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Juni 2017 PCNEWS—153 23 CLUBDEV.NET Die Elektronik-Abteilung betreibt seit dem Schuljahr 2005/06 einen Seismographen im Keller der am Fundament der HTL mon- ĩㄮ㈹⢟⥝告 ert ist. Im Laufe der Zeit kamen noch weitere Messquellen wie z.B. eine Radio- akĩㄮ㜸㘨鼩嵔䨯 vitätsmessung oder ein Bienenstand dazu. Alle diese Daten. werden von einem Linux Server in einer Datenbank gespei- chert und sind über Webbrowser ab- ruĩⴸ⸶㌱⠩⥝告 ar. Miĩⴸ⸶㌱⢩⥝告 lerweile sind über 60 Mikro- controller im Dauer-Einsatz und liefern verschiedenste Messwerte. So wurde auch im Schuljahr 2016/17 an diesem Konzept festgehalten. Solche IoT-Geräte bestehen üblicherweise aus mehreren Sensoren, dem Mikrocontroller und einem Funkmodul. Der älteste dabei verwendete Mikrocontroller befindet sich im Seismo- graphen und ist ein 8051-Derivat mit ex- ternem EPROM. Fast ebenso alt ist die Erdmagneĩⴹ⸱㈷⢞⥝告 eldmessung ebenfalls mit ei- nem 8051 Derivat (von NXP) allerdings bereits mit integriertem Flash-Programm- speicher. Der Cosmic-Ray Detektor ist mit einem Atmel ATmega realisiert. Die neue- ren Geräte sind durchwegs mit ARM- Cortex M0 oder M3 oder M4 ausgestaĩㄮ㌸㤨嵔䨯 et. Dabei werden Produkte von Infineon und STMicroelectronics oder Silicon-Labs/TI verwendet. Als Funkmodule werden so- wohl proprietäre RS232 Module als auch Standard ZigBee bzw. LAN (der ENC28J60 von Microchip) oder WLAN Module (der ESP8266) oder für „long distance“ ein GSM- Modem (SIM900) eingesetzt. Seit einigen Jahren wird auch für netzbetriebene stromunkriĩㄮㄹ⢟⥝告 sche Anwendungen der Rasp- berry PI eingesetzt. Projekt: Smart Event Hall Hier waren kostengünsĩㄮ㈹⢟⥝告 ge vernetzbare modulare Sensor-Knoten zu entwickeln und in ein IP54 Gehäuse einzubauen. Als konkrete Anwendung wurden diese Kno- ten zur Messwerterfassung von Luĩㄮ㈹⡌⥝告 - Temperatur, -Feuchte -Geschwindigkeit - Qualität, in einer Lagerhalle eingesetzt. Die Luĩⴹ⸱㈷⡌⥝告 geschwindigkeit in Räumen hat neben der Temperatur und der Luĩㄮ㈹⡌⥝告 feuch- te großen Einfluss auf die thermische Be- haglichkeit. Beim Hall-Monitoring wird die Raumluĩㄮ㈹⡌⥝告 in großvolumigen Veranstal- tungshallen untersucht. Ziel war es, mit individuell zugeschniĩㄮㄹ⢩⥝告 enen Konzepten ein energieeffizientes Zusammenspiel von Temperatur, Feuchĩ〮㌹㜨鼩嵔䨯 gkeit und Hallen- Lüĩㄮㄹ⡌⥝告 ung zu erreichen. Dazu waren diverse Messgeräte sowie dazu passende Lüĩⴹ⸵㈴⡌⥝告 ungskonzepte zu entwickeln. Die Da- ten aller Messknoten werden nun im Mi- nutentakt zum Weĩㄮ㌸㤨嵔䨯 erserver der HTL- Hollabrunn gesendet. Die Ergebnisse sind als Zeit-Diagramm und als 3D Darstellung Mikrocontroller-News aus Hollabrunn Drei Diplomarbeiten der Abteilung Elektronik und Technische Informa ⴶ⢟⥝告 k der HTL Hollabrunn. Manfred Resel

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Die Elektronik-Abteilung betreibt seit demSchuljahr 2005/06 einen Seismographenim Keller der am Fundament der HTL mon-

ert ist. Im Laufe der Zeit kamen nochweitere Messquellen wie z.B. eine Radio-ak vitätsmessung oder ein Bienenstanddazu. Alle diese Daten. werden von einemLinux Server in einer Datenbank gespei-chert und sind über Webbrowser ab-ru ar. Mi lerweile sind über 60 Mikro-controller im Dauer-Einsatz und liefernverschiedenste Messwerte. So wurdeauch im Schuljahr 2016/17 an diesemKonzept festgehalten. Solche IoT-Gerätebestehen üblicherweise aus mehrerenSensoren, dem Mikrocontroller und einemFunkmodul. Der älteste dabei verwendeteMikrocontroller befindet sich im Seismo-graphen und ist ein 8051-Derivat mit ex-ternem EPROM. Fast ebenso alt ist dieErdmagne eldmessung ebenfalls mit ei-nem 8051 Derivat (von NXP) allerdingsbereits mit integriertem Flash-Programm-speicher. Der Cosmic-Ray Detektor ist miteinem Atmel ATmega realisiert. Die neue-ren Geräte sind durchwegs mit ARM-Cortex M0 oder M3 oder M4 ausgesta et.Dabei werden Produkte von Infineon undSTMicroelectronics oder Silicon-Labs/TIverwendet. Als Funkmodule werden so-wohl proprietäre RS232 Module als auchStandard ZigBee bzw. LAN (der ENC28J60von Microchip) oder WLAN Module (derESP8266) oder für „long distance“ ein GSM-Modem (SIM900) eingesetzt. Seit einigenJahren wird auch für netzbetriebenestromunkri sche Anwendungen der Rasp-berry PI eingesetzt.

Projekt: Smart Event HallHier waren kostengüns ge vernetzbaremodulare Sensor-Knoten zu entwickelnund in ein IP54 Gehäuse einzubauen. Alskonkrete Anwendung wurden diese Kno-ten zur Messwerterfassung von Lu -Temperatur, -Feuchte -Geschwindigkeit -Qualität, in einer Lagerhalle eingesetzt.

Die Lu geschwindigkeit in Räumen hatneben der Temperatur und der Lu feuch-te großen Einfluss auf die thermische Be-haglichkeit. Beim Hall-Monitoring wirddie Raumlu in großvolumigen Veranstal-tungshallen untersucht. Ziel war es, mitindividuell zugeschni enen Konzepten einenergieeffizientes Zusammenspiel vonTemperatur, Feuch gkeit und Hallen-Lü ung zu erreichen. Dazu waren diverseMessgeräte sowie dazu passendeLü ungskonzepte zu entwickeln. Die Da-ten aller Messknoten werden nun im Mi-nutentakt zum We erserver der HTL-Hollabrunn gesendet. Die Ergebnisse sindals Zeit-Diagramm und als 3D Darstellung

Mikrocontroller-News aus HollabrunnDrei Diplomarbeiten der Abteilung Elektronik und Technische Informa k der HTL Hollabrunn.Manfred Resel

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der Halle mi els Webbrowser (PC- undSmartphone-tauglich) weltweit abzurufen.

Jeder Sensorknoten wird mit einer Ba e-rie versorgt. Damit die Ba erien einemöglichst lange Lebensdauer aufweisen,muss der Stromverbrauch so weit wiemöglich reduziert werden. Dies wird durchdiverse „Low-Power“-Maßnahmen imDesign (Einsatz von geeigneten Kompo-nenten, Schlafzustände, zwischenzeitli-ches Abschalten von nicht gebrauchtenKomponenten) erreicht.

Für die drahtlose Datenübertragung zurBasissta on wird ein Funkmodul verwen-det, das in einem freien Frequenzbandsendet. Dabei ist zu beachten, dass dieFunkstrecke zur Basissta on mehr als 100Meter betragen kann und Hindernissezwischen Sender und Empfänger die Qua-lität der Übertragung verschlechtern kön-nen. Daher sind Funkmodule zu verwen-den, die eine entsprechend hohe Reich-weite aufweisen.

Damit Firmware-Updates möglichst ein-fach durchgeführt werden können, sollper „AirFlash“ über das eingebaute Funk-modul das Überspielen von neuer So -ware ebenfalls drahtlos möglich sein. Dieserspart bei So ware-Updates eine MengeZeit, da andernfalls bei jedem Sensorkno-ten das Gehäuse auf- und zugeschraubtwerden müsste. (Bild rechts oben)

0− Adresswahlschalter1− Boot Jumper2− SHT25 – Temperatursensor3− Jumper für Power Led4− S leiste für EIN/AUS5− Mikrocontroller6− HC-12 Funkmodul7− Externe Stromversorgung und Su-

perCap Steckplatz (op onal)8− SWDB-Stecker0/− Ba eriehalterung00− Reset-TasterDer Sensorknoten befindet sich die meisteZeit im stromsparenden Schlafmodus.Nach einer bes mmten Zeit wacht derKnoten auf, misst die Temperatur undLu feuch gkeit, schaltet das FunkmodulHC-12 ein und sendet die Werte an dieBasissta on. Währenddessen soll die ver-baute LED kurz aufleuchten um anzuzei-gen, dass der Knoten gerade ak v ist. An-schließend wartet der Sensorknoten aufeine Rückmeldung von der Basissta on.Diese Rückmeldung enthält die Dauer desnächsten Schlafzyklus in Sekunden.

∂ Empfängt der Knoten eine fehlerfreieRückmeldung, so wird der empfangeneWert als Zeitdauer bis zum nächstenAufwachen festgelegt.

∂ Wird eine fehlerha e Rückmeldungempfangen, so wird ein Blinksignal (3x

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bzw. 4x) an der LED ausgegeben und dieZeitdauer bis zum nächsten Aufwachenwird mit einigen Sekunden festgelegt.

∂ Wenn innerhalb von 400ms keine Rück-meldung empfangen wird, wird eben-falls ein Blinksignal (2x) an der LED aus-gegeben und die Zeitdauer bis zumnächsten Aufwachen wird auf eine Stan-dardzeit (15 min.) festgelegt.

Anschließend wird der Timer (RTC-Alarm)– entsprechend der zuvor festgelegtenZeit – gesetzt und der Mikrocontrollerwird in den Tiefschlafmodus versetzt. Dader niedrige Stromverbrauch des Sen-sorknotens ein wich ges Kriterium ist umeine lange Ba erielebensdauer zu errei-chen, wurde dieser gemessen und dieungefähre Lebensdauer (ca. 4 Jahre) be-rechnet.

Es wurden zwei Messungen durchgeführt:

∂ im Ruhezustand (Standby-Modus desMikrocontrollers)

∂ im ak ven Betrieb (Messvorgang, LED-Heartbeat, Sende- und Empfangsrou -ne)

Da sehr kleine Ströme – bis in den µA-Bereich – gemessen werden, wurde dasStrommessgerät µCurrent GOLD verwen-det, das speziell für das Messen kleinerStröme (mA- bis nA-Bereich) konzipiert ist.

Für die Messung im ak ven Betrieb ist einOszilloskop notwendig, da die Dauer die-ses Zustandes sehr kurz ist (einige 100ms).Die Messung im Ruhezustand kann miteinem einfachen Voltmeter durchgeführtwerden.

MessergebnisseDer Messbereich des StrommessgerätsµCurrent GOLD wurde für die Messung imRuhezustand auf 1mV / µA eingestellt, fürdie Messung im ak ven Betrieb auf 1mV /mA. Im Ruhezustand (Standby-Modus)wurde mit dem µCurrent eine Spannungvon URuhe = 3,41mV gemessen. Dies ent-spricht einem Strom von IRuhe = 3,41µA.

Im ak ven Betrieb wurden folgende Mess-werte mi els Oszilloskop aufgezeichnet:

∂ Sendedauer (HC-12 ak v): 35 ms∂ Sendestrom (HC-12 ak v): 83 mA∂ Gesamtzeit im ak ven Zustand: 294 ms∂ Stromaufnahme in restlicher Zeit (HC-12

nicht ak v): 28 mABasissta onUm die Daten der Sensorknoten sammelnzu können, ist eine Basissta on erforder-lich, die ebenfalls mit einem entsprechen-den Funkmodul ausgesta et ist.

Zum Senden der Daten an den Webserverist eine Internetverbindung notwendig. Dain der Testumgebung des zu entwickeln-den Prototyps (Kartoffellagerhalle) keineInternetanbindung per Kabel oder WLANvorhanden ist, wird ein GSM-Modul ver-

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wendet. Somit wird die Internetverbin-dung über ein Mobilfunknetz hergestellt.Folglich ist ein Vertrag mit einem Netzan-bieter sowie eine zur Nummer zugehörigeSIM-Karte nö g. Als zusätzliches Featurekönnen bei au retenden Fehlern Info-SMS versendet werden, um den Hallenbe-treiber sofort auf die Störung aufmerksammachen zu können.

Da die Daten auch vor Ort in der Halleablesbar sein sollen, wird die Basissta onmit einem einfachen Benutzerinterfaceausgesta et. Dieses besteht aus einemLCD (2 Zeilen, 16 Zeichen pro Zeile) undeinigen Tasten, die zur Auswahl verschie-dener Menüpunkte dienen. Zusätzlich zuden Messwerten können auch Status-oder Fehlermeldungen ausgegeben wer-den (z.B. wenn sich ein registrierter Sen-sorknoten nicht mehr meldet). Da in La-gerhallen o nur wenig Beleuchtungsmög-lichkeiten zur Verfügung stehen, soll dasLCD mit einer Hintergrundbeleuchtungausgesta et sein, damit das Display auchbei schlechten Lichtverhältnissen or-dentlich abzulesen ist.

Eine serielle Schni stelle ermöglicht einedetailliertere Ausgabe aller Status-, Ereig-nis- und Fehlermeldungen. Jedes relevan-te Ereignis wird mit einem Zeitstempelmitgeloggt. Dies ermöglicht ein einfachesÜberprüfen des Systems und hil bei derProblembehebung bei eventuell au re-tenden Fehlern. Auch die von den Sensor-knoten gesammelten Daten werden überdie serielle Schni stelle ausgegeben. Es istsomit möglich, andere Systeme – z.B. eineautoma sche Steuereinheit für Be-lü ungsanlagen – an die Basissta on an-zuschließen, die abhängig von den Mess-werten Belü ungsgeräte ein- oder aus-schaltet.

Lu strommessung mi els Hitzdraht-PrinzipHierbei handelt es sich um ein Konzept,das viele, o sehr teure, thermischeAnemometer verwenden. Es wird ein Sen-sorelement elektrisch erhitzt und auf ei-ner konstanten Temperatur gehalten.Entsteht nun ein Lu zug in dem zu mes-senden Bereich, so findet ein Wärmeaus-tausch zwischen Umgebungslu und Sen-sorelement sta . Dadurch beginnt das

Sensorelement auszukühlen. Das Modulregistriert dies und versucht das Abkühlendurch höhere Zufuhr elektrischer Energieauszugleichen. Dadurch kann man anhanddes verbrauchten Stromes au die Lu zugs-geschwindigkeit (bis unter 0.1 m/s) schlie-ßen.

WebGL (Web Graphics Library)WebGL ist eine Schni stelle zur Program-mierung von Grafiken im Browser. Dabeihat der Programmierer Zugriff auf die GPU-Ressourcen am Rechner des Anwenders.WebGL wird in Javascript programmiert.Mit WebGL kann Hardware auf einemsehr niedrigen Level manipuliert werden,wodurch der Entwickler sehr genau be-s mmen kann, was passiert. Der Nachteilist, dass alles selbst programmiert werdenmuss. Obwohl es ein Hauptargument fürdie Erstellung von 3D-Anwendungen ist,bietet WebGL hierfür keine direkte Unter-stützung. Außerdem basiert WebGL aufOpenGL, was zur Programmierung vonDesktop-Anwendungen verwendet wird.Sind also Vorerfahrungen vorhanden, sokönnen diese größtenteils wiederverwen-det werden. Die gröbsten Unterschiedeliegen in der Anpassung an die Verwen-dung von Javascript.

Natürlich wurden von der CommunityBibliotheken entwickelt, welche die Pro-grammierung vereinfachen, mit demNachteil, dass man nicht mehr auf einemniedrigen Level arbeitet.

Ein weiteres Argument für die Entwicklungmit WebGL ist zum einen die weitgehendeBrowserkompa bilität. Es besteht Unter-stützung von Chrome, Firefox, Safari undweiteren Browsern. Zum anderen ist dieUnabhängigkeit von Plugins vorteilha .Die Kombina on aus diesen Aspektenermöglicht die Verwendung von WebGL-Anwendungen auf nahezu allen vorstell-baren Pla ormen.

InfrarotscannerUm einen groben bildha en Gesamtüber-blick über die Temperaturverteilung in derHalle zu erhalten, wurde ein InfrarotTemperatursensor MLX90614 auf 2 Servo-motoren mon ert. Der Sensor besitzt ei-nen Verstärker, welcher das gemessene

Signal für den internen 17-bit-ADC ver-stärkt, und kann über I2C ausgelesen wer-den. Die Servos und der Temperatur-sensor werden durch einen Raspberry Pi 3angesteuert. Der unkalibrierte IR-Wertwird mithilfe der Referenz-Knoten Mess-werte in ein RGB Pixel umgewandelt. ImBild ist ein HotSpot zu erkennen.

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Projekt Smart GardeningWasser ist in vielen Regionen der Erdeknapp. Und selbst dort, wo es vorhandenist, haben Bauern o nicht dieMöglichkeiten, ihre Feldern damitgewinnbringend zu bewässern. Dadurchwird die Lage von vielen MillionenMenschen besonders im Süden Asiensund im Süden Afrikas unnö g verschlim-

mert. Zu diesem Ergebnis kommt einevon der Bill & Melinda Gates S ungfinanzierte Studie zum Thema Wasser undErnährungssicherheit. Angesichts derständig steigenden Lebensmi elpreiseund des Klimawandels mit Dürreperiodenplädieren die Autoren dafür, vor allemKleinbauern beim Wassermanagement zuunterstützen und zum Beispiel in Pumpenund Tröpfchenbewässerung zu inves e-ren. Ziel dieser Arbeit war es, einekostengüns ge Sensor-Elektronik undeine solar- oder windbetriebene Pumpen-und Bewässerungssteuerung zu entwi-ckeln. Um die Auslegung der Akku-versorgung op mieren zu können, warender Ladestrom des Windrades und derSolarpanele, die Ba eriespannung, derPumpenstrom und die Daten derSteuerpla ne zu erfassen und imMinutentakt zum We erserver der HTL-Hollabrunn zu versenden Ein ultra-low-power Mikrocontroller mit RTC (ULPµCmit Touch-LCD oder WEB-Bedienung) undangeschlossenen Sensoren für Boden-temperatur -feuchte, Bohrloch- undPufferspeicher- Wassertemperatur und -füllstand, -druck, pH-Wert, -Durchflussbetreibt das Funkmodul und steuert die(stromlos haltenden) Magnetven le derTröpfchenbewässerung an.

Einen Quantensprung bei den H2M-Schni stellen stellt das Konzept des hierverwendeten Nex on Displays dar. Es istnicht mehr nö g, sich auf Low Level mitPixelansteuerung zu beschä igen. MitItead Studios Nextion TFT Touch Screen Dis-plays und dem Nextion Editor der eine WY-SIWYG-Benutzeroberfläche bietet, kön-nen per Drag & Drop Menüs mit eigenenBildern/Symbolen wie z.B. Knöpfe,Tex elder, Prozessleisten, Schieberegler,usw. erstellt werden, und man kann insehr kurzer Zeit ziemlich funk onale

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Benutzeroberflächen programmieren. Daserstellte GUI lässt sich per UART-Schni stelle direkt aufs Display laden undkann am PC mi els Terminalprogrammgetestet werden. Die Kommunika on mitdem Hauptprozessor erfolgt dann mi elsASCII-Strings.

Firma Nex on bietet ihre LCDs in unter-schiedlichen Modellen an. Es gibt dieMöglichkeit eines Basismodells und einesEnhanced Modells. Der Unterschied zwi-schen den beiden liegt darin, dass die En-hanced Modelle über ein EEPROM, GPIO’Sund eine höhere Frequenz verfügen. Auchbei den Basismodellen unterscheiden sichdie Varianten durch die Größe desFlashspeichers, Auflösung, Gewicht undBildschirmgröße und infolge dessen imPreis.

Um das Nex on-Display programmierenzu können, muss zuerst die Entwicklungs-umgebung installiert werden. Diese heißtNextion Editor und ist auf der Seite:h ps://nex on.itead.cc/download.htmlfrei verfügbar.

Beispiel: Anzeige der aktuellen Wasser-temperatur als analoge Temperaturkurve

Beispiel: Mastermenü der Bewässerungs-steuerung (Bild rechts unten)

1. Einstellen der Stunden der lokalenUhrzeit

2. Einstellen der Minuten der lokalenUhrzeit

3. Speichern und Übernehmen dereingestellten Zeit

4. Seite wechseln⇓ Hauptmenü

5. lokale Uhrzeit in Stunden, Minutenund Sekunden

6. Prozentualer Füllstand der Regen-tonne

7. grafischer Füllstand der Regenton-ne

8. Pumpanzeige; Wenn Wasser her-aufgepumpt wird, sieht man eingrünes „X“, wenn nicht, ein rotes.

9. Seite wechseln ⇓ Uhrzeit einstel-len

10. Startzeit der Bewässerung auswäh-len

11. Stoppzeit der Bewässerung aus-wählen. Wenn eine der beidenZeiten einen blauen Hintergrundhat, bedeutet das, dass man diejeweilige Zeit mit 12 und 13 einstel-len kann

12. Einstellen der Stunde der Start-und Stoppzeit

13. Einstellen der Minute der Start-und Stoppzeit

14. Seite wechseln⇓ Sensordaten

15. Bewässerungsanzeige; Wenn be-wässert wird, sieht man ein grünes„ON“, sonst ein rotes „OFF“.

16. Mit den Pfeiltasten kann man zwi-schen den verschiedenen Sensorenhin- und herschalten.

17. Sensoranzeige

18. Werteanzeige des jeweiligen Sen-sors

19. Seite wechseln⇓Hauptmenü

Ein großes Problem stellt die En ernungdes Ackers zum Server dar. Mit herkömm-lichen Funkmodulen sind Reichweiten bisca. 1000m möglich. Ein GSM-Modembraucht Spitzenströme über 1 Ampere, istdaher für Ba eriebetrieb eher ungüns g.ZigBee ermöglicht hohe Reichweiten beiniedrigem Strombedarf.

Die XBee PRO Module von Digi Interna o-nal ermöglichen preisgüns ge und zuver-lässige Kommunika onslösungen auchohne Spezialkenntnisse im RF-Bereich.XCTU (Configuration & Test Utility Software) isteine kostenlose Mul -Pla orm-Anwen-dung, die es Entwicklern ermöglicht, mitDigi-RF-Modulen über eine einfach zu

bedienende grafische Oberfläche zuinteragieren.

Das XCTU ist auf der Seite: h ps://www.digi.com/products/xbee-rf-solu ons/xctu-so ware/xctu#productsupport-u li es frei verfüg-bar.

Die Module sind für verschiedene Fre-quenzbereiche und Leistungsklassen er-hältlich, außerdem stehen verschiedeneAntennenformen (PCB oder extern) zurVerfügung. Das Pinout aller XBee-Typenist kompa bel, das erleichtert die Auswahlund den Austausch der Module. Die meis-ten Typen arbeiten im 2,4GHz ISM-Band,welches prak sch überall in der Welt li-zenzfrei zugelassen ist.

Als XBee PRO bezeichnet man Module miteiner höheren Ausgangsleistung von bis zu60mW. Der technisch mögliche Sendepe-gel von 18dBm muss hierzulande jedochauf die gesetzlich zulässigen 10dBm redu-ziert werden, dies erreicht man durch ent-sprechende So warekommandos.

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Projekt Sunspectrum-Monitoring

Beim Durchgang der Sonnenstrahlungdurch die Erdatmosphäre verändern sichdie Helligkeit und spektrale Verteilungdurch Absorp on, Reflexion und Streuung.Je nach Sonnenstand durchlaufen dieSonnenstrahlen einen unterschiedlichenWeg durch die Atmosphäre zurErdoberfläche. Demnach ist dieZusammensetzung des Sonnenspektrumsabhängig von der Tageszeit, derJahreszeit, und der Wolkenbedeckung,erkennbar an der unterschiedlichenFärbung der Sonne. Um diese Zusammen-hänge sichtbar zu machen, ist alsErgänzung zur vorhandenen We ersta onein Spektrometer zu implemen eren.Dabei ist im Minutenintervall einSpektrum zu erstellen und als Bilder-galerie am We erserver darzustellen.

Als Mikrocontroller wurde der CortexM0Controller von NXP ausgewählt. Er verfügtüber 32kByte Flashspeicher, 4kByte SRAMund kann mit einer Tak requenz von biszu 50MHz betrieben werden.

Sein wesentlichster Vorteil ist aber dasGehäuse. Der DIL28 IC passt ohne SMD-Adapter in jedes Steckbre ! Die Unter-richtstauglichkeit von SMD-Adaptern imStörungsfall ist gewöhnungsbedür ig undzeitraubend. Bei dieser Variante kann der

defekte Mikrocontroller sofort durch ei-nen neuen DIL28 ausgetauscht werden.Das Mikrocontrollermodul kann auf dieHTL-Grundpla ne aufgesteckt werden.Ebenso ist eine Verwendung auf einemSteckbre mit Arduino-Shield kompa bili-tät gegeben. Die Gesamtentwicklung war

in Absprache mit der Projektgruppe„Smart-Gardening“ durchzuführen. DieProgrammentwicklung wurde mit KEILdurchgeführt. Das Beschreiben des Flash-Speichers ist sowohl über einen JTAG-Adapter mit SWD als auch mi els UART(ISP-Mode) über Flashmagic möglich.

Spezifika onen∂ ARM Cortex-M0 built-in Nested Vectored

Interrupt Controller (NVIC)∂ SWD Serial Wire Debug

∂ System Tick Timer∂ In-System Programming (ISP) und In-

Application Programming (IAP)∂ 22 General Purpose I/O (GPIO) pins mit

konfigurierbaren pull-up/-down Wider-ständen

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∂ Programmable WatchDog Timer (WDT)∂ 5x mul plexing 10-Bit ADC∂ UART mit frak onierter Baudratener-

zeugung∂ 1 SPI controller with SSP features und FIFO

and multi-protocol capabilities∂ I²C-bus interface supporting full I²C-bus specifi-

cation and Fast-mode Plus∂ Integrated PMU (Power Management Unit) to

minimize power consumption∂ Unique device serial number for identification∂ 4 general purpose counter/timersDie WS1080 ist eine We ersta on beste-hend aus zwei Teilen. Einer Außensta on,mit den einzelnen Sensoren und einerInnensta on, welche die empfangenenWerte auf einem LCD ausgibt. Die Kom-munika on zwischen den beiden Sta o-nen erfolgt im ISM-Band2 mit einer Fre-quenz von 868MHz. Die Innensta on ver-fügt über ein internes EEPROM, wo auchältere Werte gespeichert werden. Für dieVersorgung sind einerseits AA-Ba eriennotwendig, andererseits verfügt die Au-ßensta on über ein Solar-Panel.

Funk onsprinzipDie Außensta on misst alle 48s We erda-ten, wie Windgeschwindigkeit, Windrich-tung, Lu druck, Temperatur, Regen undLu feuch gkeit und schickt diese an-schließend mit 868MHz zur Innensta on.Die Innensta on misst ebenfalls Lu -feuch gkeit und Temperatur. Diese Innen-sta on speichert einerseits die aktuellenWerte im EEPROM, gibt diese andererseitsauch am LC-Display aus. Mit dem extramitgelieferten speziellen USB-Kabel kannmithilfe eines PCs und der PC-So ware„Easyweather“ dieses EEPROM ausgelesenwerden. Ebenso ist es möglich, diesesEEPROM über den I2C-Bus mi els Mikro-controller auszulesen und so ohne PC dieWe erdaten weiterzuverarbeiten. In un-serem Fall wurden die Daten mit Hilfeeines WLAN Moduls (ESP8266) zum Servergesendet.

Das verwendete Modul, das ESP8266-01,besitzt einen 8-Pin-Header und eine PCB-Antenne. Das ESP8266 verfügt über einenintegrierten TCP/IP-Stack, unterstützt dieWLAN-Standards 802.11 b/g/n und ver-fügt bereits über alle RF-Komponenten.Über einen Power-down-Modus kann derStromverbrauch außerdem auf unter10uA gesenkt werden. Laut Datenblaweist das ESP8266 folgende Spezifika o-nen auf:

∂ 802.11 b/g/n∂ WiFi Direct (P2P), so -AP∂ Integrated TCP/IP protocol stack∂ Integrated TR switch, balun, LNA, power

amplifier and matching network∂ Integrated PLLs, regulators, DCXO and

power management units

∂ +19.5dBm output power in 802.11bmode

∂ Power down leakage current of <10uA∂ Integrated low power 32-bit CPU could

be used as applica on processor∂ SDIO 1.1/2.0, SPI, UART∂ STBC, 1×1 MIMO, 2×1 MIMO∂ A-MPDU & A-MSDU aggrega on &

0.4ms guard interval∂ Wake up and transmit packets in < 2ms∂ Standby power consump on of <

1.0mW (DTIM3)Das Modul kann mit einer seriellenSchni stelle (UART) angesteuert werden.Es können AT-Kommandos gesendet wer-den, die mit den Steuerzeichen „\n\r“terminiert werden müssen.

LowCost-Spektrometer:Das LC-Spektrometer kann entweder dieWerte direkt über eine RS232-Schni stelleaussenden oder die Werte auf einer SD-Karte im Bitmap-Format speichern. Wirdein Bitmap-Bild auf der SD-Karte abgespei-chert, so werden die aufgenommenenWerte des CMOS-Sensors in die entspre-chenden Stellen eines Templates eingetra-gen.

Da das Messgerät und der darin integrier-te CMOS-Sensor unmöglich im Freien ste-hen können, wird ein Glasfaserkabel ver-wendet, um das Licht aufzufangen und anden Sensor weitergeleitet.

Die Glaskuppel wurde aufgeraut. Dadurchwird erreicht, dass jeder einfallende Licht-strahl das Zentrum der Kuppel erreicht. Indiesem Zentrum befindet sich der Glasfa-serkopf und leitet somit das Licht an das

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andere Ende des Kabels. Dieses Ende wirddirekt über den Sensor angebracht, umdas Lichtspektrum messen zu können.

Der Glasfaserkopf wurde mi els AutoCADgezeichnet. Die 3-D Darstellungen zeigtden Glasfaserkabelkopf.