiht und wie ihr lesen konntet, durfte ich auf der MakerCon in Heidelberg auch das TTN vorstellen.
Beim Bau meiner zwei Gateways kam dann irgendwann die Frage auf, ob es nicht sinnvoll sein könnte, den Concentrator von IMST auch gleich mit dem PPS Signal eines GPS Moduls zu versorgen. Einige Forenbeiträge im TTN Forum haben das verneint, da es wohl ein altes Referenz Design verwendet und das TTN keine Class B Devices (Beacons) unterstützt. Letzteres wird sich aber mit dem Stack v3 ändern, sodass eine genaue Zeitsynchronisation notwendig sein wird und mit einer genaueren Zeitbasis kann man auch die Triangulation erhöhen. Ich habe mich also dazu entschlossen mein Outdoor Gateway mit GPS zu erweitern. Dabei habe ich mich zum größten Teil an die Anleitung auf Björns Techblog gehalten.Einziger Unterschied: ich verwende ein UBlox Neo-M8N GPS Modul und verbinde es – ohne zu löten – mit der CH2i Backplane und dem Concentrator von IMST.
Im folgenden Bild kann man sehen, wo ich die Kabel des GPS Empfängers angeschlossen habe (die Farben der Kabel sind von mir gewählt und entsprechen nicht unbedingt dem mitgelieferten Anschlusskabel).

Man sieht im Bild, dass ich das PPS Signal an den Concentrator mit einem SMA Verbinder angeschlossen habe. Alternativ kann man das PPS Signal des GPS Empfängers auch direkt an Pin 19 des Concentrators anschliessen, da ich aber keine Lötverbindungen wollte, war das für mich der bessere Weg. Strom und Masse kommen von einem I²C Connector der CH2i Backplane und RxD sowie TxD werden mit dem FTDI Anschluss verbunden (die beiden Pfeile auf der CH2i Backplane). Das war es dann auch schon.
Im Packet Forwarder muss man nur noch FakeGPS abschalten und schon wird der GPS Empfänger erkannt. In meiner Resin.io Konfiguration habe ich dazu in den „Device Service Variables“ „GW_GPS“ auf „true“ gesetzt.
Momentan statten wir einige unserer Gateways mit GPS aus und sind sehr gespannt, wie sich das auf unser Netz und die Geolocation sowie den kommenden Stack v3 auswirken wird.

Solltet ihr weitere Fragen zu dem Umbau haben, dann immer her damit (Kommetare) :-)!

Delta 3D Drucker

Puh, mein letzter Beitrag hier im Blog ist ja auch schon wieder eine ganze Weile her und ich war mir auch schon nicht mehr so sicher, ob es richtig war, diesen Blog aufzuteilen und mein Development Blog zusätzlich zu starten. Mittlerweile gibt es aber wieder einiges Neues und ich habe auch mal wieder Lust ein paar Beiträge zu schreiben, also war die Trennung letztendlich dann doch richtig. Aber zurück zum Thema…

Ich bin seit einiger Zeit stolzer Besitzer eines Achatz easyDelta 3D Druckers. Der Wunsch nach einem 3D Drucker war schon längere Zeit da, allerdings habe ich immer noch gezögert, um nicht gleich bei der ersten Generation zuzuschlagen und ein Gerät zu erhalten, dass dann schon etwas „anfängerfreundlicher“ ist. Nach einer sehr langen Vorauswahl von unterschiedlichsten 3D Druckern bin ich letztendlich bei der Wahl zwischen einem Ultimaker 2 oder dem Achatz easyDelta Drucker, der ähnlich zum SeeMeCNC Rostock Max ist, angekommen und habe mich dann aus hauptsächlich einem Grund für den easyDelta entschieden: mein Arbeitskollege hat sich auch so einen 3D Drucker geholt.
Eigentlich wollte ich nämlich einen Drucker, den ich anschließen und nutzen kann, den easyDelta muss man aber komplett selbst zusammenbauen. Dafür ist es aber auch ein Open Source Drucker – also ein RepRap. Anfangs sitzt man also erst mal vor einem Haufen Tüten und fragt sich schon, ob das die richtige Entscheidung war.

Einzelteile des Achatz easyDelta

Dank der einigermaßen guten Anleitung ging der Bau aber ganz gut voran. Mit „einigermaßen“ meine ich, dass die Mechanik eigentlich ganz gut in der Bauanleitung beschrieben war, die Elektronik war aber etwas dürftig beschrieben. Nach zwei Tagen war der Drucker dann soweit aufgebaut und trotz einiger Tricksereien, wie bspw. die Einstellungen des Motorshields, die ich erst auf ganz anderen Seiten suchen musste und wo man ein bisschen improvisieren musste, stand nach zwei Tagen dann der Drucker fertig auf dem Tisch.

Fertig aufgebauter Achatz easyDelta 3D Drucker

Also gleich mal losdrucken – denkste. Natürlich muss der Drucker erst einmal kalibriert werden und genau hier schweigt sich die Bedienungsanleitung komplett aus. Ein Youtube Video, das auf die manuelle Kalibrierung eines Delta Druckers eingeht, hat mir auch nicht weitergeholen, da die dort verwendete Befehle in der mitgelieferten Firmware nicht vorhanden waren. Der Support von Achatz hat mir leider auch nur einmal geantwortet und danach herrschte auf allen Kanälen Funkstille. Zuerst habe ich also versucht, die Endstoppschalter zu verschieben und musste dabei feststellen, dass diese qualitativ wirklich minderwertig sind. Bei dem sonst so robusten und gut verarbeiteten Drucker ist das eine echte Schwachstelle. Nachdem mir fast alle Endstoppschalterhalterungen zerbröselt sind, hat mir glücklicherweise mein Kollege ein paar neue nach der Vorlage eines Benutzers bei Thingiverse gedruckt, die deutlich robuster sind. Vielen Dank deshalb an Taede de Jong, der die Dateien dafür zur Verfügung gestellt und mir auch bei einigen Anfangsschwierigkeiten mit dem Drucker weitergeholfen hat.

Gebrochene Endstoppschalterhalterungen

Ich habe dann versucht, die mitgelieferten Sourcen für den Drucker zu kompilieren und dabei dann festgestellt, dass die Werte überhaupt nicht zu dem Drucker passen, also bin ich letztendlich bei der Marlin Firmware gelandet und habe alle Einstellungen noch einmal neu gemacht und konnte mich dann endlich mit der Kalibrierung des Druckers beschäftigen. Bei den Delta Druckern ist das ein wenig aufwendiger, aber wenn man nach folgendem Video vorgeht, ist es eigentlich kein Problem (ist auch nur beim ersten Mal so aufwendig, eine Neukalibrierung ist danach ein Kinderspiel):

Nachdem die Kalibrierung endlich durch war – dafür habe ich mit den Ersatzteilen und den Experimenten mit der Firmware ungefähr zwei Wochen gebraucht –  konnte endlich der erste Druck gestartet werden und, man glaubt es kaum, es hat auf Anhieb funktioniert.

3D Drucker Achatz easyDelta beim Drucken

Mittlerweile habe ich schon so einiges gedruckt und dabei den Druckprozess immer weiter optimiert (Temperaturen des Heizbetts, Temperaturen des Extruders, Infill, etc.), sodass ich den Drucker sogar schon mal beim Drucken alleine lassen kann. Unter den bisher gedruckten Objekten befinden sich bspw. ein Raspberry Pi 2 Gehäuse, Halterungen für die Extruderdüsen, Basisboards für meine Freescale Development Kits, Basisboards für meine STM32 Nuclea Development Kits, aber auch so einfache Dinge wie eine Schutzkappe für einen Zaunpfahl. Da ich auch immer mehr Ideen für neue zu Druckende Objekte habe, arbeite ich mich gerade in FreeCAD ein. Das ist für mich zwar erst mal etwas gewöhnungsbedürftig, aber es klappt schon immer besser. Ich werde mich als nächstes dann wohl mal an etwas komplexere Designs versuchen.

Zum Achatz easyDelta kann ich abschließend sagen, dass der Drucker sehr robust ist, die Aufbauanleitung war ok, ließ mich aber bei der Elektronik ziemlich alleine, aber leider war der Support sehr unzureichend. Glücklicherweise ist es ein RepRap Drucker, sodass ich nach viel Sucherei dennoch zum Ziel gekommen bin und jetzt einen zuverlässigen 3D Drucker besitze. Der Kauf hat sich für mich als Bastler auf jeden Fall schon mal gelohnt.

Embedded Projects Journal Ausgabe 14

Eine neue Ausgabe des kostenlosen Embedded Projects Journal Magazin ist erschienen. Das Magazin ist eine Open-Source Zeitschrift rund um das Thema Mikrocontroller und eingebetteten Systemen. Pro Jahr erscheinen 4 Ausgaben, die entweder kostenlos als PDF, kostenlos auf Papier oder als Abo für 12,99 EUR auf Papier bezogen werden. Mehr dazu könnt ihr auf der Seite vom Embedded Projects Journal erfahren. Den Download der PDF Version findet ihr unten rechts unter “Aktuelle Ausgabe”.

Inhalt:

  • DidCAM – Wärmebildkamera
  • LED-Cube
  • Erstellung eines Nutzen in EAGLE
  • Ein 8-Bit Rechner mit Spartan
  • Funkübertragung mit IEEE802.15.4
  • Beschleunigungssensor an Gnublin

 

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3D Druck im Selbsttest

In letzter Zeit hört man ja viel von 3D Druck. Das sei die Zukunft, denn wenn wir in Zukunft Ersatzteile brauchen, dann drucken wir die auf unserem 3D Drucker, den wir natürlich zu Hause stehen haben, einfach selbst aus. Die 3D Dateien, die für das Ersatzteil benötigt werden, werden einfach beim Hersteller heruntergeladen – vielleicht zu einem gewissen Entgeld – mal schauen, wie sich das entwickelt.
Schöne neue Welt, oder Smiley? Ich finde das Konzept dahinter jedenfalls großartig und will hier gar nicht groß auf die unterschiedlichen Druckverfahren eingehen, aber da mich das Ganze schon interessiert, habe ich es vor kurzem mal getestet und zwar mit meinem Logic Analyzer. Vor einiger Zeit hatte ich mir bereits den Open Logic Sniffer Logic Analyzer gekauft, allerdings fehlte bisher immer das passende Gehäuse dafür. Durch Zufall bin ich in einem Forumbeitrag dann über ein 3D Modell für ein Gehäuse bei Thingiverse – quasi eine Open Source Platform für 3D Modelle – gestolpert und habe mir die entsprechenden Dateien heruntergeladen, mit denen ich mir ein entsprechendes Gehäuse drucken lassen kann. Nach ein wenig Sucherei nach einem guten 3D Druckservice bin ich dann bei Shapeways gelandet, da hier jede Menge Informationen und eigene Modelle zur Verfügung gestellt werden und die Seite einen übersichtlichen Eindruck machte. Für etwas mehr als 20 EUR habe ich dann bei 3D Gehäuse Modell bestellt und nach ungefähr zwei Wochen war es dann auch bei mir.
Um es kurz zu machen: Ich bin sehr zufrieden. Für einen Prototypen ist der Preis sehr angemessen und mit einer solchen Robustheit des Gehäuses hätte ich auch nicht gerechnet. Das Material selbst ist ein wenig rau, aber das hatte ich letztendlich selbst so bestellt (zum Testen habe ich natürlich das günstigste genommen Zwinkerndes Smiley). Nun fehlt nur noch eine Plexiglasscheibe als Abdeckung, die mir aber ein Arbeitskollege netterweise bereits zur Verfügung gestellt hat. Und so sieht das Ding mittlerweile aus:

logic-analyzer

Wenn ihr übrigens selbst mal selbst ein 3D Modell drucken lassen wollt, dann schaut mal bei Thingiverse (Link oben) vorbei. Da findet man jede Menge Vorlagen und außerdem kann ich noch die c’t Ausgabe 15/2011 empfehlen, da hier beschrieben wird, wie man mit Googles SketchUp 3D Modelle für den 3D Druck erstellen kann. Probiert es mal aus, es lohnt sich definitiv!