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Elektronikbausteine von TinkerForge

Hintergrund
Elektronikbausteine von TinkerForge

Mit der ZigBee-Erweiterung "Chibi" wird ein Brick-Stapel mobil. Für Statusanzeigen dient ein LC-Display.

Lust auf Experimente mit dem Computer und Elektronik, aber keine Lust auf Löten und Programmieren? Mit dem Baukastensystem des ostwestfälischen Startups TinkerForge ist ein günstiger und einfacher Einstieg in die Welt der Sensoren und Aktoren möglich.

Zentrale Elemente des TinkerForge-Systems [1] sind die vorprogrammierten Master-Bricks mit USB-Anschluss. Die Platinen mit einer Kantenlänge von 40 mal 40 Millimeter enthalten einen 32-bittigen ARM-Cortex-M3-Prozessor von Atmel (ATSAM3S4C) und bringen vier Anschlüsse für spezielle Erweiterungen mit, die sogenannten Bricklets. Darunter finden sich etwa A/D- und D/A-Wandler sowie Temperatur-, Licht- und Abstandssensoren.

Aus dem Make-Testlabor

Die Make-Redaktion probiert viel mehr aus, als ins alle zwei Monate erscheinende Heft passt. Deshalb veröffentlichen wir auf unserer Webseite in loser Folge weitere Testberichte.

Außerdem lassen sich Potentiometer, Joysticks, LC-Displays und allgemein verwendbare Ein- und Ausgabeerweiterungen anschließen. Der Clou dabei: Die Firmware der Bricks registriert automatisch, welche Erweiterungen angeschlossen sind, und reicht die Daten an den PC weiter. Der etwa für 30 Euro erhältliche Master-Brick fungiert via USB als Brücke zwischen dem Computer und den Sensoren, die ab 6 Euro erhältlich sind. So lassen sich etwa Anwendungen für Roboter, Gerätesteuerungen oder die Heimautomatisierung realisieren.

Automatisch

Die vom Hersteller zum kostenlosen Download bereitgestellte PC-Software "Brick Viewer" enthält für jede Erweiterung ein bereits fertiges Applet zur Anzeige von Daten oder zur Steuerung der jeweiligen Funktionen. Im Betrieb werden nur diejenigen Applets angeboten, für die auch Erweiterungen am Brick angeschlossen sind.

Master-Brick (links) und IMU-Brick (rechts) sind stapelbar und bieten Anschlüsse für Bricklets.

Für erste Tests der Bricks und Bricklets muss der Anwender keine Zeile Code schreiben. Ein exemplarischer Temperatur-Logger mit dem Temperatursensor erfordert nur die Installation der Brick-Treiber, des Brick Daemons (der Brücke zwischen USB und lokalem TCP/IP-Stack) sowie der Brick-Viewer-Software. Nach wenigen wenigen Minuten konnten wir bereits den Verlauf der Raumtemperatur aufnehmen. Die TinkerForge-Software ist für WIndows, Linux und Mac OS X erhältlich.

Ähnlich schnell war eine Schrittmotor-Steuerung am Start. Dafür lieferte TinkerForge zwar einen speziellen Stepper-Brick (50 Euro), der unterscheidet sich von der Standard-Brick im Wesentlichen aber nur durch den ARM-Prozessor (ATSAM3S2B) mit weniger Flash und einem zusätzlichen IC zur Steuerung des Schrittmotors. Der Brick Viewer stellte nach dem Verbinden mit dem Brick automatisch das Stepper-Brick-Control zur Verfügung, mit dem sich die Chopperfrequenz, die Drehgeschwindigkeit, die Schrittart und das Verhalten beim Anfahren und Bremsen einstellen ließ.

Der Brick Viewer enthält bereits ein Applet zur Anzeige der Gyro-, Beschleunigungs- und Magnetometerdaten des IMU-Bricks.

Für leuchtende Augen beim Tester sorgte der IMU-Brick (100 Euro) mit 3-Achsen-Gyro, 3-Achsen-Beschleunigungssensor sowie 3-Achsen-Magnetometer: per USB anschließen, Brick Viewer starten und mit dem IMU-Brick in der Hand herumwackeln. Das Applet zeigte das 3D-Modell und drehte es passend zur Bewegung des echten Bricks. Das geschah verzögerungsfrei und dank der Zusammenführung der Gyro- und Magnetometerdaten sehr präzise.

Stapelkonzept

Praktischerweise lassen sich Bricks auch stapeln. Sie weisen an der Unterseite zwei Pfostenleisten und an der Oberseite zwei Steckerleisten auf. Auf diese Weise stapelten wir einen Standard-Brick, Stepper-Brick und IMU-Brick übereinander und erhielten so einen kompakten Turm zum Messen und Steuern.

Als Sahnehäubchen oben drauf setzen wir noch die ZigBee-Funkerweiterung namens Chibi (für erstaunlich günstige 23 Euro). Damit ließ sich der Brick-Turm auch aus der Ferne steuern. Zur Kommunikation ist zusätzlich am PC ein Master-Brick mit ZigBee-Extension erforderlich. Hier war dann auch das erste Mal eine Konfiguration nötig: Beide Chibi-Module müssen über das Applet im Brick Viewer auf den gleichen Kanal eingestellt werden. Zudem muss man einem Modul die Rolle des Masters und dem anderen die Rolle des Slaves zuordnen.

Die Chibi-Extension (links) funkte im Test im Gebäude bis zu 20 Meter weit. Der Stepper-Brick (rechts) kann pro Motorspule bis zu 2,5 Ampere liefern.

Da der Master nur beim Start nach Slaves sucht, sollten alle gewünschten Slaves bereits vorher in Betrieb sein. Im Brick Viewer erschienen im Test anschließend alle auf dem Stapel verfügbaren Bricks und Bricklets. Einziges Manko: eine Chibi-Extension funktioniert nur in Kombination mit einem Master-Brick. Auf einem Stepper- oder IMU-Brick allein bleibt sie ohne Funktion. In der Folge benötigt man zum entfernten Steuern eines Schrittmotors eine Chibi-Extension, einen Master-Brick und einen Stepper-Brick.

Programmieren

Für erste Experimente mit Bricks und Bricklets reicht der Brick Viewer vollkommen aus. Wer jedoch eigene Anwendungen entwickeln will, kann die Schnittstellen für C/C++, C#, Java und Python nutzen. Der Hersteller hält auf seinen Seiten für jede Sprache eine kurze API-Einführung bereit. In den Download-Archiven der API sind zudem viele Beispielprogramme enthalten.

Für einen Temperatur-Logger benötigt man nur einen Master-Brick und ein Temperatur-Bricklet.

Die Schritte sind dabei immer gleich: Eine IP-Verbindung zum Brick Daemon initiieren und den angeschlossenen Brick zur Verbindung hinzufügen. Über die einzelnen Eigenschaften des verbundenen Objektes lassen sich Daten auslesen oder Werte setzen, etwa die Geschwindigkeit des Schrittmotors. Für angeschlossene Bricklets gilt das gleiche: Objekt erzeugen und zur IP-Verbindung hinzufügen. Zusätzlich unterstützt die TinkerForge-API Callbacks, um etwa Änderungen von Sensorwerten automatisch verarbeiten zu können.

Bislang bietet TinkerForge keine Tools an, die die Bricks und die Plug-ins für die Bricklets direkt programmieren. Die Firmware steht jedoch unter GPL, was eigene Anpassungen ermöglicht. Zusätzlich hat der Hersteller die Schaltpläne und Platinenlayouts aller verfügbaren Bricks, Bricklets und Master Extension unter der CERN Open Hardware Licence veröffentlicht. Damit ist es für andere Hersteller einfach, weitere Bricklets und Extension zu entwickeln.

Fazit

TinkerForge macht eigentlich alles richtig: durchdachte und abwechslungsreiche Bauelemente, einfache Programmierung, gute Dokumentation, niedrige Preise und sowohl Hard- als auch Software unter einer akzeptablen Lizenz offengelegt. So macht entwickeln richtig Spaß. Insbesondere die im gleichen Bastelsegment tätigen Arduino-Macher und Shield-Hersteller müssen sich etwas einfallen lassen, um den Anschluss sowohl technisch als auch preislich nicht zu verlieren.


URL dieses Artikels:
http://www.heise.de/-1500925

Links in diesem Artikel:
[1] http://www.tinkerforge.com/
[2] https://www.heise.de/make/artikel/Kurztests-2772998.html