Entwicklungssystem für Wetterstations-Hardware

[jusch]

Hallo,
in verschiedenen Threads habe ich ja bereits anklingen lassen, dass heutezutage die Entwicklung von Mikrocontroller-Schaltungen oder wenigstens deren Nachbau auch für relative Laien und engagierte Hobbyisten mit vergleichsweise geringem Kostenaufwand (allerdings hohem Zeitaufwand) möglich ist. Wer immer knapp mit der Zeil ist und lieber etwas Fertiges sucht, braucht gar nicht weiterzulesen.

OK, für alle, die jetzt noch weiterlesen:
Verschiedentlich hatte ich dazu bereits die "Arduino"-Plattform genannt, die sich speziell an Hobbyisten, Künstler, Designer, jedenfalls nicht hauptberufliche Elektroniker wendet. Hier nochmals der Link:
http://arduino.cc/

Mit diesem System ist es möglich, aus fertigen Arduino-Platinen, Elektronik-Modulen und diversen Elektro-Bauelementen eigene kleine Mikrocontroller-Schaltungen aufzubauen, angefangen vom einfachen LED-Blinker bis hin zu allem was mach sich vorstellen kann.

Der Schwerpunkt von Arduino, und das ist es eigentlich, liegt auf der Firmware-Entwicklung, also des Softwareprogramms als Betriebssoftware, das den Mikrocontroller und seine analogen und digitalen Ein- und Ausgänge steuert, die Module und Baugruppen anspricht,  Messwerte mit Hilfe analoger und digitaler Baugruppen erfasst, Daten hin- und herschiebt, zeitliche Abläufe regelt etc.

Arduino ist also eine Mikrocontroller-Hardwareplattform mit einem dazugehörenden Softwareentwicklungssystem. Open Hardware, open Software. Die Hardware kann fertig gekauft werden, aber jeder darf die Hardware auch nachbauen und verändern, die Software kann frei heruntergeladen werden. Durch die Freiheit des Nachbaus sind inzwischen viele sehr preiswerte "Arduino kompatible" Entwickler-Boards am Markt verfügbar, was den Einstieg recht preiswert macht.

So ganz ohne Grundkenntnisse in Sachen "Schaltplan lesen", "Programmieren" und "Löten" geht es allerdings auch mit Arduino nicht. Im Thread "Wetterstation selber gebaut" bin ich nun darauf aufmerksam gemacht worden, dass es schwierig sein kann, eine Schaltung auf einer Punktraster-Experimentierplatine zusammenzulöten, die nur Kupferlötpunkte enthält, während es viel einfacher wäre, einige wenige Bauelemente auf eine fix und fertig produzierte Platine aufzulöten.

Mit einer fertigen Platine könnte man einfach "Bauteile bestücken und verlöten" statt "Bauteile bestücken, verdrahten und verlöten". Daher habe ich mich informiert, ob und wie das mit geringem Kostenaufwand möglich wäre. Dabei bin ich auf das "Fritzing"-Projekt gestoßen.

Fritzing ist eine Software, die eine ideale Ergänzung zu Arduino bildet. Es handelt sich um eine Software zur Dokumentation von Schaltungen und zur Platinenentwicklung. Link zum Projekt:
http://fritzing.org/

Sowohl die "Arduino" als auch die "Fritzing" Software lassen sich in wenigen Minuten ganz problemlos (und kostenlos!) herunterladen, brauchen zur Installation nur in einem Verzeichnis entpackt werden, und sind dann sofort einsatzbereit.

Das geniale an der Sache ist: Fritzing ist zwar sehr allgemein gehalten, und es können damit alle möglichen Arten von Schaltungen aufgebaut, in Schaltbilder gewandelt und zu fertigen Platinen entwickelt werden, die dann direkt in die Produktion gehen können. Aber Fritzing ist auf der anderen Seite auch direkt auf das Arduino-System abgestimmt, z.B. existieren alle Arduino-Boards gleich in der Bauteile-Bibliothek.

Und: Fritzing ist nicht das super-duper System für Profis, sondern wendet sich wie Arduino eher an Hobby-Elektroniker mit geringen Anforderungen. Das sieht man zum Beispiel an der Art, wie Fritzing funktioniert, in der Software gibt es drei verschiedene Ansichten:
1. Steckbrett-Ansicht ("Breadboard")
2. Schaltplan-Ansicht
3. Platinen-Ansicht

Alle diese Ansichten sind miteinander verbunden, so dass die späteren Ansichten immer auf der vorherigen Stufe aufbauen. D.h. wenn Drahtverbindungen auf der Steckbrett-Ansicht einmal gezogen worden sind, dann "weiss" automatisch die Schaltungsansicht und die Platinenansicht von diesen Verbindungen. Haarfeine Linien ziehen sich dann in "Luftlinie" zwischen den Bauteilen, und man muss "nur" noch die geeigneten Leitungswege finden.

Wobei man beim Finden von Leitungswegen auch von Fritzing unterstützt wird. Sowohl die Schaltungsansicht als auch die Platinenansicht verfügen über eine "Autorouting"-Funktion.

Allerdings ist das ganze System noch im Betastatus, Versionsnummer unter 1.0. Das Autorouting führt teilweise zu merkwürdigen Ergebnissen. Insbesondere das Autorouting in der Schaltplanansicht erscheint mir noch recht fehlerhaft zu sein: Teils wird das Autorouting mit dem Schaltplan gar nicht von alleine fertig, es bleiben Luftlinienverbindungen zwischen den Bauteilen ohne eine Verschaltung übrig. Teils murkst das Schaltplan-Autorouting herum, macht irgendwelche verschachtelten Leitungswege wo ein normaler Mensch eine gerade Linie zieht, oder erfindet irgendwelche Kurzschlussbrücken hinzu, wo man selbst nie eine Leitung gezogen hat.

Glücklicherweise kann man am Schaltplan immer manuell nacharbeiten, und das ist dringend notwendig. Ich selbst habe an dem unten gezeigten Schaltplan mehrere Stunden gesessen. Schritt für Schritt  kann man Bauteile umplazieren und anders drehen, Leitungen von Hand ziehen und diese dann vom Autorouting ausnehmen, so dass man sich Schritt für Schritt dem fertigen Schaltbild annähren kann.

Wie Arduino ist auch Fritzing komplett kostenlos. Was ihr damit macht, ist frei verwendbar. Kosten würden erst entstehen, wenn ihr irgendwo fertige Platinen fertigen lassen würdet.

Ach ja, Platinen: Die Routingfunktion für das Platinen-Layout scheint bei Fritzing viel besser zu funktionieren als die Routingfunktion für Schaltbilder. Das Autorouting erstellt automatisch zweiseitige Platinen, also mit Leiterbahnen auf der Ober- und der Unterseite der Platine. Für die professionelle Fertigung können verschiedene Dateiformate exportiert werden, und zwar:
- PDF (ätzbar)
- SVG (ätzbar)
- extended Gerber Files
Insbesondere durch die Möglichkeit der Ausgabe als "Gerber Files" könnte man sich Platinen fertigen lassen, die nicht nur die Leiterbahnen geätzt haben, sondern auch Bohrungen besitzen und eine Bauteilebeschriftung auf der Platine, eben so richtig professionell.

Das mit der professionellen Platinenfertigung habe ich natürlich nicht getestet, das brauche ich eigentlich auch nicht, weil ich mir die Schaltungen ja auf Punktraster-Laborplatinen zusammenlöte, als Einzelexemplare mit ganz vielen einzeln gezogenen Drähten, das Schaltbild gibt ja eine ungefähre Vorstellung davon.

Ich verwende Fritzing nun erstmal nur zur Dokumentation, was ich nun für die selbstgebaute Wetterstation zusammenbaue, und um mal das eine oder andere Bild bzw. Schaltbild zu zeigen.

Aber wenn es mehrere Leute nachbauen wollen, könnte man sich dann auch Platinen fertigen lassen. Ich habe mal geschaut, für 10 Stk. Prototypen Platinen verlangen China-Fertiger so ca. 60 EUR inkl. Versand. Im Gegensatz zur mühsamen Verdrahtung wäre die Bestückung einer fertigen Platine einfach. Wenn's mit dem Selberbauen was wird, vielleicht will dann ja auch der eine oder andere etwas Selbstgebautes und man könnte sich wegen fertig geätzter Platinen zusammentun.

Anbei mal die drei Ansichten des Fritzing-Systems anhand eines aus Mikrocontroller, fertigen Modulen und einer handvoll Bauteilen bestehenden, selbstgebauten TH-Außensensors (ich hoffe, da sind keine gröberen Fehler drin), nur mal zur Ansicht (mehr irgendwann mal):
- Steckbrett-Ansicht
- Schaltplan-Ansicht
- Platinen-Ansicht

Vielleicht kann jemand das Gespann Arduino und Fritzing ja auch für irgendwas anderes verwenden, man muss ja damit nicht gleich eine komplette Wetterstation neu designen und bauen. Ich wollte das Entwicklungssystem aus diesen beiden Systemen nur mal vorgestellt haben, weil ich es für mein Selbstbau-Projekt verwenden werde.

Auf zum fröhlichen Basteln!

[gelöscht durch Administrator]

[joergeli]

Hallo zusammen,

ich habe mich auf meine alten Tage entschlossen, mich auch etwas mit der "Micro-Professor"-Schaltungstechnik zu beschäftigen.
Wie jusch schon geschrieben hat, bietet die Arduino-Plattform auch für Einsteiger gute Voraussetzungen.
So habe ich mir einen Arduino Uno für ca. 22,- € gekauft.
Mein erstes Test-"Projekt" war in ca. 30 Min. zusammengestöpselt.
Es handelt sich um Temperaturmessung mit 4 Stk. sog. 1Wire-Tempsensoren (DS18B20).
Die entspr. Software-Libraries und Programme (bei Arduino "Sketche" genannt) findet man im Internet.
Das hier ist der erste Schritt, welcher nur die Temp-Werte über eine serielle Schnittstelle an einen PC ausgibt.
Weitere Schritte werden sein:
1.) 20 x 4 Zeichen LCD-Display zur direkten Anzeige der Werte.
2.) Ethernet-Shield, um den Arduino netzwerkfähig zu machen.
3.) Daten auf SD-Karte schreiben (SD-Slot ist bereits auf Ethernet-Shield enthalten),
damit auch bei ausgeschaltetem PC weiter geloggt wird.
4.) Visualisierung (z.B. via WsWIN-Dateiüberwachung, o.ä)

Es gibt jede Menge preisgünstige Sensoren/Aktoren, mit denen man die verschiedensten Meß-/Steueraufgaben realisieren kann, so dass dies bestimmt nicht mein einziges Arduino-Projekt bleiben wird.

Nebenbei:
jusch hat in seinem Entwurf einen Standalone-Microprozessor verwendet.
Man kann natürlich den auf dem Arduino Uno fertig mit Software bespielten Prozessor entnehmen und mit ein paar Peripherie-Bauteilen auf einer externen Platine anbringen.
Der Arduino wird dann mit einem neuen neuen Prozessor bestückt, der dann für andere Aufgaben eingerichtet werden kann.

Anbei ein paar Bilder:


[gelöscht durch Administrator]

[Sundog]

ich hole den thread noch mal hervor ..
es ist wirklich lohnenswert, sich mit dem arduino system zu beschäftigen.
auch ich bin recht spät in diese materie eingestiegen, weil jetzt ein hervorragendes
preis-leistungs verhältnis herrscht .. da ich nie wirklich mit den angebotenen wetterstationen
zufrieden war, kann ich mit diesem system alles in ein multifunktions gerät verwandeln.

mein einstieg ist folgender:
ein arduino due (ARM cpu)
ein tft monitor shield 5+7" (touch)
ein 7" tft touch monitor
das system hat auf shield und tft platine je einen sd card einschub ..
erfolgreicher test mit einer 8gb sdhc class 4 card.
alles zusammen für rund 80 euro!

hier ist keine bastelarbeit oder verkabelung erforderlich .. die 3 teile werden übereinander gesteckt.

das schwierige ist - je nach bezugsquelle - die passenden parameter in der programmierung
zu setzen, weil die auskünfte diesbezüglich tropfenweise ungenau kommen.
sind diese einmal gesetzt, kann man mit nutzung der - in der arduino enthaltenen - demos
beginnen, die einfach über usb kabel auf den arduino geflasht werden.

anhand der demo quellcodes kann man recht schnell verstehen, wo man etwas bewirken kann.
das system macht spass, wenn man erst mal einen bildpunkt oder eine linie auf den gewünschten tft koordinaten erblickt

eingesetzt wird der 7" in landscape format = quer, mit 800x480 pixeln
(bisher ohne gehäuse, wird beizeiten entworfen und 3d gedruckt)
ein wirklich brilliantes bild mit klaren farben.

bisher habe ich zusätzlich einen bosch pressure bmp180 und ein rtc DS3231 (realtime clock) modul
verkabelt über spi i2c .. da reichen 4 drähte pro modul.
der bmp180 wird in kürze auf einen bme280 gewechselt .. grund: der 280 hat ausser temperatur auch feuchte incl. .. womit die wetter basisstation schon ihre grundfunktion bekommt.
der sensor kostet knapp 5 euro

was mich besonders freut, man muss keine grafischen bildelemente einbinden, die nur
unsinnige leistung und speicher fressen .. bei mir regiert schnellste funktion.

mein projekt wird sehr umfangreich werden, vom kontrolliertem aquaponic über hausalarm und wetterstation für nahezu jede sensorik bis zur hausautomation.
bei der jetzt nutzbaren minimalzeit, könnte das projekt ende 2017 meiner vorstellung entsprechen

hier eine einfache 7" ws version, für die würde ein bme280 und ein rtc modul reichen.
https://www.youtube.com/watch?v=9trjK2j-SxA

[falk]

der bmp180 wird in kürze auf einen bme280 gewechselt .. grund: der 280 hat ausser temperatur auch feuchte incl. .. womit die wetter basisstation schon ihre grundfunktion bekommt.
der sensor kostet knapp 5 euro

Such mal nach einem Breakout für den SHT31. Das ist ein extrem genauer Temperatur- und Luftfeuchtesensor, der auch in den neuesten Davis-Sensoren zum Einsatz kommt. Den Sensor kannst du ebenfalls über I2C auslesen.

Ich haben meinen Sensor hier für knapp 14 EUR bestellt: https://www.flikto.de/products/adafruit-sensiron-sht31-d-temperatur-luftfeuchte-sensor-breakout

PS: Schönes Projekt. Ich verbinde meinen Sensor übrigens mit einen Raspberry-Pi. Für den produktiven Betrieb fehlt mir allerdings noch das passende Material für einen guten Strahlenschutz.

[Sundog]

präzision kann zum fetisch mutieren (gibt ja schon den sht35)
die abweichungen sind im mittlerweile so gering geworden, da bin ich mit
den meisten typischen marken, der halbwegs neueren generation, vollauf
zufrieden

und der bosch 3 in 1 (bme280) hat durchaus annehmbare werte für (hpa, t/h).
https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/BST-BME280_DS001-10.pdf

für aussenprojekte habe ich den - für mich - ausreichenden AM2302/DHT22 vorgesehen.
https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/Digital+humidity+and+temperature+sensor+AM2302.pdf

ich sag mal so: hab ich die i2c strippen erst mal gezogen, ist die bedarfsgerechte
bestückung recht schnell veränderbar.
das schöne dabei ist .. nicht fixiert zu sein.

im anhang mal ein screenshot eines ersten ws test design (in 4m abstand gut lesbar)

[Flexsn]

 Halli, hallo,

auf Arduinobasis gibt es auch für Schüler und Technikinteressierte Baukästen, mit denen eine Wetterstation oder komplette Umweltmesssysteme gebaut werden können. Das Projekt stammt von der Universität Münster.

Das Projekt trägt den Namen senseBox.

http://sensebox.github.io/de/products/

Lg Holger

[falk]

Das Projekt trägt den Namen senseBox.

http://sensebox.github.io/de/products/

Vielen Dank für den Link.

Den UV-Sensor (VEML6070) und den Lichtsensor (TSL45315) aus dem Set habe ich mir gleich mal bestellt.

[Sundog]

ich bleibe mal in diesem thread mit folgender frage ..

gibts hier arduino nutzer, die erfahrung mit den spi-fähigen 433/868 receivern von hope haben?
das sind ja mal heisse teile, mit manchester decoder im kaum zu sehenden chip.
scheinbar im rx frequenzbereich programmierbar und für meine 3.3v arduino due passend.

der hier hat mein interesse geweckt .. bin aber offen für weitere vorschläge.
http://www.hoperf.com/rf_receiver/receiver_module/RFM219SW.html

kommt ja noch besser ..
ein tranceiver rx/tx würde mein vorhaben um einiges erweitern
https://cdn-learn.adafruit.com/assets/assets/000/031/659/original/RFM95_96_97_98W.pdf?1460518717

irgendwie sind die entwicklungen rasant fortgeschritten ..
&& || ich bin einfach schon zu alt

[falk]

gibts hier arduino nutzer, die erfahrung mit den spi-fähigen 433/868 receivern von hope haben?

Ich nutze keinen Arduino. Allerdings den Hope RFM69CW um mit einem Raspberry Pi über SPI die Sensorendaten meiner Davis Vue Sensoreinheit zu empfangen. Funktioniert hervorragend.

[Sundog]

Funktioniert hervorragend.

bedankt .. hab mal paar 433 und 868 r/t-x RFM69CW beim freundlichen chinamann bestellt.
für 2.30 euro wohl kein fehler.