DVD
Datenträger enthält Info- und
Q) Lehrprogramme 1/1 ·c; gemäß § 14 JuSchG J:
�
Hardware
ac Kreativ basteln mit Technik
SCANBYBLAC KBURNER 2012
Obst-Orgel und Knete-Joystick Mit dem Makey-Makey-Board kann man fast alles z�m Eingabegerät machen: �bst, Gemuse und Knete. Damit ergeben s�_
ch ungewöhnliche Steuermethoden fu� C?mpu�erspiele und interessante M?ghchke1ten für Orgel- und Schlagzeugspieler.
12 Makey Makey
12 Makey Makey Obst-Orgel mit Arduino-Cione
18 Hackerspace-Report Raumfahrtagentur Berlin
26 Schleifgerät Festplattenmotor treibt Schleifscheibe an
32 Lasershow Festplattenkopf dreht Ablenkspiegel
38 Klingel Wechselstrom lässt Festplattenkopf schnarren
40 Photonenseparator Festplattenscheibe reflektiert Photonen
44 Lieblingswerkzeug Digitalmultimeter
46 Bastlerporträt t.1fdS-Gewinner Georg Zimmermann
52 Mikrocontroller-Beratung Welches Board für wen und was?
62 Interview Arduino-Erfinder Massimo Banzi
68 Dreiachsmotorsteuerung Portalfräse mit Arduino
74 Lichtsteuerung Arduino schaltet Funksteckdosen
80 Lieblingswerkzeug Die Biegelehre
82 Sensoren am Arduino Anschluss und Programmierung·
90 LCD-Pinball Virtueller Flipper im echten Spieltisch
Controller-Übersicht Arduino, PIC, ChipKit, Raspberry Pi, Pandaboard,
Gnublin, mbed: Die Fülle der mittlerweile
erhältlichen Controller-Boards in verschiedenen
Preisklassen und Ausstattungen erleichtert die
Umsetzung eigener Projekte : abe� nur �ür d�n, de.�
sich damit auskennt. Unsere Ubers1cht g1bt T1pps fur
den Einsatzzweck und mit welcher Entwicklungs
software sich die Hardware programmieren lässt.
52 Mikrocontroller-Beratung
100 Arcade-Cabinet Emulator-PC im Spielhallengehäuse
110 FPGA-Asteroids Spieleklassiker geschrumpft
116 Ohne Worte Schwebestativ, Regal, Grill
118 Gitarren-Verstärker Stromsparend für unterwegs
124 Fotareport Besuch beim Platinenbestücker
128 Kurzvorstellungen Stellaris, Teensy, Arduino Due
132 Kugelroboter Sphero selbst programmieren
140 Dampfphasenlöten Löten in der Friteuse
144 Hacks für Kids Fischertechnik, Elektronikkasten
146 Funktionsgenerator CO-Piayer spielt gebrannte Messtöne
148 Akkuschrauberumbau Netzteilanschluss, Spulenwickler
150 Serielle Schnittstelle Programmieren unter C, C#, Python und Co.
158 .Buchvorstellungen mbed, Roboter, Satelliten, Akkus
162 Tablet-Hülle Altes Buch ausgehöhlt
166 Nachlese Baumarktorgel, Laserschutz
Zu H eft und DVD 3 Editorial 167 Impressum 6 Leserforum 168 DVD-Inhalt 8 c't Hacks App 169 DVD-Highl ights
10 Hacks onl ine 170 Vorschau
l>
Festplatten-Hacks K�um ein C�mputerteil enthält so viele hochpräzise Femmechamk-Komponenten wie eine PC-Festplatte· M.ot�ren, Magn�te, La�er und Magnetscheiben .
. mit emer Oberllachengute, die Spiegel vor Neid erblassen lassen. Dabei spielen Modell Größ d A.lter �eine Rolle. Wir zeigen Bauanleit�ngen �ü�n d1e Wiederverwendung der Datengräber.
26 Schleifgerät 32 Lasershow 38 Klingel 40 Photonenseparator
Spaß mit Arduino Mit dem universellen Entwicklungstool lassen sich Ideen schnell umsetzen. Unsere Projekte lassen sich auch in eigene Entwicklun�e� einb��de.n. Mit dem Arduino-Erfinder haben Wir uber kunft1ge Entwicklungen und die Maker-Szene gesprochen.
62 Interview 68 Dreiachs-Motorsteuerung 74 Lichtsteuerung 82 Sensoren am Arduino
Spielautomaten nachgebaut Früher gab es keine Kneipe ohne Flipper un� . Daddei-Automaten, heutzutage finde� �a.n le
nnshohen Automaten fast nur noc el .
ma I Glücklicherweise bilden Emulatlons-Samm ern.
·k · wischen .
kte die Spielhallenklass1 er mz . proJe . . I treu nach - bis hm zu faszinierend o�.'gma ge d Abschussbolzen. Münzprüfer, Ruttelsensor un
90 LCD-Pinball
1oo Arcade-Cabinet
110 FPGA-Asteroids
Heft-DVD und Aktionen Arduino, AVRco, Bascom, Fritzing, Edipse, Audacity, PonyProg, Avrdude, Disklmage, MPIDE, Raspbian Wheezy, Putty
168 DVD-lnhalt 169 DVD-Highlights, Aktionen
Leserforum
Leserforum Vergaloppiert
Radioaktive Strahlung messen,
Ausgabe 2112, 5. 34
Vielen Dank für das zweite .,Hacks"-Heft, das zu lesen mir wie das erste viel Spaß gemacht hat. Angenehm überrascht war ich auch über das gut informierende Kompendium zum Thema .,Radioaktivität". Die kleine Schwäche, dass im Kasten .,Neutronenstrah-lung" Metallwände zur Abschirmung empfohlen werden, fand ich
Da. At""' �o..ru-nlt•
=3 - - -:· �- � :: ,-:: ... �-� �--::-- � � ";,-- . -� :;_ -:-_·:----
f:�i��:�f r'1
verschmerzbar (Metalle, sieht man von den sehr leichten Lithium und Beryllium ab, sind durchgängig sehr schlecht als Neutronenabschirmung geeignet).
Für das Prädikat .,gut informiert" muss ich leider den Kasten .,Das Atom, Kernkräfte" ausnehmen. Hier haben Sie sich mächtig vergaloppiert. Die moderne Physik unterscheidet vier verschiedene fundamentale Kräfte (Wechselwirkungen): Die Starke Kraft, die Schwache Kraft, den Elektromagnetismus und die Gravitation. Korrekt wird erwähnt, dass die Gravitation im gegebenen Kontext keine Rolle spielt. Die Starke Kraft, häufig auch etwas eingeschränkt .,Kernkraft" genannt, wird weitgehend richtig beschrieben, jedoch völlig falsch .,elektrostarke Kraft" genannt
Dr. Peter Rottengatter
61 c't Hacks 3/20 1 2
Vielen Dank für die Korrektur, der Begriff.,elektrostark" macht in der Tat keinen Sinn: Streiche
"elektro", behalte starke Kraft.
Achtung, Magnetscheiben
aus Hartglas
Magnetschale für Kleinteile,
Ausgabe 2112, 5. 152
Ein sehr interessantes Heft, das die guten Anfänge sinnvoll fortsetzt! Allerdings ist auf Seite 1 52 die Magnetschale beschrieben, ein Projekt, bei dem es unter Umständen zur Gefährdung ihrer Leser kommen kann. Das Problem ist, dass schon seit geraumer Zeit die Scheiben aus Hartglas gefertigt werden. Wenn man beim Ausheben der Magnete nicht aufpasst, oder wie im Kasten unten rechts beschrieben die Daten vernichten will, sind Hände und Augen in Gefahr.
Außerdem nutze ich schon seit Jahren zur Gewinnung der Magnete einen Trick, der zugegeben nicht immer funktioniert. Man kann entweder versuchen, das Trägerblech mit zwei Zangen zu biegen, normalerweise platzt der Magnet dann ab. Oder es ist ein Gewinde im Blech hinter dem Magneten, dann reicht eine vorsichtig eingedrehte Schraube und dieser fällt ebenfalls ab. Eventuell muss man die Sache erst mit etwas heißem Wasser gefügig machen, da besteht aber das Risiko jedoch, dass der Magnet an Kraft verliert.
Jens Middendorf
Weiteres Projekt Simulation
einer Harnmond 8 3 Die Baumarkt-Orgel,
Ausgabe 2112, 5. 80
Mit großer Freude und Interesse habe ich in der aktuellen c't Hacks den Bericht über die HOAX 3 gelesen. Glückwunsch an den Entwickler zu einem absoluten professionellen Gerät. Gleichzeitig möchte ich hiermit auf ein Projekt hinweisen, das sich mit demselben Thema .,Simulation einer Harnmond B3" beschäftigt: http:/ /bolltone.de/Projekte/PropB3/ PropB3.html
Hier steht allerdings der DIY-Charakter im Vordergrund: Also nur Standardbauteile, keine SMDs, einseitige billige Pla.tine, und keine Softwarekosten. Gemessen an dem geringen Aufwand im Vergleich zur HOAX ist das Ergebnis beachtlich.
Hubert Bollig
Bezugsquelle Messwiderstand
für Fliegenklatsche
Fliegenklatsche als Hochspannungsnetzteil,
Ausgabe 2/12, 5. 42
Mit Aufmerksamkeit habe ich den Umbau der Fliegenklatsche zur Hochspannungsquelle gelesen. Nun habe ich eine Frage: Können Sie mir die Bezugsquelle für den auf Seite 44 abgebildeten externen Messwiderstand ( 1 GOhm) für den Multimeter-Anschluss nennen? Trotz Suche bei diversen Herstellern habe ich nichts gefunden .
Uwe Burzlaff
4 q
Bei dem gezeigten
Messwiderstand handelt es sich um
einen Selbstbau
aus einem Doppellaborstecker und einem passenden Drahtwiderstand. Nach passenden Steckern mit Durchführung und Kontakten musste ich
auch erst suchen, bin aber bei Pewa fündig geworden (http://is.gd/nShJ4n). Beispielsweise PO 7 330 und
POMDP-ST sollten für den Aufbau geeignet sein.
Folgender Hack aus üblicherem Zubehör sollte aber genau so gut funktionieren: Nehmen
Sie ein Standardlaborkabel mit stapelbaren Turmsteckern kleben Sie die beiden Turmstecker parallel aneinander, kneifen Sie einen der beiden Stecker ab und ersetzen Sie das Kabel
durch einen passenden Widerstand.
Auch Holzbasteleien in c't Hacks?
I ch habe durch e inen g uten F reu nd I h re Zeitsch rift c't Hacks empfoh len bekommen. Das Heft, das ich mi r zu legte, be i nha ltet Baste le ien aber n u r in E lektron i k. Meine bescheidene Frage an Sie wäre: G i bt es auch Ausgaben , d i e Ho lzbaste le ien oder Pappe betreffen?
Karl Scherer
Vielen Dank für die Anfrage. Holzbasteleien haben wir in Ausgabe 2/7 2 auf Seite 7 54, Pa
pierbasteln auf S. 7 4 7. Der Schwerpunkt liegt aber in der Tat auf Technik, auch wenn es in jeder Ausgabe Ausflüge in andere Basteigebie
te gibt. Für Vorschläge sind wir da jederzeit
offen. Dabei interessiert uns, wie die Leser das sehen: Sollen wir ausschließlich "kreativ basteln mit Technik", so wie es auf dem Titel steht
oder doch mal die Anleitung zum StadtguerillaHäkeln bringen?
Heftkritik
Kurze Rückmeldung zum Heft c't Hacks 2/20 1 2: Es gefä l l t m i r seh r gut. E in ige Projekte s ind jenseits dessen, was ich i n end l icher Zeit rea l i s ieren kan n (Orgel) , anderes ist einfach. Dort macht das Lesen Spaß, da ich an
die Dinge ä h n l i ch herangehe (Hochspannungsnetztei l fü r Geigerzä h ler) . I ch habe g roße Zweife l , ob das E igenbau-Zäh l rohr d ie U nterg ru ndst ra h l u ng messen kan n . · Wen n ich d i e Empfind l i chkeit meiner Messverstä rker deut l ich erhöhte, bekomme ich d ie E i genschwingungen n icht i n den Griff.
Enttäuscht hat mich der Artikel über d ie Speichererweiterung fü r den Atmega . E r stützt s ich auf e ine App l i kat ionsbeschre i bung von Atmel . Die Rea l is ierung mit e inem Ardu i no-Board reduziert s ich auf e ine ku rze Notiz. S icher l ich g ibt es e in SD-Ka rten-Shie ld
-:.::" 3D-scannen und drucken � Glgensllnde scaMift: DlgflalkiiMrl, Smlrtphone oder IOnlet genügt .. Test 30·Drucket lb 800 Eur", auch als Billlatz •
fü r Ardu ino. Es sol lte aber mögl ich sein, Ardu ino mit Speicherch ips des Typs AT25DF zu erweitern . Die Pu l sweiten modu lat ion erfordert e inen E ingriff in d ie Timer-Prog ram mierung des Ard u i no. Von Hause aus l i egt d ie Abtastfreq uenz be i ca . 400 Hz . Zu beidem fi nden s ich H inweise im Web. Fü r e ine Umsetzu ng brauche ich a ber deut l ich mehr H i lfeste l l ungen.
Name der Redaktion bekannt
Neuer Basteiboom
Nachdem ich i m mer noch n icht d ie E rstausgabe i m Heise Shop beste l l t habe, habe ich
mich heute u mso mehr gefreut, d ie zweite Ausgabe von c't Hacks be im Händ le r im Zeitungsrega l zu fi nden . Schon seit Jahren bin i ch der Ans icht, dass es einen neuen Baste i boom geben kön nte, wen n s ich der Embedded-Bereich den Hobbyisten öffnet, u n d Erschei n u ngen wie c't Hacks zeigen deut l ich, dass es jetzt schei nba r so weit ist. Auch auf der l etzten Em bedded World i n N ü rn berg kon nte man k lar den Trend erken nen .
Womit ich mich a l s a lter E lektron ik- und IT-Hase jedoch n icht anfreunden kann, i s t d ie Vermischung von emsten und freakigen ln ha lten . Das i st woh l aber e in dem Alter geschu ldetes persön l iches Problem - bei m i r w i rd der Nachwuchs auch n i cht "Kids" genan nt, und ich fi nde auch n icht, dass die kreative Beschäftigung mit Techn ik zwangsweise so aussehen muss wie das I n nen leben von Wa i i -E's Wohnconta i ner.
F rank Nerstheimer
Zwei oder drei Dioden
Holzakku für Netzbetrieb,
Ausgabe 2/12, S. 154
Es freut mich , dass es d ie ct' Hacks nun rege lmäß ig geben wird. Ich schätze i h re E lektron i k-Art ike l sehr . Jedoch muss ich a l s I n gen ieur ma l ganz k lar widersprechen, wenn s ie i n I h rem Art ikel zu den Batter ie-Dummies sch re iben, dass zwei Dioden i n Rei he etwa 2 V verbraten . Bei e i ne r Schwe l lenspannung von ca. 0 ,7 V pro D iode übertreiben S ie hier mal ganz fix um ca. 0,6 V. Wenn ich m i t so l chen g roßen Feh le rg renzen a rbeiten würde, gäbe es aber z ieml ich was auf d ie Mütze . . .
Ansonsten, weiter so, ich b le ib Ihnen jedenfa l l s gewogen ;-)
Robert Kon ieczny
Tja, das kommt davon, wenn werte Kollegen
Artikel verbessern. Ich hatte anfangs drei Dioden vorgesehen, dann kam einer und sagte: Hier, im 7 N4007-Datenblatt von Fairchild steht aber was von 7 V, dann wären es ja
3 V Spannungsabfall, also eigentlich zu viel. Nachgesehen, OK, ich lese 0,95 V aus dem Diagramm, also habe ich doch nur zwei Dioden genommen. Zum Glück weiß die Kamera
nichts davon, frische Batterien haben ja auch etwas mehr als 7,5 V.
c't Hacks 3/20 1 2 1 7
iPad-App
c't Hacks c'�t Hacks auf dem iPad
Mit der iPad-App c't Hacks hat man immer a l le Hefte pa rat.
D ie i Pad-App c't Hacks (siehe L ink) enthält al le Ausgaben der c't Hacks i n d ig ita ler
Form. Abonnenten der Zeitsch rift können kosten los auf d ie d ig ita len Ausgaben i n de r App zug reifen u n d bekommen dafür e i n Passwort.
Aus l izenzrecht l ichen Gründen kön nen wir derzeit le ider kein rei n d ig ita les Abonnement a nbieten . Stattdessen haben N ichtabonnenten jedoch die Mög l ichkeit, die d ig i ta le c't Hacks einze ln zu erwerben.
Auf den Inhalt der dem Heft bei l iegenden DVD muss dabei keiner verzichten. Wir l iefern den DVD-Inhalt als iso-Datei mit. Dafür g ibt es den Button .. Heft-DVD", ü ber den Sie aufgefordert werden, I h re E-Mai l -Adresse in dem Frei-
""""'' -·n c I tt<lcks 212012 ,.."ovu 0. CO ? ·- -
Radioaktivität messen
Beim Lesen in der iPad-App kann man jederzeit das Inhaltsverzeichnis einblenden.
8 1 c't Hacks 3/20 1 2
feld anzugeben. Der L ink zum DVD-Download wird an d iese E-Mai l -Adresse geschickt.
Auch ohne iPad haben Abonnenten Zug riff a uf d ie Art ike l i n d ig ita ler Form. U nser PDF-Arch iv (s iehe L ink) enthä l t a l l e Artikel der c't Hacks. Die i Pad-App und I nformationen zum c't-Hacks-Abo fi nden Sie ü ber den u ntenstehenden L ink.
www.d.de/cs1208008
DVD-Image downlosden Zu diesem Heft steht die Hcft"OVD ol3 DVO·Imago zum DowniOtld zur VerfUgung.
Bitte trogen Sie oben lhro E-Mo�·Adrosso ein. Mil dom Druck ouf 'Fertig' tordem Sie eine E-MttJIIT'dt einem individuellen Link zum Download der Image-Datei lln. Dazu ist eine Verbindung zum Internet erlorderlich.
Haben Sie noch Fragen?
SCANBYBLAC KBURNER 2012
Ha rdware Hacks
http://www .heise.de/ha rdware-hacks/
F ür a l le, d ie i h re Spie lekonsole l ieber aufsch rauben, a ls nu r damit vor der G lotze
herumzudadde ln , l iefert der heise-on l i neChanne l Ha rdware Hacks i nteressante I nfos und viel I nsp i rat ion. Neben aktue l len Meld ungen über neue Produkte und i nteressante Projekte l iefern wir Tests und H intergrundberichte zu Hardware und Software.
onlin
THEMEN HINTERGRUND
Audio&r.tus�
CD-& OVO-Hacks Controllerboard
Drucker & Scanner Carambola
ElektrOnik & �
Foto& VIdeo Gehäuse aMer Art Haushalt & Büro
HDs & Ma;nete
Kunst & SkltlptUr
Uch.t&luer
Moloren & Lüfter Das günstige MIPS.Soard hat PC& PelipbeOe 'WI...AN sChon an Bora und läuft
Seilmuck & Deko unter OpenWrt.lm Test hakelte
Strom & Energie es jedoch manchmal
Telefon & Hancty Minicomputer Rupberry PI
TERMINE � Oktober 2011 �
e
c"t Hacks in digital
Jetrt auch in Clloitaler Fonn auf dem iPed: Des c1�Special für Freunde der kreativen
Bastelkultur.
RoboCup-WM:Romane als Vorbild
lnteMew mit dem organisatorisChen Leiter oer RoboCup-WM in MeAico JesUs Savaae.
Frontplanen-Designprogramm
AKTUELL
Progra mmierer u n d Heimwerker fi nden auf Hardware Hacks e ine P lattform zum Austausch von Bauan leitungen und Basteiprojekten, Berichte über d ie Szene, Hackerspaces und Fab labs i m deutschsprachigen Raum. Auf der Mitmach-Seite können Bast ler schne l l und e infach Besch re ibungen ihrer eigenen Entwickl u ngen e in reichen und mit Fotos pub l ikumswi rksam veröffentl ichen lassen. l n den Themenforen findet man U nterstützung bei der Umsetzung eigener Ideen. Im On l ine-Ka lender sam melt und veröffentl icht das Hardware-Hacks-Team wichtige Termine bundesweiter Messen, Workshops und Präsentationen.
Doppelter Speicher fur Raspberry Pi
29 30 31
FellletleVeranstal!unll"' TeriTIJ"I e;(ltraoen
Ein erster Praxis-Test des von Das Erstellen von Skalen und 'r"ielen heißersehnten BesChriftungen für Kleincomputers im seihstgemaChte Frontplatten ChecXkartenlormat der FrontDeslonervon
Als Fol iower von twitter.com/hardware hacks verpassen Sie keine Meldung, a lternativ b le ibt man ü ber RSS-Feeds auf dem neuesten Stand . Am schnel lsten erreichen Sie Hardware Hacks ü ber www.ct-hacks.de. Also dann : Happy Hacking! (dab) ct
PROJEKTE neuesie tlt!sl�ewt.-rtel
VLC-Fulschatter
o\us Liehtseilaltem und einer USß..Tastatur entslehl ein FußsChalter zur Steuenmg einesVIdeoplayers-oder anderer
Fischfutt•rautom.at
.:u\aJhg
Mlkrowellen..PC
Zu schade zum Wegwerfen· Setliekes Küdlenger31 als neues Zuhause tur den PC
Zombie-Grafik karte
Ur1au!Jsversorguno mlt ATtlny Netztellverpflanzung Im High-und Revolverprinzip End-BereiCh tur Overdodter.
1 0 I c't Hacks 3/20 1 2
Das hlodel BWird ao sofo rt mit512 MB";te ausgeliefert-ohne -'ufpreis Damitsollen speicherhungrige Anwenl!unoen auch auf dem Raspberry laufen
Parallel-Computer tur Bastler
Ein Entwicklungskif mit 15 .,.2 CPUKemen !Ur 99 U8-Dollar soll mehr Ent'hidder in die Wett der ParallelProgrammierung locken.
US-P.atent schützt DRM-5ystem fLir 30-0nJck
Die US-Lilenzierungsfirma lntelledua\ Ventures hat ein gewethlidles Schutrrechl auf ein Rechtekontrollsystem fürdas Erstellen von Obieiden aus CADDateien per Rapid Manufacturing erhalten.
Neues "Yps" vielerons schon ausverkauft
t..mvergangenen Freitag ersChien eine Neuauflage mit 120.000 Exemplaren. die siCh Iautvertao an Manner im After von 30 bis 45 Jahren riChtet.
Vorschau auf Router-Linux OpenWRT 12.09
Das IAodel B wird ab sofort mit 512 MB;te ausgeliefert- ohne AUfpreis. Damit sollen speiCherhungrige Anwenoungen auch auf dem Raspberr�laufen.
Parallel-Computer für Bastler
Seile •t: 3 •
,., •
SCANBYBLAC KBURNER 2012
1 2 1 c't Hacks 3/20 1 2
Philip Steffa n
M u ltitouch einma l anders: Mit dem Ma key-Makey-Boa rd kan n ma n kinderleicht a l les, was auch n u r ein wenig leitfähig ist, zum Eingabegerät
machen: Obst, Gemüse, Knete, F lüssig keiten, Familienmitglieder.
D as Wort ,.ki nderle icht" ist h ier wört l ich zu verstehen : Zwei Handg riffe, und d ie Banane ist
mit dem Makey verbu nden und dient ab sofort a ls l i n ke Maustaste. Es g ibt keine zier l ichen Steckleisten, hier ü bernehmen zu packende, bunte Ka bel
• mit Krokod i l klemmen an beiden Enden d ie Verbin-q dung zwischen P lat ine und gewü nschtem Objekt.
Das Makey Makey hat sechs g roße Kontaktflächen mit Löchern auf der Vorderseite.
Die rot-weiße P lat ine eri n nert optisch an d ie Steuertasten der frü hen Gameboys: E i n Steuerkreuz und zwei Buttons - das legt d ie Verwendung a l s Spiel-Contro l le r nahe. Das Ma key Makey wi rd über USB an den Computer gesteckt und g ibt s ich als Tastatur und Maus aus, Trei ber werden n icht benötigt. Gerade K inder werden mit dem Board viel Spaß haben: Welche Dinge leiten Strom? Was fü r ungewöh n l iche E inga bemethoden kan n man s i ch ausdenken? Eitern sol lten s i ch darauf e instellen, dass d ie Küche e inma l du rchgetestet wird.
Der lebenslange Kindergarten
Das Makey-Makey-Projekt wurde im Sommer über d ie amer ika n ische Crowdfund i ng-P iattform Kickstarter vorfi nanziert und sammelte über e ine ha lbe M i l l ion US-Do l la r e in , zwa nzig Mal mehr a l s angestrebt. I n sgesamt wurden 1 1 000 Ma key-MakeyBoards vorbestelit und du rch den E lektron ik-Distr ibutor Spa rkfu n ausgel iefert. M ittlerwei le kan n man d ie P lat ine auch fü r 40 US-Do l l a r i n Sparkfuns Onl i neshop kaufen . S ie wi rd zusa m men mit e inem M in i-USB-Kabel u n d s ieben Kroko-Verbi ndu ngskabeln ausgel iefert.
H i nter dem Makey Makey stehen Er ic Rosenbau m und Jay S i lver, zwei Doktoranden der Forsch u ngsgruppe ,. L ife long K indergarten" a m MIT Media Lab. S ie erforschen, wie man spie lerisch Begeisteru ng fü r Techn ik in a l len Altersg ruppen wecken kann . Vor dem Makey Makey haben sie bereits Projekte wie den Quietsch-Ble istift ,.Drawdio"
erdacht: E ine e infache Oszi l latorscha ltung mit 555-Baustein, bei der der Strom d u rch den Graph itstrich fl ießt und dabei je nach Widerstand die Tonhöhe ändert. Drawdio schafft es dabei , g le ichzeitig eine Lötübung fü r Anfä nger, ein Spielzeug u nd e in m in imaler Synthesizer zu sei n .
Mit dem Makey-Makey-P rojekt haben s ie s ich vorgenommen, e inen ,. E rfi nderbaukasten fü r a l l e"
zu schaffen. Techn isch ist das Makey Makey e in e infaches M i krocontro l le r-Board: Vom Ardu i no Leonardo hat es den Ch ip (ATMega32u4) und die F i rmware geerbt. Externe Pu l l -u p-Widerstä nde ha lten die offenen E ingänge auf H ig h-Pegel . Soba ld e in mit Masse verbundener Ben utzer e inen E ingang berüh rt, fä l lt der Pegel ab und löst damit im Prog ramm ein E reign i s aus.
Der Trick der Berü hrungsscha ltung l iegt da rin , e inen sehr hohen Pu l l-up-Widerstand zu benutzen . Beim Makey Makey l iegt d ieser bei 22 Megaohm. Der mensch l iche Körper und d iverses Obst br ingt es ,.n u r" auf wenige Megaohm Widerstand . Bei Berührung entsteht a l so ein Spannungstei ler, sodass d ie Spannung am Digita l -E ingang abfä l lt .
UnoJoy
I m I nternet g ibt es d iverse Open-Sou rce-Prog ramme, d ie den Ardu ino i n e in USBE ingabegerät verwande ln . UnoJoy (s iehe c't-Li n k) i st e ine F i rmware fü r den USBCh ip des Ardu ino U no, mit der s ich d ieser an PC und Playstation 3 a l s Game-Contro l le r ausg ibt. Mit der Vorwidersta nds-Scha ltung aus dem Arti kel kan n man a l so auch an der Spie lkonsole kreative Steuerungsideen ausprobieren.
Tastatur, Maus, Banane
Die Kontakte auf dem Steuerkreuz verhalten sich wie d ie Pfei l tasten der PC-Tastatu r, d ie zwei runden Felder senden d ie Signale fü r Leertaste und l i nke Maustaste. Fü r viele e infache On l i ne-Spiele reicht das schon aus: Mit entsprechenden Suchbegriffen fi ndet man schne l l Browser-Versionen von Klassikern wie Tetris, Pacman oder Super Mario Bros. Auf der Projekt-Hornepage www.makeymakey.com g ibt es im Bereich ,.How-to" eine L ink l iste mit weiteren Spie len.
Mit welchem I nterface dann gesteuert wird, b le ibt der Fa ntasie der Nutzer ü ber lassen: Obst s ieht a m interessa ntesten aus, mit Knete lassen s ich dagegen schne l l verschiedene Aufbauten umsetzen. Mit e inem weichen Ble istift kann man wie beim Drawd io Leitu ngen und Kontaktflächen auf Papier aufmalen und als E ingabemethode nutzen. Da s ich der Kontakt auch mit zwei oder mehr Menschen sch l ießen lässt, kan n man fast jedes Spiel zum akt ionsgeladenen Mu lt ip layer-Game mit Abklatschen u mfunktionieren.
Wen n d ie sechs Ansch lüsse auf der Vorderseite n icht mehr ausreichen und das I nteresse an der Verbi ndung von Obst und Computer geweckt wurde, sol lte man sich m it der Rückseite des Makey Makey beschäftigen. Dort s ind zwölf weitere E ingänge auf Buchsenle isten herausgefüh rt. Die l i nke Leiste sendet in der Werkskonfiguration d ie Buchstaben W, A, S, D, F und G, womit s ich bereits d iverse 3D-Spiele steuern lassen. An der rechten Leiste angesch lossene S igna le steuern den Mauszeiger i n v ier R ichtungen und lösen Rechts- und L inkskl icks aus .
Genau wie d ie E ingänge fü r Krokod i l klemmen s ind die zwölf h interen Eingänge mit Pu l l-up-Widerständen von 22 MO versehen. Sol lten d iese Widerstände eigenen Schaltungsplänen in d ie Quere kommen, kan n man sie auch deaktivieren, indem man die Leiterbahn nach SV an einer dafü r vorgesehenen Stel le mit einem scharfen Gegenstand durchtrennt. Die Unterbrechung kann durch eine Lötbrücke auch wieder rückgängig gemacht werden.
c't Hacks 3/20 1 211 3
Ma key Ma key
Um die rückwärt igen Ansch lüsse genauso e infach verbinden zu können, empfiehlt s ich der Eigenbau einer Adapterplatine, d ie unter das Makey Makey gesteckt wird. Wir haben dafür eine Loch rasterp latine genommen und über Steckleisten d ie Makey-Eingänge auf dickere Drähte geführt, d ie sich gut mit Krokod i lklemmen greifen lassen. Wem diese Lösung zu u nschön (und viel le icht n icht k indersicher genug) ist, muss darauf hoffen, dass es in Zukunft ein entsprechendes . . Shield" im Handel g ibt.
Hin und wieder reagierte das Makey Makey bei unseren Versuchen n icht - der Grund dafü r war aber immer, dass d ie Masseverb indung zum Körper u nterbrochen war. Es trü bt den Touch-Spaß etwas, wenn man ständ ig e ine Krokod i l klemme in der zweiten Hand ha lten muss. Am besten befest igt man die K lemme daher an e inem R ing oder Armreif. Am komforta bel sten ist e in Ant istati kArmband aus dem E lektron i k-Fachhandel : Es kostet rund 1 0 Eu ro und hat am Ende des E rd u ngskabels meist g leich e ine Krokod i l klemme, d ie man auf die Plati ne k lemmen kann .
Umprogrammieren
Sendet das Makey Makey fü r den gewü nschten Zweck nicht d ie r ichtigen Tastatu r- und Mauseingaben, lässt es s ich Ardu ino-typisch sehr e i nfach umprog rammieren. Damit das Boa rd aus der IDE angesprochen werden ka nn , mus s man e inma l ig das .. Ardu ino-Addon" vom Herste l le r (c't-Li n k auf
1 4 1 c't Hacks 3/20 1 2
Von hinten sieht das Makey Makey schon eher wie ein MikrocontrollerBoard aus. ln der Mitte sitzt der ATMega32u4-Prozessor.
Widerstände Hochohmige Widerstände bekommt man n icht be i a l len Anbietern und n icht immer i n a l len Werten . Fü r unseren Testaufbau haben wir e infach fünf vorhandene Widerstände mit 4.7 MO in Reihe gescha ltet.
Seite 1 6) herunterladen und den I n ha lt des Archivs i n den U nterord ner .. ha rdware" des Ardu i noSketch-Ord ners kopieren. Dadu rch wird im Menü Tools-+Board ganz u nten der E i ntrag . . Ma key Makey" h i nzugefügt. Ardu i no-Prog ramme kan n m a n d a n n ei nfach per Kl ick a u f d a s U pload-Symbol auf den M ikrocontro l ler laden.
U m d ie normale F u n kt ion des Modu l s wiederherzuste l len oder zu verändern, braucht man den u rsprüng l i ch a ufgespie lten Ard u i no-Sketch. Die aktue l l ste Fassung fi ndet man im Github-Repository von SparkFun (s iehe c't-Li n k) . Öffnet man den Sketch makey_makey.ino i n der Ardu i no-I DE, kan n man i n d e r zugehör igen Datei settings.h im Array keyCodesO auch verändern, welche Tastatu r- oder Maus-Ere ign isse d ie 1 8 Ansch lüsse aus lösen.
Damit war es fü r uns im Test sehr e i nfach, schnel l e ine Obst-Orgel zu bauen, über d ie man vi rtue l le Mus ik inst rumente i n Mus ikprog rammen spielen kann . Dazu braucht man keine M IDI-Signale: l n vie len Prog ram men wie Garageband oder Ableton Live kan n man auch über die Tastatur Noten e insp ie len, die Noten C-D-E-F- . . . l iegen dabei oft auf der m ittleren Buchstaben reihe, a l so A, S, D, F . . . , d ie .. schwarzen Tasten" i n der Reihe darüber. Da e ine Oktave au s zwölf Ha lbtönen besteht, kan n m a n a l l e Töne von C b i s H m i t d e n zwölf rückwärtigen Ansch lüssen ansteuern.
Um auf der K lavia tu r wieder bei m . . C" a nzukom men, ha ben w i r den . . C i i ck"-Konta kt fü r d ie entsprechende Taste K u mgewidmet. Die Pfei ltasten des Ma key Ma key haben wir mit Y, X, C und V be legt, u m d i e Oktave u n d Ansch lagsgeschwind i g ke it e i nzuste l l en . Der Leertasten-Kontakt wurde n icht verändert - dami t ist i n v ie len Mus ikp rog ra m men d i e F u n kt ion P lay/Stop belegt. Da das Ma key Ma key e i ne eng l i sche Tastatur emul ie rt, muss man a u ßerdem Y u n d Z im Code vertauschen .
Das fo lgende Li sti ng zeigt den veränderten Abschn itt in der Datei settings.h.
int keyCodes[NUM_INPUTS] = { I I top side of the makey makey board 'x', II up arrow pad 'z'
, II down a rrow pad 'c', II left a rrow pad 'v', I I right arrow pad
f (!
};
I I space button pad
'k', II dick button pad
II female header on the back left side
't',
'g', 'y', 'h',
'u', 'j',
II pin OS II pin 04
II pin 03
II pin 02
II pin 01
II pin DO
II female header on the back right side
'f, 'd',
'e',
's', 'w',
'a'
II pin AS
II pin A4
II pin A3
II pin A2
II pin A 1
II pin AO
Nachbau
Die Funktion des Makey Makey lässt s ich mit vie len M ikrocontro l lern nachbauen, wen n man auf das besondere Plat i nendesign verzichten kan n: Die d i g ita len E ingänge s ind dafü r mit Pu l l -up-Widerständen nach SV zu versehen, die dafü r sorgen, dass
Unter dem Makey-Makey-Board sieht man unseren selbst gelöteten Adapter, der die zwölf Eingänge an der Unterseite zugänglich macht. Die Traubenorgel hat acht Trauben für eine komplette C-Our-Oktave.
ständ ig e in H igh-S igna l gelesen wird. Fasst e in Mensch a n den Pin, fä l l t der Pegel auf Low. l n der Softwa re muss man a l so da rauf achten, dass mit negativer Log i k gea rbeitet wird, das heißt, es pass iert immer dann etwas, wen n ein E ingang auf nu l l l iegt.
\!1 0&0 Diskirnage 7 sichert Ihre Daten, bevor es zu spät ist. Schnell. Einfach. Zuverlässig.
Beugen Sie Datenverlust einfach und sicher vor! Mit 0&0 Diskirnage können Sie jederzeit Ihren ganzen Rechner, einzelne Laufwerke und Dateien im laufenden Betrieb sichern. Im Falle eines Datenverlustes stehen Ihnen Ihre gesicherten Daten mit wenigen Mausklicks schnell wieder zur Verfügung -selbst wenn Windows nicht mehr startet!
····d"·"········� ... .
.••..•.. �:1· :�'f,e 7 oisl<.il'11a91i \ • ••• • ••• '"'i.S�'> ,, . (le/oO �
•••·••• o&.O V \t"..,a{e · RE � ••••• ' ao-so � •
········ "..,"..,"..,. �
············� ... . t a\l� ao1 ' .. 1 ··········· .... ,va\. .1' ��,. .... ··············iooJo Ra • c.'t .. ��···············
·······
co��.: ... ·············
·····················
······ O&o§oftware
c't Hacks 3/20 1 2 1 1 5
Ma key Ma key
Beim Eigenbau sol lte man du rchaus noch ausprobieren, welcher Wert fü r den Pu l l -u p-Widerstand das beste Ergebnis br ingt. Bei höheren Widerständen ist d ie Scha ltung nicht mehr so empfi nd l i ch und lässt s ich schwier iger a us lösen, bei nied rigeren Werten reag iert s ie öfter auch u n beabsichtigt. Das u ngewol lte Aus lösen mehrerer Tastendrücke bei e iner Berü hrung kan n man ü ber Software i n Griff bekommen, indem man wiederholte S igna le in e inem Zeitbereich von e in igen Mi l l i sekunden nu r e inma l zäh lt. Das Ardu ino-Beispielskr ipt zum Entpre l len, . . Debounce" ( in der Ardu inoIDE im Menü Beisp ie le-+02.Dig ita l ) kan n h ie r a l s Ausgangspunkt d ienen.
Human Interface Device
R1 22MO
Bezugsquelle
Bei den meisten Ardu ino-Model len, d ie vor dem Leonardo herausgekommen s ind, ist es etwas kompl izierter: Dort i st fü r d ie USB-Kommun ikation e in e igener k le iner Ch ip vorgesehen, der im Werkszustand dem PC aber n u r e inen v i rtue l len serie l len Port vorspielt .
Der ATMega8U2 oder 1 6U2 auf dem Ardu ino Uno lässt s i ch zum H I D-Gerät umprogrammieren (auch dafü r g ibt es bereits fun ktion ierende CodeB ib l iotheken aus der Comm u n ity), was aber in der Praxis n icht besonders benutzerfreund l ich ist. Für
Herste l ler und Distr ibutor jede Änderung a m Ardu ino�Code muss man d rei
des Boa rds i st d ie i n DIY-Sch ritte ausfüh ren :
E lektron ikerkreisen bekann-1 . F i rmware fü r serie l le Kommun ikation auf
te US-F irma Sparkfun . Wer n icht i n Ü bersee bestel len
den USB-Ch ip spie len 2 . Geä ndertes Ardu i no-Skr ipt e inspie len
wi l l , fi ndet auf der Shop-3. F i rmware fü r H I D-Kommun i kation auf
Website (s iehe Webcode) Damit der Makey-Nachbau sich gegenüber dem den USB-Ch ip spie len
Rese l ler i n Deutsch land und Rechner a l s Maus und Tastatur ausg ibt, m uss der Ältere Ardu i nos und M ikrocontro l ler, d ie fü r d ie
Eu ropa. Mikrocontrol ler s ich über USB a ls . . Human I nterface USB-Verb indung e inen FTD I-Ch ip e insetzen, kön-Device" (H ID) anmelden können. Von Haus aus kön- "if===========::f- nen gar kei n H I D: Der Computer s ieht h ier n u r nen das z u m Beispiel Ardu ino Leonardo u n d Korn- einen serie l len Anschl uss, auf dem Datenbytes an-pat ib le wie Teensy 2.0 mit Atmels ATMega32u4- kom men. Um Tastatur u n d Maus zu emu l ieren, Ch ip, der d i rekt USB on board hat. H ier g i bt es in b raucht man in d iesem Fa l l a l so noch e in Pro-den Beispiel-Skripten in der Ardu ino-IDE ebenfa l l s g ramm auf dem Computer, dass den serie l len Da-fertigen Code, um den Ardu ino per U pload in e in tenstrom em pfängt und dem Betriebssystem H ID-Gerät zu verwandeln . Maus- und Tastatu re ingaben vorgaukelt . Je nach
Baste i l aune ist es a l so v ie l leicht e infacher, s ich e inen Leonardo fü r rund 20 Eu ro zu kaufen.
1 6 1 c't Hacks 3/20 1 2
Fazit
Das Makey Makey macht Spaß und hat d ie Chance, so manchen düsteren Winterabend zu retten . Kinder werden s ich am meisten über d ie vielfä lt igen ungewöhn l ichen Steuermethoden fü r Computerspie le und das experimente l le Ausprobieren freuen. Für Jugend l iche und Erwachsene eröffnet s ich bei I n teresse e in e infacher E i n st ieg i n d ie Mi krocontro l ler-Prog ram mieru ng. (phs)
www.d.de/cs 1108011
SCANBYBLAC KBURNER 2012
Szene-Report
Was i n Berl in vor fünf Jahren a ls kleine Gemeinschaftswerkstatt begann, hat sich durch den jüngsten Umzug zu einem der größten Hackerspaces im deutschsprachigen Raum entwickelt. c't erkundet die Geschichte und
Gegenwart des auffäl l ig gut ausgestatteten Hackerspaces mit einem ungewöh nlichen Finanzierungskonzept.
Die Empfangstheke verströmt noch den alten Sonnenstudio-Fiair, die LED-Laufschrift hingegen zeigt, dass hier Bastler wohnen.
Die technische Ausstattung ist dank Vermieter
"Sonnenstudio"
exzellent.
Haupteingang an der Front des "Stattbad Wedding"
S chwi mmen kan n dort schon seit 1 999 n iemand mehr. Erst 2009 keh rte unter
dem Namen "Stattbad Wedd ing" dank eines schrägen Berl iner Investors wieder kulturelles Leben ein i n den 1 907 err ichteten und 1 960 san ierten Bau. Derzeit lässt der Besitzer die a lten Becken fü r Mus ik- und Kunstveransta l tungen ausbauen . 201 1 hat auch die Rau mfah rtagentu r ihr Quartier i n dem imposanten Klotz bezogen.
Meine Reise i n d ie Raumfahrtagentur beg i n nt mit e iner Gartenpa rty: Der Berl iner Hackerspace feiert an d iesem sonn igen Augustabend die Eröffnung der neuen Bar des
"Stattgarten"-Projektes. Auf dem Weg dort-· h i n geht es d u rch d ie Seiteneinfahrt des a lten Stadtbads in Berl in-Wedding zunächst vorbei an Baugerüsten und e inem Haufen Bauschutt, der bei der laufenden Sanierung der tr isten, baufä l l igen Immobi l ie anfä l lt.
Garten-Hacker
Als ich um die Ecke ent lang der H i nterseite des Gebäudes schaue, fä l l t der B l ick auf eine k le ine grüne Oase i nm itten der grauen Großstadt. ln rund 20 säu ber l ich beschrifteten Holzkü be ln und Wa ndrega len gedeihen Tomaten, Mangold, Radieschen, Spinat, Salate und e ine erstaun l iche Menge weiterer Gemüse und Kräuter. Holzbänke und zah l reiche
c't Hacks 3/201 2 I 1 9
andere Sitzgelegenheiten laden e in zum Verwei len zwischen den Beeten. Verträu mte elektronische Mus ik fü l l t die Luft.
Dass h ie r ke ine gewöh n l i ch Gartenpa rty stattfi ndet, merkt man spätestens an den D iskuss ionen ü ber LED-L ichtspektren fü r die opti male Pfla nzenzucht, Mi krocontro l l e r-gesteuerte Orch idarien , B ierbrauerei und Typog rafiegesch ichte. E inen der Anwesenden spreche ich auf den U rsprung des Namens ., Rau mfah rtagentur" an . ., S i nd w i r n icht a l l e Raumfa h rer? D ie Haut ist un ser Rauma nzug und d ie Erdatmosphäre un ser Weitraum", ph i losoph iert er vor s ich h i n .
Im h i nteren Tei l de s Gartens ist wä h renddessen e in j u nger M a n n mi t b londem Pferdeschwanz und g raug rünem Overa l l an e inem g roßen Kochtopf zugange . .,Was g i bt es?", frage ich . An sei nem fu n ke lnden B l i ck ist gut zu erkennen , dass er s ich auf d ie Antwort freut: ., Kürb i ss uppe! Wir haben unsere d rei Kürbisse geerntet." Der erd ige Duft von frischem Gartengemüse steigt m i r in die Nase, als e r den Deckel kurz zum U m r ü h ren a n hebt. I m Wi nter g i bt es, so erfa h re ich , i n der Ra um-
ln den Wandregalen wachsen mehrere
dutzend Kräuter, darunter wilder Basilikum.
Hinweisschildchen geben Tipps, wozu sie
am besten schmecken.
Fahrtagentur fast täglich Volksküche -
selbstgemachtes Essen für kleines Geld.
Volksküche
Neben der freistehenden Kochtheke sitzt
Maximilian Bauer, den hier alle Gismo
nennen. Er steckt ebenfalls in einem
Overall und seine schulterlangen, fast
schwarzen Haare trägt er offen. Schnell
verstricken wir uns in eine Unterhaltung
über die Vorzüge von Overalls als All
tagsbekleidung und ihre Verwandtschaft
zu den Raumanzügen. Trotz seiner zu
rückhaltenden, unaufdringlichen Art hat
Gismo das Sagen in der Raumfahrtagen
tur. Denn sein Kleinunternehmen SCNR
GmbH bildet das finanzielle und organi-
sato r ische Dach fü r d ie Rau mfa h rtagentur und i h re Ausstattung , was ihm auch den Titel .,woh lwol lender Di ktator" e ingebracht hat.
Er war auch bei der Gründung der Raumfahrtagentu r im November 2008 dabei, als eine Gruppe von 1 0 Leuten aus der CCC-Per ipher ie die Erstmiete fü r e ine k le ine 60-Quad ratmeter-Gemeinschaftswerkstatt in Berl i n-Prenzlauerberg zusa m men legte. G ismos Motivation zur Bete i l igung war seinerzeit, die E lektrofah rräder, mit deren Um- und Aufrüstung er auch heute noch sein Geld verd ient, n icht mehr i n die kleine Altbauwoh nung im zweiten Stock schleppen zu müssen. Die CNCFräse, d ie er zur Fertigung der se lbstentwickelten Motortei le nutzt, hatte er damals schon angeschafft.
P11Mihi1 Seit dem Umzug im Apr i l 201 1 i n s Stattbad stehen den m itt lerwe i le 28 Hackern der Rau mfah rtagentu r d ie rund 200 Quad ratmater des ., Ehemal i gen So lari ums" zur Verfügung . Am E ingang mit der sel bstgebauten Siebensegment la ufsch rift steht noch immer d ie typische Em pfangstheke. Der I n nenausbau wurde weitgehend übernommen. Die neuen Nutzer
Die CNG-Frlse (oben) geh6rte zu den ersten Geräten ln der Raumfahrtagentur. Rechts 1st die Drehbank zu sehhen.
I c't Hacks 3/201 2
Nur wenige Hackerspaces verfügen über ein Bio-Labor - schon gar nicht über ein derart gut ausgestattetes.
ha ben nu r e in paar Sta l lwä nde entfernt und im h i nteren Bereich e ine Wand zur Scha l l isol ieru ng des Tonstudios e ingezogen . .. Die Raumauhei lung mit den 25 Solar ienstä l len ist perfekt", freut s ich Gismo.
Wen n man du rch den U-förmigen Hauptgang sch lendert, entdeckt man i n v ie len der rund sechs Quadratmeter g roßen Sepa rees weitere kleine Werkrä ume: CNC-Fräse, Dreh bank, Lasercutter, e ine vorzüg l i ch ausgestattete E lektroni kwerkstatt u n d ein PodcastStudio, in dem unter anderem Alternativlos, Pandroid und das Colaboradia aufgezeich net werden . ln einem gefl iesten ehemal igen Küchenraum betreibt Lisa ein Bio-Labor.
l n e inem der beiden offenen Bereiche hat Betty die Nähwerkstatt .. Sektrausch" aufgebaut. Gegenüber befi nden sich d rei I nternet-Arbeitsplätze, zwei 3D-Drucker des Projektes .. camgeeks" (von CAM, Computer-Aided Man ufactur ing), sowie die Werkstatt fü r G ismos .. E iekt ronenrad"-Projekt. Der zweite offene Bereich h i nter der Em pfa ngstheke beherbergt den lauschigen Gemeinschahsbereich.
Ausstattungswunder
Mit i h rer vielfä lt igen, profess ionel len Ausstattung geht die Raumfahrtagentur techn isch weit über das h inaus, was i n Hackerspaces und Fablabs üb l ich ist. Doch die Ausstattung hat auch ih ren
Szene-Report Hackerspace
Preis: M indestens 40 Eu ro kostet d ie
"Schrau berpauscha le" pro Monat und Sch lüsselzugang g ibt es nu r auf Vertrauensbasis fü r 65 Euro - ja, selbst e ine Tageskarte fü r Besl,Jcher kostet 1 3,37 Eu ro. Wer darüber h inaus Geld mit sei nen Projekten verd ient, zah l t je nach Nutzung und Umsatz e inen Ta rif ab 1 20 Euro monatl ich.
Als Coworki ng-Space wil l Gismo d ie Raumfahrtagentur dennoch n icht verstehen: "Coworki ng ist WLAN, Schre ibt isch und Kaffeemasch ine", entgegnet er, "aber das hier ist schon 'ne echte Hackerparty". Der Zeitvertre ib in dem kle inen Macherun iversum besteht se iner E inschätzu ng nach fü r gewöh n l ich nu r zu e inem Drittel aus "Hobby, Hacken, Feierabend", wie er es nen nt. Ein weiteres Drittel fü l len Gelegen heitsnutzer, d ie die Ausstattung gezielt nur fü r einzelne Projekte aufsuchen. Das letzte Drittel h i ngegen s ind Auftragsarbeiten, mit denen d ie Hacker Geld verd ienen. "Wir wol len h ier auch kommerz ie l le Projekte haben", bekennt s ich Gismo zu dem i n Hackerkreisen u ngewöhn l ichen F inanzieru ngskonzept
Gleich zwei 3D-Drucker sind hier im Einsatz: Shaper Cube (oben) und Ultimakar (rechts).
24 1 c't Hacks 3/20 1 2
r
Trotz der merk l ichen Kommerzia l is ierung der Rau mfah rtagentur ble iben die Hacker i h ren Pr inzipien treu. Sel bst d ie Bautei le fü r G i smos M i l l iway-E iektromotoren- gewissermaßen d ie Cash Cow des Hackerspaces - sind u nter e iner OpenHa rdware-Lizenz der A l lgemei n heit zugäng l ich .
P läne fü r d ie Zukunft des Hackerspaces ·
s ind auch schon geschmiedet. Gerne würden d ie Rau mfah rer weitere Tei l e des
Stattbades n utzen, was jedoch im Wesent l ichen von den weiteren Umbau maßnah men des Bes itzers abhängt. Besonders begehrt ist der Zugang zu der ehema l igen Sonnenterrasse fü r Badegäste, die das ehemal ige Sonnenstud io d i rekt mit dem Garten verb inden und den Umweg ü ber d ie Hofei nfah rt sparen würde.
Expansionskurs
Als s ich d ie Gartenparty fü r mich dem Ende nähert, u nterhalte ich mich an der fri sch e ingewei hten Gartenba r mit G regor. Der 33-Jäh rige hatte a l s E lektromechan i ker b isher n u r wen ig Konta kt zur Hackerszene, doch seitdem der Stattgar-
ten im Winter des Jahres eröffnete, ist er rege lmäßig h ier und h i lft bei der Ga rtenarbeit, an der sich auch viele Kosmonauten der Rau mfa h rtagentur betei l igen . Was i hn an der Umgebung und den Menschen reizt, möchte ich von i h m wissen.
"Hier sind d ie Leute, die sich Sachen n icht nur ausdenken, sondern s ie auch machen", antwortet er.
Das Machen steht bei den erdgebundenen Berl i ne r Rau mfahrern wie nur an wen igen Orten i n der Hackerszene im M itte lpunkt. Und a l s ich das Wedd i nger Stattbad verlasse, verspüre ich noch einmal den besonderen Reiz der U mgebung: l n bu nten Fa rben male ich mir aus, was man mit d ieser Ausstattung a l les anstellen kann , denn a l l e in d ie Mög l ichkeiten insp i rieren. (er) c'l:
Zutaten - Festplatte, mög l ichst 7200 U/min
- ATX-Netzteil oder Netztei l für
externe Festplatten
- Schleiftel leraufsatz mit Kl ettfläche
für Bohrmaschinen
- Holzbrett, etwa 500 x 200 x 18 mm
- Zyl i nderkopfschrauben M2,5 x 10 - 20 Spaxschrauben, 30 mm,
ggf. 4 Holzdübel statt Schrauben
für Tischmontage
- ggf. Rändel kopfschraube M5 x 45 mit
Unterlegscheibe und Flügelschraube
AC H T U N G !
Der gezeigte Festplattente l lerschleifer ist kei neswegs e in
Hoch le istungsgerät, dennoch fl iegen beim Schle ifen mitunter
d ie Fetzen . Achten Sie i nsbesondere auf ausreichenden
Augenschutz etwa mit einer S icherheitsbri l le .
Kurzinfo Zeit:
S Stunden
Kosten:
rund 30 Euro
Feinwerkzeug:
Torx Größe 9 oder 8, feine Sch l itzund Kreuzschraubendreher, Maß
Grobwerkzeug:
Bohrmasch ine, Boh rer-Set Schraubendreher, ggf. Gehrungsäge und Kegelsenker
1 Fast a l l e Schrauben in Festplatten der derzeit igen Aus laufgenerationen s ind Torx der G röße 9 oder 8. Soba ld a l le Sch rauben des Decke ls entfernt s ind, sollte er s ich problem los abnehmen lassen und den B l ick auf das I nnen leben freigeben. Die Festplatte ist spätestens jetzt nicht mehr a l s Speichermed i um zu gebrauchen.
te l ler befestigt werden. Nach dem Erörtern d iverser Lösu ngen mit Klebern und sebstgebauten Boh rfutteradaptern enschieden wir uns dafü r, d rei der vorhandenen Gewinde mit verlängerten Schrauben zu versehen, d ie den Schleiftel ler in Position halten.
2 Je weniger Tei le i n der Festplatte verbleiben, desto geri nger ist die Gefah r, dass Staub und Späne im Laufe der Zeit d ie Mechan ik b lockieren . A l lerd ings scha ltet manche F i rmware pa n isch den Motor ab, soba ld sie festste l lt, dass ihr der Schreib/Lese-Kopf oder andere wichtige Tei le feh len . l n dem Fa l l h i lft e ine zugeschn ittene P last ikabdecku ng, d ie s ich mit den Deckelschrauben befestigen lässt.
5 Idea lfa l l : Beim I BM-Aitertümchen konnten wir das komplette I nnen leben bis auf den Motor ausräumen. Sel bst der P lattenstapel i st verzichtbar, er kann dem Schle ifer jedoch a l s zusätzl iches Schwungrad d ienen.
3 Entfernen Sie testweise den Lesekopf. Bei v ie len Model len ist das F lachband n icht fest verlötet, sondern etwa per Fol ienstecker mit der Steuerplati ne verbunden. Unser 2 1 60-MByte-Model l von IBM d reht auch kopflos mu nter vor sich h in , soba ld die Stromverbindung steht. A l so raus mit dem Kopf.
D ate nto d Mit erhebl ichen Kosten kan n e in Daten rettungsunternehmen d ie ausgebauten Magnetscheiben zumindest tei lweise noch aus lesen. Um wirkl ich s icher zu gehen, dass d ie Daten unwiederbri ng l ich zerstört s ind, genügt es schon, d ie Magnetscheiben kräftig zu knicken.
6 Die F lanschgewinde sitzen auf e inem Loch kreis mit 20 mm Du rchmesser. Die d rei langen Schrauben erfordern eine 2,5 mm-Bohrung im Tel ler. Auf der Klettseite sind die Schrauben mit einer 5-mm-Bohrung versenkt, sodass s ie wenige M i l l imeter i n den F lansch h ine in ragen.
7 Sobald der Schle ifte l ler montiert ist, ergeben sich d ie Maße fü r den Holzrahmen. Der Tel le r steht an der Längsseite jewei ls 1 2,5 mm über das Plattengehäuse, was e ine Bodenplatte unter dem Gehäuse sowie e inen erhöhten Arbeitstisch erforder l ich macht. l n unserem Fa l l ist der Stapel aus Festplatte und Schleiftel ler 36 m m dick. Daraus erg ibt s ich
. - - -
de r passende Mindestabsta nd zwischen Tisch und Schleiftel ler.
8 l n der Sketch Up-Konstruktion werden die Maße fü r den Holzzuschn itt deut l ich . Ziel unseres Aufbaus ist, mit mögl ichst ei nfachem Ausgangsmateria l auszukommen. Daher haben mög l ichst vie le Tei le d ie g leiche Breite. Das 3D-Model l besteht aus d rei Tei len : Grundplatte, Tisch und Festplattenha lter .
Die meisten Maße s ind weitgehend bel iebig. Das vertika le I nnenmaß des Festplattenha lters m uss recht exakt 99,5 mm betragen, damit der Hol rahmen d ie Festplatte ausreichend kräftig e inklemmt. Bei dem gezeigten Maß von 1 0 1 mm muss man mit zusätzl ichem Klemmmateria l a rbeiten, um die P latte s icher einzuspan nen. Die U nterplatte des Ha lters muss m indestens 1 5 mm dick sein, damit der Schle iftel ler frei d rehen kann .
9 Für das Geste l l haben wir uns fü r e in hartes Leimholzbrett mit den Maßen 500 x 200 x 18 mm aus dem Baumarkt entschieden. Wer daheim n icht das passende Werkzeug fü r den Zuschn itt hat, kann dies g le ich an der Holztheke im Baumarkt erled igen lassen. Die Kosten l iegen bei etwa einem Euro pro Schn itt.
Alle Schrauben löcher müssen mit dem passenden Bohrer vorgebohrt werden . Bei weichen Hölzern ist ohne Vorbohrung die Gefah r zu g roß, dass die Schrauben das m ühsam zugeschn ittene Bautei l spalten, i n hartes Holz lässt s ich d ie Sch raube gar n icht erst e ind rehen. Be i ha rten Hölzern müssen d ie Schraubenköpfe außerdem versenkt werden.
LANGLÖCHER
1 0 Der Rahmen hält d ie Festplatte d u rch e ine Presspassung in Posit ion. ·wer dem Braten n icht traut, kann beisp ie lsweise mit g roßzügig vertei ltem He ißkleber oder zusätzl ichen Schrauben i n den Plattenrahmen nachhelfen .
U m ein sauberes Langloch
i ns Holz zu bekommen ,
verwendet man am besten
eine F räse. Es geht aber .
auch ohne Fräse: Bo� re� Sie
entlang der Lochlime eme
Reihe von eng
benachbarten Löchern u n? entfernen Sie d ie Stege mit
einer Holzfeile.
1 1 Um den Festplattenha lter mit der Grundp latte zu verbinden, genügen zwei oder d rei Spaxschrauben . Wir entschieden uns fü r eine i n der Grundplatte versen kte Rändelschraube mit passender F lügelmutter, u m den Festplattenha lter zum Schleifscheibenwechsel leicht entnehmen zu kön nen. Wer möchte, kan n i n d ie Bodenplatte des Ha lters e in Langloch e inbr ingen, damit der Tischabstand verste l l ba r ist.
1 2 Der komplette Festplattente l lersch le ifer. Ein s innvo l les Zu behör wäre noch e in auf das Tischmaß zugeschn ittenes Meta l l b lech. Die Performance e ines 600-Watt-Tel lersch leifers darf man von dem Leichtgewicht natür l ich n icht erwarten. Zum Messerschärfen, Entg raten, Bearbeiten von weichen Materia l ien und zur Oberflächenverede lung taugt e r aber a l lema l .
Zeitaufwand:
30 Minuten bis 1 Stunde
Kosten:
0-2 Euro für Spiegel
und Sekundenkleber
Löten:
einfache Lötarbeiten
Werkzeug:
Schraubendreher Torx TB
oder Kreuzschlitz
eingeklemmte Finger,
Augenschäden
1 Alle Schrauben aus dem Deckel drehen.
Oft verbergen sich unter dem Aufkleber
weitere. ln der Regel kann man mit dem
Schraubendreher die Folie leicht durch
stoßen und die Schrauben herausdrehen.
2 Mit e inem Schraubendreh:r (Sch l itz) oder e iner Messerspitze lässt S ich der Deckel hochhebei n und entfernen.
zutaten _ 2 Festp latten
_ Draht
- Minisp iegel
- Unterlegscheiben
- Sekundenkleber . ld . 't Motorsh1e - Ardumo ml
von Adafruit . Pe-Lautsprecher - Akt ive
oder - Laserwasserwaage
Laserpointer
3 Mit e inem Torx T8 entfernt �a.n d ie Schrau ben des P latten ringes. Bel a l teren Model len wird der Ring auch von Kreuzschl itzschrauben festgeha lten .
AC HTU N G ! Auch Laserpointer und Laserwasserwaagen der Klasse 2 können zu Schäden an den Augen führen, wenn man in den Strah l d irekt hineinschaut. Zwar geben ein ige Quellen in d iesem Zusammenhang an, dass der Lidschlussreflex das Auges schützen so l lte. Eine von der Bundesansta lt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin f inanzierte Studie hat jedoch gezeigt, dass von 1 400 getesteten Personen n ur 20 Prozent einen Lidschluss zeigten. Beim Experimentieren sol lte man daher zwingend eine für die jeweil ige Wel len länge geeignete Laserschutzbri l le tragen . Bei dem rotstrahl igen Laser l iegt die Wellenlänge bei 650 nm.
4 U m die obere Festplatten.scheibe
zu demontieren, biegt man d ie Ausleger der Festplattk�pfe �ach o�en. Anschl ießend lässt S lc.h d ie Scheibe mit dem Schraubendreher und Gedu ld hochhebel n .
5 Das gleiche Sp ie l wiederholt s ich bei der zweiten Platte.
G a lva n o m ete rko ntro l l e Das Motorsh ield von Adafru it ist sehr flexibel bei der U nterstützung versch iedener Motorarten . Mit zwei Chips L293D kan n es vier H-Ha lbbrücken respektive zwei H-Vo l lb rücken rea l i s ieren. Damit lassen s ich 4 Gle ichstrommotoren i n eine Richtung oder zwei Gle ichstrommotoren in jewei l s zwei Richtu ngen betre iben. Mittel s PWM kan n man dabei den Strom und somit die Drehzah l va r i ieren. Die Galvanometer werden i n unserem Beispiel a l s G leichstrommotoren betr ieben. Alternativ treibt das Motorshield auch zwei bi- oder Un id i rekt iona le Schr ittmotoren an .
Standard mäßig l iefert der USB-Port e ines PC d ie nötige Spannung für d ie Motoren. Benötigt man mehr a l s 5 Volt und 500 mA, so lässt s ich e ine externe Spannungsversorgu ng (4,5 bis 25 V) ansch l ießen. Um versch iedene Zeichenmuster des Lasers zu erha lten, lohnt es s ich, n icht nur das Programm a uf dem Ardu ino zu verändern, sondern auch die externe Spannung zu vari ieren.
Galvanometer Die Sch ·b 1 re1 - Leseköpf d den von Linearmotoren
\ er Festplatten wer-Platte positioniert I � er der rotierenden dabei um sogenannt � /runde handelt es sich auch in brehspui-M
e .a vanometer, wie sie Einsatz kommen E ' es�nstrumenten zum zwischen zwei
p . lne rehbare Spule ist F/ . ß ermanentma t le t ein Strom d h d ' gne en verbaut ein Magnetfeld d urc . le Spule, entsteht
. seiwirkt und zu
,ei�s �t den Magneten wechführt. Je höher de��t
ewegung oder Rotation Kraft und somit die w· r�m, desto größer die
Le t . ln elgeschwindigkeit g man eine Spann . Galvanometers an
·�J an die Spule des ohne Gegenkräft
, .wur e der Festplattenkopf f h e Immer an de A a ren. Dagegen wirken n nsch lag Lagerreibung die S
aber unter anderem zu/eitungen u�d dpannung der Fo/ien-
h ' d an ere Kräft z d 1n ert ein sehne// U e. u em Ver-richtung, dass die �� f
mschalten der Strom-sehen Begrenzungenora�r���en die mechani-
6 Mit dem Schraubend reher wi rd der obere Ha lter des Magneten angehoben und abgenommen. Achtung: Wenn man n icht aufpasst, kann man s i ch die F i nger e inklemmen.
7 Zum Festhalten der Köpfe i n der Parkposit ion ist i n den meisten Festplatten ein zusätz l icher Magnet verbaut. Wei l der bei der Aus lenkung der Ga lvanometer stört, sol lte man i hn mit e iner Zange entfernen.
8 Ist der Parkmagnet entfernt, setzt man den oberen Magnethalter wieder auf. Obacht: Erneut sind F inger und F ingernägel i n Gefah r.
9 Die Zule itungen der Spu le des Ga lvanometers s ind auf d ie P lat ine gefüh rt. Sie fi nden s ich auch auf der Leiste zum Ansch luss der Steuerelektron ik. Wo man d ie Zu leitungen an lötet, ist im Pr inz ip ega l, sie dü rfen nu r die Bewegl ichkeit n icht e inschränken .
1 0 Wer mag, kan n e inen Tei l des Festplattengehäuses mit e iner Bügelsäge absägen . Da das HDD-Gehäuse aus weichem A lum in ium i st, sol lte das i n zehn M inuten erled igt sei n .
1 1 An der Sägekante entsteht i n der Regel e in scharfer Grat. E ine Fei le (H ieb 1 ) entfernt ihn .
1 2 Auf den Aus leger klebt man mit Superkleber eine Unter legscheibe über die Achse. Durch die Erhöhung schleift der im nächsten Schritt besch riebene Spiegel n icht auf der Achse und bremst den Antrieb n icht aus.
� 3 . Auf die Unterlegscheibe wird et � Minispiegel geklebt. Den zweiten Sptegel klebt man senkrecht auf d
�nter.en
.Spiegel. Die Richtung ist d
eanbei
1m Pnnzt p egal.
TI PP Bei der Anordnu
Galvanomet . ng der
T er ISt Geduld
ragen einer S h und das
Der erste Spie;elutzbrille erforderlich.
den zweiten S . muss den Strahl auf
S piegel lenk d
trah l möglichst an . en, er den
d ie Wand lenkt Dadte
. �ecke oder
wieder ein Vers h' bet tst immer
in der Regel c teben erforderlich
muss ma d' '
der Galvanom n te Position
H eter auch no h .
öhe variieren D c tn der
einfach 8 .. h . azu legt man
uc er oder z · . verschied .
ettsch nften in enen Dtcken unter.
Ansteuerung mit Arduino Die Steueru ng der Galvanometer kan n
ein Ardu ino mit e inem Motorshield von
Adafruit übernehmen . Ein Motor kommt
an d ie Klemme M 1 , der a ndere an die
Klemme M2. E ine externe Stromversor
gung benötigt man für erste Versuche
n icht, die Versorgung über den USB-Port
des PC gen ügt. Mit folgendem Code fah
ren Spiegel theoretisch ein Rechteck ab.
#include <AfMotor.h>
Af _DCMotor motor2(2,MOTOR1 2_64KHZ);
AF _DCMotor motor1 (1 ,MOTOR1 2_64KHZ) ;
void setup() { motor1 .run(FORWARD);
motor2.run(FORWARD);
) void loop() {
motorl .setSpeed(1 0) ;
delay(1 0) ;
motor2.setSpeed(20) ;
delay (10);
motor1 .setSpeed(1 ) ;
delay(10);
motor2.set5peed(1 );
delay(10) ;
Weil die Ansteuerung ohne Rückkopp
lung der echten Position erfolgt, die
Motoren und der Ausleger eine gewisse
Trägheit besitzen, wird daraus eine El l ip
se oder ein Kreis auf der Wand oder der
Decke. Mit e iner Regelung l ießen sich die
Pun kte genauer anfahren . Dazu müsste
ein zusätzlicher Sensor die Auslen kung
erfassen . Schreiben Sie uns Ihre Ideen für
eine Rezeptur an [email protected]
1 4 Ein Arduino mit Motorshield steuert die Galvanometer an D'
.
1 • te em-
ze nen Galvos müssen so platziert werden, das� der erste Motor den Strahl auf den zwetten umleiten kann. Der zweite Mo
.tor lenkt den Strahl dann beispiels
weise an die Decke.
1 5 Der Verstä rker i n e inem ausgeschlachteten Aktiv-Boxen-Set fü r den PC eignet s ich ebenfa l l s pr ima fü r Experimente mit den Galvanometern: Jedes schaltet man para l le l an d ie Lautsprecher an. Schl ießt man ihn an d ie Soundka rte, wacke ln d ie Motoren im Takt abgespie lter Mus ik.
Making Things Wearable
O'REILLY® www. o r e i l l y. d e
� �
Zeitaufwand:
1 Stunde
Kosten:
5 Euro
� Löten: � ei nfache Löta rbeiten
Messgeräte:
Multimeter
Feinwerkzeug:
kleine Schrau bendreher fü r Torx 9 oder 8, Kneifzange
1 Wie die meisten Festplattenhacks beginnt a uch dieser Umbau mit dem Öffnen des Gehäuses, was die Festplatte als Datenspeicher u nbrauchbar macht. Die Schrauben sind typischerweise Torx G röße 9 oder 8. Regu läre Festplatten s ind aufgrund der größeren Magnetscheiben besser geeignet a l s Notebock- oder Serverplatten mit kleinen Scheiben.
Gehäuse verb le iben müssen n u r die Magnetscheiben, der Kopf samt Lager, die beiden großen Magnete (Vors icht: Quetschgefah r!) u nd gegebenenfa l l s das Fo l ienkabel zum Kopf.
3 Der schwierigste Tei l i st das Aufspüren der beiden Kontakte fü r die Posit ionierungsspule, die im Magnetfeld schwebt und mit dessen H i lfe den Kopf bewegt. ln den meisten Geräten s ind die Leitungen auf dem Fol ienkabel an den deut l ich breiteren Leitungen zu erkennen. Schon beim An legen einer klei nen Spannung an den r ichtigen Kontakten zuckt der Kopf.
Materia\ - 3 5-Zoi i -Festplatte
K'l. elanlage mit
- 1 ng
SV-Wechsel strom .
_ Kl i ngeldraht
- Bl umendraht, Durch
messer 1 bis 2 mm
- Schaumstoff - oder
Gummi reste
6 Wem der laute, schnarrende Klang der rei nen Kopfbewegung n icht genehm ist und wer wie Georg Zimmermann feinmechan isch begabt ist, kann mit einem Schwingarm aus Blumendraht experimentieren. Dieser muss zunächst s icher am Kopf befestigt werden, etwa mit H i lfe der Fixierungsschraube in der Kopfachse. ln diesem Fa l l sol lte man den Kopfanschlag mit Schaumstoff dämpfen, um das Schna rren le iser zu machen.
4 Schl ießen Sie die Kl i nge l leitung nun an die Kontakte an. Wen n mögl ich sol l ten Sie das Fo l ienkabel angeschlossen lassen und den herausgefü h rten Stecker verwenden . Wen n Sie die Kl i ngel le itung di rekt an den Kopf löten, besteht aufgrund der heftigen Kopfbewegung erhöhte Gefah r fü r e inen Kabelbruch .
7 Das Problem i s t nun, den Draht so zu biegen und zu befestigen, dass er die Kopfbewegung para l le l zur Magnetscheibe in e ine Bewegung senkrecht dazu umsetzt. Die gezeigte Zweipun ktbefestigung von Georg Z immerman n erzeugt e inen scheppernden Kl ingelton, i ndem der s ich durchbiegende Draht gegen die noch eingespan nte Magnetscheibe trommelt.
5 Nun ist es Zeit fü r den ersten Test. Beim An legen der Wechselspannung sol lte der Kopf mit e inem lauten Schnarren h in und her schwingen. Vors icht: An den scha rfen Kanten besteht Verletzungsgefahr. Entfernen Sie a l le Tei le, die die freie Kopfbewegung beh indern, und däm pfen Sie gegebenenfa l l s die Kopfbewegung an der Spule mit Schaumstoff oder Gummi .
8 Um e inen hel len Klingelton zu erzeugen, müssen Sie die Magnetscheiben ausbauen, eine Scheibe am Rand anbohren und am Gehäuserand verschrauben. Verwenden Sie etwas Gummi, um die Verbindung zwischen Scheibe und Gehäuse zu entkoppeln, sodass die Scheibe klangvol ler schwingen kann. Eine brauchbare Drahtbiegung und Position der Gummidämpfung (schwarz) hat Zimmermann im obigen B i ld dokumentiert. (er) �t
40 I c't Hacks 3/20 1 2
Andreas Neuzner, Christia ne Rütten
-
Alt-Festp l atte sp ie lt Photonenseparator
Quantencomputer n utzen die sonderbaren physika lischen Eigenschaften gekoppelter Teilchen (Qubits), um Algorithmen mit bah n brechender
Geschwindigkeit a bzuarbeiten. Ausgerech net eine Festplatte aus dem Elektrosch rott h i lft einem Forscher-Team, Photonen, die Qubit
lnformation tragen, effektiv und g ü nstig örtlich zu trennen.
Ana log zu einem klass ischen Computer benötigt man zur Konstruktion eines Quantencom
puter stationä re Qubits, d ie Informationen zur Bea rbeitung speichern. Diese werden du rch bewegl iche Qubits untereinander vernetzt Ein klass ischer Arbeitsspeicher repräsentiert seine E insen und Nu l-
fi len etwa d u rch d ie An- oder Abwesenheit einer e lektr ischen Lad ung in einem Su bstrat. Quantencomputer arbeiten beisp ie lsweise mit neutra len Atomen, d ie in einer aus Laser l icht bestehenden Fa l le gefangen werden und die Information i m Spin des Atom kerns speichern. Dieser n immt bei einer Messung wie ein klassisches B it entweder den Zustand .. u p" oder . . down" an, doch ohne Messung kann das Qubit auch in einem Su perposit ionszustand mit be l ieb igen Be im isch ungen von .. up" und .. down" existieren. Der Zustand eines ungemessenen Qu bits lässt s ich daher a l s Wah rscheinl i chkeit besch rei ben, bei einer künftigen Messung den einen oder anderen Zustand zu erha lten.
Zum Aufbau eines Quantencomputers müssen jedoch nicht nu r e inzelne Qubits zu Registern verbunden werden, sondern auch Register und ganze Quantencomputer untereinander, und zwar ohne eine Messung du rchzufüh ren, d ie dem fragi len unbekannten Ü berlagerungszustand ein Ende bereiten würden. Für den Austausch eignen sich Photonen, d ie einen Qubit-Zustand in i h rer Pola risation kod ieren und transportieren können.
Forscher vom Max-Pianck-lnstitut fü r Quantenoptik (MPQ) in Gareh ing haben fü r d iesen Tei l des Puzz les j üngst einen Mei lenstein erreicht. A l s Qu bit-Speicher verwendeten s ie e inze lne Ru bid iumatome, d ie mit H i l fe e iner aus Laser l icht gebi l deten sogenannten optischen Pinzette zwischen zwei hoch reflekt ie renden Spiegeln festgeha lten werden. Der aus den Spiegeln gebi ldete optische Resonator verstärkt d ie Wechselwi rkung zwischen Atomen und Photonen. Photonen best immter Wel l enlänge können so in eine genau definierte Richtung ausgesendet werden. Die Emission eines Photons erfolgt auf Knopfd ruck und der verwendete Prozess er la u bt es, d ie E igenschaften des erzeugten Photons maßzuschneidern.
Schon vor fast fünf Jahren gelang es der Gruppe, eine Schnittste l le zwischen Einzelatom und E inzelphoton zu bauen, doch nun haben d ie Forscher um Stephan Ritter und Gerhard Rempe einen weiteren großen Sch ritt geschafft: S ie konnten zwei Atomresonatorsysteme, die sich in getrennten Laborräumen· befanden, ü ber E inzelphotonen, d ie e ine 60 Meter lange G lasfaser d u rch l i efen, m iteinander zu einem elementaren Quantennetzwerk verbinden (Nature, Bd. 484, S . 1 95} .
ln e inem ersten Versuch ü bertrugen d ie Forscher den Quantenzustand des einen Quel l-Atoms auf d ie Polar isation eines ausgesendeten Photons. Dieses Photon fl itzte du rch d ie Glasfaser zum ZielAtom, das es absorbierte. Ana log zum Versenden von Information in einem klass ischen Netzwerk wurde somit ein Qubit von einem Quantenspeicher auf einen anderen ü bertragen - und das auf u m keh rbare Weise. D ie Herausforderung ist je-
Zwei Rubidiumatome in optischen Resonatoren dienen als QubitSpeicher und bi lden die ersten beiden Knotenpunkte eines Quantennetzwerks, zwischen denen einzelne Photonen kohärent Quanteninformation übermitteln.
Die perforierte Festplatte rotiert so schnell, dass deren
reflektierende Scheibe zwei unmittelbar aufeinander
folgende Photonen separiert.
doch, dass das Quel l-Atom du rch die Übertragung seinen Zustand verl iert. ln der Quantenweit gibt es keinen klassischen Kopiervorgang. ln einem zweiten Versuch konnten d ie Forscher d ie beiden Rubid i u matome ebenfa l l s d u rch den Austausch eines Photons fü r die Dauer von 1 00 Mikrosekunden miteinander versch ränken. S ie stel l ten damit einen neuen Rekord bei der Versch ränkung massiver Quantenobjekte auf.
Mach flott den Schrott
Ein wichtiger Baustein des Exper iments ist ku rioserweise eine a lte Festplatte. Benötigt wu rde ein Verfah ren, den Lichtweg so u mzuscha lten, dass zwei nacheinander erzeugte Photonen mit hoher Effizienz zu versch iedenen Zielen gefüh rt werden können. Das Problem wird dadurch komp l iz iert, dass beide Photonen nu r wenige M ikrosekunden nacheinander aus dersel ben G lasfaser kommen und das Umscha lten daher entsprechend schnel l e rfo lgen muss . Darüber h inaus muss der Scha lter unbed ingt die Pola r isat ion des L ichtes, mit dem Quanteninformation befördert wird, unverändert lassen. Schaltverfah ren mit e lektrooptischen Krista l len sind zwar schne l l genug, werden durch d iese Bed ingungen aber ausgesch lossen.
c't Hacks 3/20 1 2 1 41
Gelöst hat das Problem e ine handelsübl iche Schl itzen u nd wurde dort i nnerha lb e i nes Sekun-Festplatte aus dem E lektrosch rott Die I n st ituts- denbruchte i l s zu Staub zersch l iffen . Daraufh i n be-werkstatt fräste am Rand e ine Reihe von Schl i tzen stand die Festplatte i h ren Power-U p-Selbsttest of-i n die Magnetplatte und die ohneh in schon sehr fens icht l i ch n icht mehr u nd weigerte s ich zu glatte Oberfläche wurde zur Erhöhung der Reflek- drehen . tivität vergoldet. Be i 7200 U/m in bewegt s i ch der Die Ga reh i nger haben da n n da ma l s versch ie-Rand einer 3,5"-Festplatte mit 1 20 km/h. Ein erstes dene Ansätze verfolgt, etwa mi t e iner se lbstent-Photon passiert n u n die Scheibe durch e inen der wicke lten Motortreibere lekt ro n i k. Zum a nderen Schl itze. E in e in ige wen ige Mikrosekunden später kon nte ein Konta kt mit dem F i rmware-Entwick ler fo lgendes Photon wird h ingegen an der Oberflä- des Festplatten herste l lers hergeste l l t werden, der ehe des Steges zwischen zwei Schl itzen reflektiert, angeboten hatte, e ine F i rmwa re zu sch reiben, die der sich i n der Zwischenzeit i n den Strah l gedreht n ichts a nderes macht, a ls den Motor zu drehen . hat. Dieser Umschaltvorgang passiert 5000-mal pro Mehr zum Thema Quanten- Letztendl ich fand s ich jedoch eine wesent l ich Sekunde. Die enorme mechan i sche Stabi l ität u nd computer fi nden Sie on l i ne e infachere Lösu ng. l n dem verwendeten Typ Fest-Oberflächenqua l ität selbst handelsübl icher Fest- u nter www.heise.de/thema/ p latte war eine techn isch sehr a usgefei lte Trans-p latten füh rt dazu, dass der reflekt ierte Strah l geo- Quantencomputer. ports i cherung des Lesekopf-Armes e ingeba ut -metrisch sehr stabi l ist und ohne große Ver luste i n e i n du r ch Wi rbe l ströme m i tgezogener Magnet, e ine Glasfaser e ingekoppelt werden kann , die ihn ":::J:I:===========-t- der verh indert, dass s ich der Arm i m ausgescha l -zum Ziel fü h rt. Die Ausbeute des Experiments teten Zustand bewegen kan n . E rst wen n die P lat-wurde im Vergle ich zu vorherigen Aufbauten te auf Tou ren ist u nd der Magnet die S icherung durch die Festplatte um einen Faktor fünf erhöht. freigibt, ka n n sich der Arm bewegen . Ein Tröpf-
E in k le ines H i ndern is a uf dem Weg zum Fest- chen Seku nden k leber wi rkte Wu nder . . . Die S i -platten photonenseparator gab es a l lerdings noch cherung war damit permanent fix iert u nd der Arm zu überwinden: Die Motorsteuerung der F i rmware, kan n s ich n icht mehr aus se iner Ruheposit ion fort-die in modernen P latten den Motor ausste l l t oder bewegen . Die Festplatte sta rtet, fi ndet den Lese-ga r n icht erst anfäh rt, wen n etwas im Gerät fau l i st. kopf u nd begin nt die Scheibe zu drehen, um den ln i h rem ersten Versuch hatten die Gareh i nger For- Arm freizugeben . I st sie e i nma l auf Tou ren, merkt scher dem Lesekopf keine Beachtung geschenkt. s ie zwar, dass s ie den Arm n icht bewegen kan n, Beim ersten Anscha lten fu h r der Kopf e inma l radi- u nd gibt sch l ieß l i ch auf, aber scha ltet den Motor a l nach außen, kam in die Zone mit den gefrästen n icht mehr ab. (er)
�-----------------•------------------�
Der Photonenseparator Von l i nks ragen die Lichtwel len leiter i n s Bi ld, die die Photonen zu r Scheibe u nd die Reflektierten wieder abfüh ren . Die beiden runden Substrate, die in e inem Winkel von 45 Grad vor den Fasern montiert s ind, sind dielektrische Spiegel . Obwohl sie im sichtbaren Bereich transpa rent s ind, reflektieren s ie mit über 99,9 Prozent das L icht im relevanten Wel len längenbereich um 780 nm (nahes I nfrarot) nahezu perfekt. Die Spiegel lenken die Lichtstrah len der beiden Fasern etwas versetzt durch dieselbe L inse zwischen Spiegel u nd P latte, so dass s ie auf den selben Punkt fokussiert werden . Die J ustage des Fokuspunktes auf die verspiegelte Oberfläche der Scheibe erfolgt mit den M ikrometersch rauben vorne u nd rechts am Tisch.
Die Scheibe dreht s ich mit 7200 U/min , was zu e iner Umfangsgeschwindigkeit von etwa 1 20 km/h füh rt. Die Stege s ind 0,2 m m breit, fah ren a lso bei d ieser Geschwindigkeit i nnerhalb von 6 IJS durch den Strah l . D ie Scha ltzeit von
"Licht wird transmittiert" zu "Licht wird vol l ständig reflektiert" ergibt s ich aus dem Strah ldu.rch messer.
42 1 c't Hacks 3/201 2
Die optische Pinzette ln der Mitte der Apparatur befindet s ich e in U ltrahochvakuumgefä ß mit dem optischen Resonator. Das gefangene Rubid iu matom i st du rch Fenster a n a l len Seiten optisch zugäng l ich und der Zugriff auf das Atom erfolgt über d ie sternförmig außen herum a ngeordneten Optiken. I m B i ld auf der Achse von h i nten l i n ks nach vorne rechts verlaufend l i egen d ie bei-
Reflexivität E i n e Messung d e r Reflexions-Effizienz d e r e inzel nen Stege: Aufgetragen ist im Zeitverlauf der Bruchte i l des Lichts, den d ie Oberfläche der Festplatte aus der e inen Faser kommend i n d ie andere Faser reflektiert. Es i st zu erkennen, dass s ich d ie e inzelnen Stege in i h rer lä nge u nterscheiden. Die Zeitd ifferenz beträgt bis zu einer Mikroseku nde. U mgerech net auf d ie Umlaufgeschwi ndigkeit von rund 1 20 km/h bedeutet d ies, dass die Steg längen e ine Fert igungstoleranz von rund 30 Mikrometern aufweisen.
� 0.8 :� 0.7 ... � 0.6 ...
i 0.5 � 0.4 0.3 0.2 0.1
den Spiegel im Vakuu m, d ie den optischen Resonator bi lden. Entlang d ieser Achse verlassen auch d ie Photonen, d ie von dem Atom erzeugt werden, die Apparatur nach h inten. Die Festplatte stand in einem hier n icht gezeigten Tei l des Experiments, in dem Photonen von zwei solchen Apparaturen detektiert und gescha ltet wurden.
nach einem Aus- und Wiedere inbau hörbar lauter l ief. Tatsächlich zeigte sich daraufh in in der maximalen Reflexions-Effizienz eine Schwankung von 1 20 Hz, denn eine 7200rpm-Festplatte d reht s ich genau 1 20-mal pro Sekunde. ct
Die maxi male Kopplungseffizienz von 70 Prozent wird durch d ie E inkopplung i n d ie zweite Faser l im itiert und nicht du rch d ie Reflexion an der Oberfläche. Dass a l le Stege d ie gle iche maximale Kopplungseffizienz erreichen, ist ein e ind rucksvol ler Beweis der mecha n i schen Güte der Magnetscheibe. Würde die Oberfläche auch nur ein bisschen wacke ln oder eiern, hätten sich stark u ntersch ied l iche Spitzenwerte ergeben. E in solches Eiern zeigte s ich bei e inem früheren Model l , dessen Magnetscheibe
0 --·:::....Jc.....__ __ _j__ __ ---'... _ ____.:: --·-0 4 6 8 10
Zeit [ps)
c't Hacks 3/20 1 2 1 43
Kapazitätsmessung Beim Wechsel des Kapazi
tätsmessbereichs muss man d ie Anzeige auf N ull
justieren.
Transistortester Er ermittelt den Verstärku ngsfaktor für
NPN- und PN P-Trans istoren.
H O LD-Taste Messwerte lassen s ich damit auf der Anzeige
ei nfrieren.
•
SCANBYBLAC KBURNER 2012
Georg Zim merma n n
Bei beiden c't-Bastelwettbewerben "Mach flott den Schrott" hat Georg Zim merma n n Preise a bgeräumt. Auch sonst hat der Osnabrücker System
admin istrator viele schlaue Ideen, doch ka um jemand erfä h rt davon. Der findige Bastler gewä h rte uns e inen E inbl ick i n se ine a nderen Projekte.
• Georg Zimmermann - Bastler, Erfinder und Heimarbeiter
G eorg Zimmermann greift nach seiner neuesten Er
findung. ,.Da ist das Tei l . Ist doch super, nicht wahr?", fragt
er nach Bestätigung suchend. l n den Händen hä l t er e in schickes
Br i l lengeste l l aus n ickelfreiem Stah l . E ine Eigenkonstruktion, wie so
vieles, was sich i n seiner Wohnung befindet. ,.Dafür habe ich Draht verwendet,
aus dem man Zahnspangen macht", erklärt Georg Z immermann . Den Draht hat er i n einem Denta l labor bestel lt, G läser und Nasenpolster stammen vom Optiker.
,.Es wa r e ine Herausforderung, die Scharn ie re aus dem harten Materia l passgenau h i nzu bekommen", sagt er mit Begeisterung. D ie Bri l l e ste l l t e ine Besonderheit da r, sch l ieß l ich ist er sonst im Bereich der E lektron i k zu Hause: Aus elektron ischen Kleintei len baut er Ti:;ch lampen, e ine Alum in ium-LuftBatterie, e inen Oszi l l oskop-Fernseher mit sechs Trans i storen, d i m m ba re Decken lampen mit Kaltkathoden-Röhren, e ine Festp latten-Türkl inge l (Seite 38), e ine KurbelTaschen lampe oder einen Laser-Pointer-TV.
Oie dimmbare Deckenlampe sorgt mit Kaltkathoden-Röhren für angenehmes Licht im Wohnzimmer.
c't Hacks 3/20 1 2 I 4 7
Die einfach ste Lösung
"Für eine e lektronische Fragestel lung kann ich mehrere Lösungen finden. Mich interessiert jedoch d ie einfachste, denn auf d iese Weise kommt das Prinzip zum Vorschein", ph i losophiert Georg Z im mermann. Daher versucht er stets, mit einem Minimum an Bautei len auszukommen. Er möchte mit seiner Arbeit anregen und den Aha-Effekt aus lösen. "An meinen Projekten kann man immer das Prinzip erkennen und nachvol lz iehen, sie sind Leh rstücke", erklärt er. Es geht ihm nicht darum, Dinge serienfertig und massentaug l ich zu machen. Vie lmehr bezeichnet er das, was er macht, als Kunst.
Georg Z immermann hat g raue ha lb lange Haare, trägt eine runde Br i l le, d ie seine funkelnden blauen Augen g roß erscheinen lassen. Während er über seine Arbeit redet,
legt er se ine Hände kurz auf der P last iktischdecke ab, ehe er s ich durch d ie Ba rtstoppeln fä h rt und seine Fingerspitzen gegen d ie Sti rn presst. Auf seinem Stuh l rutscht er auf und ab, auch se ine Augen stehen se lten sti l l . Sie tasten fragend, neugier ig und überprüfend d ie Umgebung ab. Dabei fä l lt ihm ein weiteres seiner Projekte ins Auge, d ie Kurbel-Taschenlampe: Aus dem Motor se ines a lten 5-1 /4-Zoi i -D iskettenlaufwerkes, einer aufgesägten Batterie, einer F i l mdose und Verpackungskunststoff entstand eine vom Stromnetz und von Batterien una bhäng ige Taschenlampe. "Man kurbelt 20 b is 40 Sekunden und erhält fü r viele Minuten recht he l les L icht", sagt er. Mit der Taschenlampe hat er 2005 den zweiten P latz bei "Mach flott den Sch rott"
gewonnen. "Berufsschul lehrer, Pfadfinder, beschützende Werkstätten und viele Bastler haben d ie Baupläne angefordert", freut sich der E rfinder.
Netzwerkadministrator der ersten Stunde
Die fü r seine Bastele ien benötigte Fingerfert ig keit hat der gebürt ige Kö lner schon früh er langt. I m Alter von 1 7 Jahren ist er nach Vechta gezogen. Dort hat er eine Ausbi ldung a l s Orthopädiemechaniker absolviert und wurde von der Handwerkskam mer als Jah rgangsbester ausgezeichnet. Jedoch hat ihm das Arbeitsk l ima nicht gefa l len, zu rau ist es i h m in der Werkstatt zugegangen. Da her hat er s ich Ende der achtziger Jahre fü r ein Biolog ie-Stud ium an der Universität Osna brück entsch ieden. Das Stud ium hat er abgeschlossen und danach einen H i lfsjob begonnen und geholfen, ein Rechenzentrum zu errichten. "Dama ls gab es noch nicht viele Com puter. Doch ich wa r dabei, als in der Uni das erste Netzwerk entstanden i st. I ch habe nachts
Leitu ngen verlegt, tagsü ber e inen Großrechner mit Termina l s ei ngerichtet u nd ansch l ießend das Netzwerk betreut", erinnert er s ich .
Er arbeitet noch immer an der Un iversität Osnabrück, m ittlerwei le i n Festanste l l ung. Aber i n seiner Freizeit ist er E lektron iker und Feinmechaniker . Für se ine Pass ion braucht man n icht nu r Geschick, sondern auch Neugier, Erfi ndergeist und Biss . .. Man da rf s ich n icht entmutigen lassen. Es kann Jahre dauern, Probleme auf me ine Art zu lösen", sagt er. Die notwendigen Materia l ien bezieht er größtentei ls aus dem E lektron i k-Abfa l l der Un iversität. Viele kleine noch funktionierende Bautei le können fü r i hn brauchbar sei n .
.. Heutzutage denken viele, etwas ist kaputt, a lso werfe ich es weg. Man erkennt keinen Wert mehr i n den Dingen . Ich möchte e inen Mental itätswechsel bewirken", erklärt er. Schon a ls Ki nd hat er so gedacht. E r füh l te sich von b l itzenden und b l i n kenden Gegenständen angezogen . .. Mein Vater hat mich deswegen Krä he genannt", sagt er und lacht scha l lend. Er hat stunden l ang auf dem Sch rottplatz gesessen u nd elektron ische Gegenstände auseinandergebaut .. Ich wol lte wissen, wie es da r in aussieht. Oft waren die
Geräte ga r n icht kaputt, vieles kon nte repariert werden", er innert er sich. Früher wol lte er e inen Fernseher repa r ieren kön nen, heutzutage baut er ihn selber. Doch anders, a l s man s ie ken nt. So einfach und prim itiv wie mögl ich.
Mit seinem Laser-Pointer-Fernseher erlangte er 201 1 sogar den zweiten Platz bei
"Mach flott den Schrott". Das Gerät besteht unter a nderem aus e iner selbst gebauten Spiegeltrommel, einem HexagonspiegelMotor aus einer Laserdruckereinheit, e inem Sch rittmotor aus e inem Drucker, e inem Laser-Pointer und etwas diskreter E lektron ik. Der Laserstrah l erzeugt das Bi ld, i ndem er mit der Hel l igkeitsinformation aus dem Videosignal modu l iert und durch bewegte Spiegel vert ikal und horizonta l abgelenkt wi rd. Das Bi ld entsteht dann auf einer Diffusionsfol ie aus einem Notebook-Display. Das Prinzip i st vergleichbar mit der Bi lderzeugung be im Röhrenfernseher. Das bewegte Bi ld gibt es im Video auf der Heft-DVD zu bestau nen. Die Vers ion auf YouTube hat bis lang über 40 000 Kl icks erreicht.
Mitt lerwei le hat er e ine neue Vers ion entwickelt. D iese fu n kt ion iert n icht mehr
mit rotierenden, sondern mit h in- u nd zurückschwingenden Spiege ln . A ls Vert ika lab lenku ng a rbeitet der Sch reib/Lesekopf einer ausrangierten Festplatte. Die Horizonta lab lenkung übern immt ein selbst gebauter Torsionsfeder-Spiegel, der e lektromagnetisch abgelenkt wi rd. Das dazu benötigte Signa lformat wi rd auf e inem PC mit dem Progra m m AVISynth aufbereitet u nd am Videoausgang ausgegeben. Z immermanns großer Traum i s t es, diese Version a l s Bausatz fü r den Schu l unterricht herzuste l len .
Lang lebe das Chaos
Diese Arbeiten entstehen in der Regel i n se inem Wohnz immer. Dort stehen e ine rust ika le E ichenschra n kwand, e i n großer Röhrenfernseher und e ine Couch. Daneben befi ndet s ich e in k le iner Schreibtisch samt Rechner. Drum heru m fi ndet s ich a l ler le i Kl imb im : e ine üppige VHS- und DVD-Sammlung, viele a lte Tri n k- u nd Reagenzgläser, Mode l l autos, Sp ie lzeugraumschiffe, meh rere U h ren . Auf de r anderen Seite des Rau mes steht Georg Z immer-
manns Arbeitsplatz: e in l anggezogener T isch, da h i nter e i n Rega l mit u nzäh l igen Werkzeugen u nd besch rifteten Sch ubladen mit Werkzeugen u nd Baute i len .
Man kön nte meinen , h ier regiert das Chaos, doch a l les hat sei nen P latz u nd seine Berechtigung, n ichts steht h ier zufä l l ig. Auch das rund zeh n Quadratmeter große Studio nebenan i st vol lgestopft mit Gegenständen u nd gleicht einem E lektron i kmuseum: Atari-Computer, diverse Kassetten laufwerke und Bi ldsch i rme, ein Keyboa rd, e in P lattenspie ler, e in Sampler, e in Röh renfernseher, Boxen u nd e in M ischpu lt. Aus diesem Raum holt er e ine weitere p rämie rte Arbeit, die Festplatten-Tü rk l i nge l . Mit der erreichte er 201 1 im c'tWettbewerb den vierten P latz.
Chaos? Von wegen! Georg Zimmermann weiß genau, wo was zu finden ist.
Arbeit im Verborgenen
"Der ideel le Wert steht bei mir über a l lem. Aber es wäre schon to l l , wenn i ch m i t meinen Projekten Geld verdienen könnte", sagt der gesprächige Bastler, dem es Freude macht, über sich und sei ne Arbeit zu berichten. Endl ich Öffentl ichkeit, end l ich Kenntnisnahme seiner Ideen und Projekte. An der fehlt es nämlich. Denn so genia l seine Ideen auch s ind: Nur wenige erfah ren davon.
"E igent l ich müsste ich eine Webseite bauen, doch das schiebe ich seit Jahren vor mir her", sagt er. Nu r seine Freunde und ein ige Kol legen an der Uni sehen seine Arbeiten . Die g rößte Öffentl ichkeit bieten ihm daher Wettbewerbe wie "Mach flott den Schrott".
Stets an seiner Seite ist se ine Lebensgefäh rt in Karen Bernhard, d ie er an der Un iversität Osnabrück ken nengelernt hat. Die beiden leben in der überschaubaren Dreiz im merwohnung zusammen. "Karen hä l t viel mit m i r aus und ist e ine g roße U nterstützung", sagt er mit ernstem Ton in der Stim me. Denn Georg Zimmerman n ist nachtaktiv. Da nn schle icht er während der Arbeit a n seinen Bastele ien d u rch d ie Wohn u ng und versucht, mög l ichst leise zu sein, u m niemanden aufzuwecken . "Schon a ls Ki nd war ich e in Nacht-mensch und musste immer ins Bett gezwungen werden. Nachts habe ich ha lt d ie besten Ideen", ste l l t er fest. Erst zwischen fü nf und sechs Uh r morgens geh t er i n s Bett, um s ich mit e in paar Stu nden Schlaf fü r se inen Job a l s Systemadmin i strator zu erholen. Der ist se in Broterwerb, doch seine Leidenschaft s ind die heimischen Projekte. (er) �t
Mikrocontrol ler
Da niel Bachfeld
e l c h e s a ntra l l e rB o a r p a s st?
Die Fü l le der mittlerwei le erhältl ichen
Controller-Boards in verschiedenen Leistungs
und Preisklassen erleichtert die Umsetzung eigener Projekte. Da nicht
jedes Board für jede Anwendung geeig net ist,
geben wir hier einen umfassenden Überbl ick. )
D ie Qua l der Wah l : Ardu i no, G n u bl i n , mbed oder Raspberry P i ? Geht es
etwa nur darum, e inen Temperatu rsensor abzufragen und d ie Daten auf e inem LCDisplay anzuzeigen, reicht ein Contro l le rBoa rd mit Atmei-Prozessor wie bei Ard uino . So l len d ie Daten jedoch etwa ü bers Netz an einen PC ü bertragen werden, ist womög l ich e in ARM-Board mit LAN- oder WLAN-Sch n ittste l len die bessere Wah l (s iehe Pandaboard) . Aber auch d i e Vorken ntni sse des Anwenders spie len e ine Ro l le : N icht jeder, der s ich mit E lektron i k auskennt, besitzt genügend L inux-Wissen, um auf einem ARM-Boa rd eine Distri bution zu insta l l ieren und zu 'konfigu rieren .
i n der Regel wi l l man mit Contro l lerBoards i rgendetwas messen u nd/oder steuern. Im einfachsten Fa l l n utzt der Bastler dafü r einen Mikrocontro l ler, der den Programm- und Hauptspeicher bereits enthält und nur mit sehr wenigen zusätzl ichen externen Bautei len beschaltet werden muss. Die Peripherie für d ig itale und ana loge E inund Ausgänge ist praktischerweise ebenfa l l s schon eingebaut. Komplexere Controller haben zusätzl ich noch die Hardware und teilweise F i rmware fü r Kommun ikationsschn ittstel len wie USB, CAN und SP I i nte- ·
\ \
1
j
griert. Noch weiter fortgeschrittene Systeme sind für den Betrieb mit vol lwertigen oder Embedded-Betriebssystemen gedacht und ermög l ichen beispielsweise die Aufnahme und Verarbeitung von Bildern e in er Webcam. Solche Boards können dank Multitaski ng auch mehrere Anwendungen paralle l laufen lassen.
Al lerd i ngs verlässt man bei solchen Boa rds i n der Regel d ie Ebene des hardwarenahen Prog rammierens und begibt s ich auf e ine abstraktere Ebene. Wäh rend be i Atmei-Mikrocontro l lern der e i nfache Zugriff auf e inen Ausgang über das Setzen eines Bits i n e inem d i rekt adressierba ren Reg ister (etwa PORTB) erfo lgt, ist das unter L inux erhebl ich komp l izierter. Dort muss man d ie Steuerung ü ber Zugriffe auf das Dateisystem u nter /sys/c lass/gp io er ledigen oder umständ l ich per Pointer i n Speicherbereiche schreiben. Abgesehen von spezie l l en Echtzeitbetr iebssystemen wie VxWorks, QNX und weiteren lässt s ich mit Embedded-Li nux-Systemen kei ne zeitgenaue Steuerung der Ausgänge oder Erfassung von E ingangszuständen umsetzen . E in Mikrosekunden-genaues Timing von lnterrupts u nd Pulsbreiten ist kau m mögl ich . E in igen P lattformen feh len zudem be-
sti mmte Fähigkeiten wie d ie Ana log-Digita l -Wandlung . Solche F u n kt ionen lassen sich leicht über den 1 2C-Bus und externe ICs wie den 8-Kana i-AD-Wand ler MAXl 27 nachrüsten. Daher ist eine einfache I ntegration und Programmierung des Busses auf dem Control ler-Board wünschenswert.
Neben den Hardwa re-E igenschaften spielen die für die Boards verfügbaren Entwicklungstools und die Software-Bibl iotheken eine wichtige Rolle. Nichts ist lästiger, a ls jedes Mal im Code-Urschleim rumrühren zu müssen, um eine bestimmte Funktion zu in it ia l is ieren und zu nutzen. Anwendungen fü r kleinere Systeme ohne eigenes Betriebssystem muss man in der Regel auf einem externen PC prog rammieren. Auf ARM- und MI PS-Systeme mi t Betriebssystem kann man über Skriptsprachen oder mit i nsta l l ierten Compi lern auch onboard prog rammieren. Gerade bei Linux erspart dies das nervige Aufsetzen einer Cross-Compi l i ng-Toolcha in .
Im fo lgenden ste l l en w i r Contro l le rBoards i n versch iedenen Pre is reg ionen u n d -k lassen vor u n d wie m a n s ie programmieren ka n n . Damit sol lten Anwender einen ersten E i nd ruck bekommen, we lches Boa rd s ich fü r welchen E i n satzzweck e ignen kön nte.
Mit Ard u ino-Boards
Steckbrief Arduino Uno Mikrocontroller
Takt
Flash
RAM
Digitale 1/0 Analoge Eingänge
PWM
UART
Sonstige
Besonderheiten
ATmega328 (Atmel)
1 6 MHz
32 KByte
2 Kßyte
14 ( 1 0 Bit)
6 (5 V)
6
12(, SPI
Mi krocontroller Ü bersicht Control ler-Boards
RT3050 (M I PS, Ral ink)
320 MHz
8 MByte
32 MByte
1 4 (3,3 V)
2
12(, SPI
Besonderheiten WLAN
ch ipKIT Der Herste l ler Dig i lent i st auf den Ard u inoZug aufgesprungen und bietet mit se iner ch i pKIT-Reihe kom pati b le Entwickl u ngsBoards an - a l lerd ings mit wesentl ich le istungsfäh igerer Hardware. Das g rößte Mode l l MAX32 l i efert D ig i lent mit e inem 32-Bit-M I PS-Prozessor P IC32MX795F5 1 2L aus, der mit 80 MHz getaktet wi rd u n d 5 1 2 KByte F lash sowie 1 28 KByte RAM m itbr ingt. Damit lassen sich auch anspruchsvol le re P rog ra mme u msetzen . Zu r P rog ra mmierung bietet der Herste l ler die Entwickl u ngsumgebung .,M u lt ip latform Ardu ino compatib le IDE" zum Download an , d ie auf der orig ina len Ard u i no-I DE beruht. Darin kan n man neben den chi pKIT-Boards auch Ardu ino-Boards programmieren. Aufgrund der Kompatib i l ität sol l es ein Leichtes sein, bestehende Ard u ino-Projekte auf ch ipKITs u mziehen zu lassen: Sketch laden, neues Target wählen, übersetzen und auf das Board laden.
Steckbrief chipKIT MAX3 2
Mikrocontroller PIC32MX79SFS 1 2
(M I PS, Mikrochip)
Takt 80 MHz
Flash 5 1 2 Kßyte
RAM 1 28 Kßyte
Digitale 1/0 83 (3,3 V)
Analoge Eingänge 16 (10 Bit)
PWM 5
LAN USB 1 (OTG)
UART 4
Sonstige 12(, SPI, CAN
Besonderheiten mit Shields erweiterbar
Preis SO US-$
Neben der Softwa re-Kompat ib i l ität verheißt der Herste l ler auch die Kom patib i l i tät zu Ard u ino-Shie lds . Das Layout der Stecker le isten entspr icht weitgehend dem der Ard u i no-Boards. l n der Praxis fu n ktion ieren die Sh ie lds bezieh u n g sweise d ie dazugehör igen B ib l iotheken jedoch n u r selten a u f Anh ieb � u f d e m ch ipKIT. Bei m Übersetzen etwa der Sketches für e in Motorsh ie ld von Adafruit bemängelte der Compi ler d ie AVR-spezifischen Reg i ster, beim Versuch, ein Sketch fü r das USBHost-Shie lds zu kompi l ieren, scheiterte an u n bekan nten Bezeichnungen für d ie SP I Schn ittste l le . Das lässt s i ch zwar a l les m i t mehr oder m inder v ie l Aufwa n d geradebiegen, a l lerd ings nur von Anwendern, die knietief i m Thema stecken . Für Anfänger ist das Umsetzen von AVR-Feinheiten auf PIC32-Hardware kei n gangbarer Weg .
Digi lent hat i mmerh in v ie r auf d ie ch ipKITs zugeschne iderte Sh ie lds i m P rog ramm: ein 1/0-Shie ld mit LED, Taster, Tem peratursensor, Display u n d Tre ibertra nsistoren, e in WiFi-Shield, e in PmodShie ld zum Anschl uss zah l reicher SensorModule sowie e in Network-Sh ie ld für 55
US-Do l l a r. Der ch ipKIT hat Ethernet im P rinz ip zwa r schon a n Board, muss aber Schnittste l lentechn i sch mit Tra nsceiver und Buchse noch a ufgerüstet werden. Das lässt sich im Eigenbau auch fü r u nter zehn Euro erled igen.
Im Grunde haben d ie ch ipKIT-Boards d u rch d ie hohe Leistung und den akzeptablen P re is das Potenzia l zum Ardu ino-Ki l ler . Aufgrund der doch nicht hu ndertprozentigen Kom patib i l ität scheitert d ieses Vorhaben in der Praxis jedoch an vielen Ste l len . Nur wer viel mehr Rechen kraft benötigt, w i rd e inen ch ipKIT wä h len . Wen n jedoch d e r angekünd igte Ardu ino D u e mit 32-Bit-Cortex-M3-ARM den Ma rkt betritt, kön nte ch ipKIT ins H i ntertreffen geraten. Der Due sol l mit 96 MHz getaktet sein und 256 KByte F lashspeicher und 50 KByte RAM enthalten. 54 d ig ita le E in- und Ausgänge, 1 6 ana loge Eingänge ( 1 2 Bit) , fünf SP I -Busse, zwei 12C-Schn ittstel len und fünf UARTs lassen dann keine Wünsche mehr offen . Aber auch da ist d u rch den P lattformwechsel von AVR (8 Bit) zu ARM (32 Bit) frag l ich, ob sich die Kompatib i l ität gewäh rle isten lässt.
TIPP Hilfreiche Infos und
Hinweise zum An�ch\uss
von Ard uino-Shlelds
und weiterer Hardware
finden Sie im
chipKIT -Forum
www .chipkit.org/forum
Ü bersicht Control ler-Boards
TIPP Hat man beim Experi
mentieren die SO-Karte
einmal völlig vergurkt,
h" \ft das Gnome-Tool I .
gnublin-insta\ler, � �e
komponentenwelse
(Boot\oader Apex, Kerne\
2.6.33, Rootfs) wiederher
zuste\len.
Digitale 1/0 Analoge Eingänge
PWM
USB
LPC3 1 3 1 (ARM, NXP)
1 80 MHz
externe SO-Karte
32 MByte
3 (3,3 V)
3 ( 1 0 Bit)
1
12(, SP I
50 €
TIPP Um die vi rtuelle seriel le
Schnittstelle über USB
k.. en muss nutzen zu onn ' .
man unter Windows etnen
Treiber install ieren:
mbed .org/handbookl
Windows-serial
configuration
mbed Der mbed hat ersta u n l ich viele 1/0-Ports, die sich n icht n u r zum Ansteuern von Schaltu ngen eigenen, sondern für d ie Kom m u n i kation m it d iversen Bus-Systemen eigenen, darunter 12C, SPI und sogar der CAN-Bus. Als ei nziges Board im Feld hat das Board sogar einen Analogausgang. Es kommt i m DIL40-Format und passt für Experimente auf ein Breadboard . Dies benötigt man auch zum Nachrüsten von Ansch lüssen für Schn ittstel len. F ü r Ethernet muss man etwa noch selbst Tran sceiver und die RJ4S-Buchse a nschl ießen, d a n n steht e i n e m netzwerkfä higen Sensor nichts mehr im Weg.
Anders a ls bei den anderen ARM-Plattformen läuft auf dem m bed kei n eigenes Linux-Betriebssystem, da sei n ARM-Prozessor keine Speicherverwaltung hat. E in klassisches L inux erwartet d iese jedoch. Programme fü r m bed erstel lt man extern und lädt diese über die USB-Schnittstel le i n den F lash-Speicher. Das Praktische daran ist, dass der F lash-Speicher wie e in USB-Stick in das jewei l ige Betriebssystem eingebunden wird: Programme lassen sich im Dateimanager per Drag & Drop a uf den m bed kopieren. Ü ber e ine m bed-Seriai-Treiber fü r Windows ka n n man die U SB-Verbindung auch fü r die seriel le Kommunikation zum PC einsetzen .
96 MHz
512 KByte
64 KByte
Digitale 1/0 26 (3,3 V)
Analoge Eingänge 6 ( 1 2 Bit)
Analoge Ausgänge
PWM 6
USB 1 (OTG)
UART
Sonstige 12(, SPI, CAN
Besonderheiten Onl ine-Compiler
Preis 50 €
U ngewöhn l ich ist d ie Art der Programmierun g : Der Herste l ler b ietet e ine Onl i n e-Entwickl u ngsumgebung ü ber e in Web-Interface an, d ie komplett i m Browser l äuft. D a s erspart e i n e Insta l lation auf dem PC und macht die IDE u nabhäng i g vom Betriebssystem des Anwenders. Um Zugriff auf die On l ine- IDE zu erha lten, ---1--====�----=�--==:::i::m u ss m a n s ich a uf der m bed-Seite e i n koste n loses Konto e inrichten. Seinen C/C++-Code g i bt man im Web-Editor ein, der Compi ler (ARM Rea lview) und L inker auf dem Server machen e i n lauffä h iges B inary dara u s, dass man herunterlädt und i n den m bed-Speicher kopiert. Die le icht zu erlernende u n d bedienbare On l i neLösun g hat jedoch auch i h re Nachtei le: Einen Debug g i ng-Tool g i bt es n icht u n d professione l le Entwickler d ü rften davor zurückscheuen, i h ren Code auf einen Server zu laden, den sie n icht u nter Kontro l le haben. mbed versteht s ich aber ohnehin eher a l s e i n Comm u nity-Projekt, i n dem Entwickler rund um den Globus i h ren Code untere inander a ustauschen. Viele m bed-Anwender veröffentl ichen auf der Community-Piattform ständ ig neue Programmbeispiele und eigene B ib l iotheken für Sensoren, Aktoren und a ndere Hardware. Die lassen s ich per Mauskl ick in eigene Projekte i mportieren. Die Web- IDE
stel lt ebenfa l l s zah l reiche Bibl iotheken für Sensoren und zum Ansteuern der Schnittstel len bereit. Da mit wird das Entwicke ln zum Kinderspiel. E in twitternder Sensor ist beispielsweise i n u nter 30 Zei len Code implementiert.
Den m bed g i bt es neben der h ier beschriebenen Ausführung noch in einer Version mit dem sparsamer ausgestatteten Control ler LPCl l U24 auf Grundlage eines Cortex-MO. Er ist statt auf Leistung auf einen geringen Stromverbrauch für Batteriebetrieb a usgelegt. Zudem kan n er n u r a ls USB-Device agieren, u m beispielsweise e ine Maus, Tastatu r oder USB-Audio zu e m u l ieren. So kan n man leicht Brücken zwischen PC und Elektron i kbasteleien schlagen. Daneben sind die m bed-Boards hervorragende und günstige P lattformen, wen n es um klassische Steueru ngs lösungen geht.
Flash
RAM
Digitale 1/0 Analoge Eingänge
PWM
UART
Sonstige
Besonderheiten
Preis
variabel (Atmel)
je nach Control ler 8 oder 1 6 MHz
je nach Control ler bis zu 64 K
je nach Control ler bis zu 4 K
je nach Control ler (5 V) bis zu 32
je nach Control ler bis 8
je nach Control ler bis 6
1 , mit Pegelwandler
12(, SPI , JTAG
Taster und Buzzer onboard
1 5 €
OMAP4460 (ARM, T l )
1 ,2 GHz
externe SD-Karte
1 GByte
26
1 (WLAN Bluetooth)
2
1• mit Pegelwandler
12(, SPI, HDMI, DVI, JTAG
1 50 €
TIPP Möchte man auf einem
externen PC Software für
das Pandaboard
entwickeln, so benötigt
man etwa unter Ubuntu
das Cross-Compiler-Paket
gcc-arm-\inux-gnuabihf.
Mikrocontrol ler Übersicht Contro l ler-Boards
Raspberry Pi (Mode l 8) Der scheckkartengroße Kleincomputer mit ARM-Prozessor, Grafikausgabe, Sound, diversen Schn ittstel len sowie per Software steuerbaren digitalen Ein- und Ausgängen hat in Bastlerkreisen einen rege l rechten Hype verursacht - nicht zu U n recht. Kernelement des Pi ist ein System-on-a-Chip von Broadcom mit einem ARM-Prozessor und einer Grafi keinheit (VideoCore IV GPU). Mit letzterer ist der Raspberry Pi sogar i n der Lage, HO-Videos ruckelfrei abzuspielen. Bislang g ibt es den Raspberry Pi nur -a l s das 35 Euro kostende Model B mit einer EthernetSchnittstel le und zwei USB-Ports (Model A nur ein USB-Port) sowie mit 5 1 2 MByte. (Bis Mitte Oktober noch mit 256 MByte RAM.) Ältere Mon itore mit ana logem VGA-Ansch luss lassen s ich nicht an den Raspberry anstöpseln, da er nur einen HDMI-Ausgang mitbringt. Daneben l iefert der Raspberry seine Videosignale noch per Composite aus, sodass man ihn mit jedem Fernseher (per SCART-Adapter) n utzen kann .
P i von SO-Karte, v ie le SO-Karten s ind jedoch inkompatibel mit dem Min imai-Bootloader im Raspberry u n d verhi ndern das Booten . E in vorheriger B l ick i n d ie L iste kom patibler Speicherkarten lohnt (s iehe L ink) .
Das Aufspielen des Raspbia n-lmage auf d ie SO-Karte k lappte unter Windows a m besten m i t Win32Disklmager. Beim ersten Log i n mit N utzername pi u n d Passwort raspberry muss man auf die standardmäßig e ingeste l lte engl ische Tastaturbelegung achten: z und y sind vertauscht, sodass "raspberrz" einzutippen ist. A l s Desktop-Umgebung dient das schlan ke Lightweight X 1 1 Desktop Environment (LXDE). I nsgesamt reagiert die Oberfläche etwas zäh. Standardmäßig bringt die Distribution nur wenige Anwendungen u nd Tools m it, u nter anderem den Browser Midori, einen Mediap layer, Editoren, Entwicklungsumgebungen wie Scratch, ein Terminal und einen Dateimanager. Daneben sind Python, Perl u nd GCC vorinstal l iert. Das Arbeiten mit Wheezy ist insgesamt etwa zäh, S u rfen mit dem Browser Midori funktion iert leidl ich, Office-Arbeiten lassen sich mit Geduld erledigen. Mit der MultimediaDistri bution Raspbmc lässt sich der Pi in einen Medienspie ler verwandeln.
Dank seiner frei verwendbaren Genera iPurpose-10-PINs (GPIO) ist der Raspberry Pi
net. Die GP IOs s ind C!Uf e ine Stiftleiste gefüh rt und lassen sich per Software einze ln steuern. Spezie l le B ib l iotheken (s iehe Li n k) erleichtern d ie On-Board-Programmierung u nter C und Python. Der 12C-Bus l iegt standard mäßig leider brach, da der Kerne! d ie erforder l ichen Mod u le n icht lädt. Mit wenig Aufwand (s iehe L ink) kan n man den Bus jedoch beleben. Geht beim Experimentieren mal was r ichtig schief, schreibt mim die SO-Karte neu und steckt s ie wieder rein . Als M in i-PC reicht der Raspberry n u r anspruchslosen Zeitgenossen, a l s Heimserver i s t e r du rchaus zu gebrauchen - als Baste ip lattform ist er der feuchte Trau m eines jeden Hobby-Bastlers mit fortgeschrittenen L inux-Kenntnissen.
Steckbrief Raspberry Pi
Mikrocontroller BCM2835 (ARM 1 1 , Broadcom)
Takt 700 MHz
Flash externe SO-Karte
RAM 5 1 2 MByte
Digitale 1/0 1 7 (3,3 V)
PWM
LAN
USB
UART
Sonstige 12(, SPI, HDMI , Composite
Preis 35 US-$
Offizie l l empfieh lt d ie Raspberry Pi Foundation a l s Betr iebssystem Raspbian
"Wheezy". Auch mehrere Monate nach Erscheinen des Pi darf man s ich von dem vorgefertigten I mage kein P l ug-and-P iay erhoffen . l n kompati b i l itäten mit externer Hardwa re, feh lende oder nicht geladene Kerneltreiber und andere Ungerei mtheiten können den E instieg erhebl ich erschweren. Das Betriebssystem bootet der für Elektroni k-Experimente prima geeig- ---1--===============f::-
60 I c't Hacks 3/201 2
Fazit An Ardu ino kommt man sel bst a l s erfahrener Bastler n icht vorbe i : U m mal eben schnel l etwas zu i m p lementieren, i st es d ie idea le P lattform. Sh ie lds g i bt es für die verwegensten Ideen und mit den B ib l iotheken ist ein erster Proof-of-Concept oft schon nach wen igen Minuten ge lu ngen. Zwar l iegt der Preis fertiger Sh ie lds oft u m e in Mehrfaches ü ber dem einer Sel bstbau-Lösu ng, dafü r fun ktion ierts aber auch. Durch sein Plug & Play ist Ardu ino insbesondere für Anfänger hervorragend gee ignet.
mbed geht h i nsicht l ich der e i nfachen Prog ra m m ierung in d ie g le iche R ichtung . Wen n es a be r u m e lektron i sche E rweiteru ngen geht, m uss man statt zum Sh ie ld zum Lötkolben g reifen . Mit se inen vie lfä lt igen F u n ktionen eig net s ich m bed ohneh in eher fü r den a n spruchsvol l e ren Bastler. Die c h i p KITBoards bieten g ru n d sätz l i ch mehr fürs Ge ld a l s Ardu i no. Kön nte man s ich ohne Probleme aus dem re ichha lt igen Sh ie lds-Angebot bed ienen, wä re ch ipKIT d ie bessere Wa h l . M i t den l n kom patib i l itäten i s t jedoch kei n RapidPrototyp ing mög l i ch . Die Po l l i n -Boards s ind weder besonders le istungsfä h i g noch besonders le icht zu p rog ra m m ieren, sondern e infach nur besonders g ü n st ig . " Net- 10" b ietet fü r 20 E u ro e i n Boa rd mi t fert iger LANSchn ittste l l e - das schafft ke i n a n derer Anbieter.
Glossar USB OTG - Mit USB On-the-Go System als Host oder als Gerät nach Bedarf kan n ein USB-POf'ltfa etwa a l s serie l le Schn ittste l le zur Ko,nmun ikation mit dem PC fu ngieren oder alsHost-Port zum Ansch luss e iner Webcam.
SPI - Seria l Peripheral l nterface, schne l ler synchroner, serie l ler Datenbus
GPIO - Genera l Purpose 10, Contro l le r-P ins, denen beim Booten oder zur Laufzeit verschiedene Funktionen zugewiesen werden können, etwa als d ig ita ler Ein- und Ausgang, PWM-Port, oder a ls Tei l e iner Schnittste l le.
I m merh in kom mt Cara m bola seh r nah a n d iese Preisg renze, zumindest o h n e Development-Boa rd. Durch se ine WLAN-Schn ittste l l e u n d der OpenWRT e ig net es s i ch pr ima fü r Fernsteuerungen u n d .Messdatenerfassung entfernter Stationen. Das G n u b l i n-Board hat a l s e i nz iges der besch r iebenen Em beddedL inux-Boards ana loge E ingänge a b Werk. Daneben hat es a ber kei n e weiteren Featu res, mit denen es sich etwa vom Raspberry a bsetzen kön nte. Im Gegente i l : F ü r wen iger Geld bekommt man bei m Raspberry mehr. E inz ig d ie sofortige Verfü g barkeit a l ler F u n kt ionen ohne Kerne lwu rschte le i s p rechen fü r G n u b l i n . Mit dem Raspberry P i lassen s i c h vie lfä l t ige Lösungen von e infachen Steuerungen b is h i n zum Mediacenter fü r wen ig Geld umsetzen . A ls Roboter-Fan wi rd der Autor d ieses Art ike l s den Pi kü nft ig bevorzugt bei m Bau a utonomer Roboter e i n setzen . Das Pandaboard s itzt indes zwischen a l l en Stühlen. F ü r e i n e Steuerung i m He im bereich i s t es e igentl i ch zu teuer, fü r e inen M i n i-PC dagegen zu schwach. (dab)
�� �lW. www.d.de/cs 1208052
ISP - l n System Prn,nr:unl zum F lashen von Contro l lern ü ber e in Programmiertool
TWI - Two Wire Interface, siehe 12C
12C - l nter- l ntegrated C i rcu it, synchrones, serie l les Bussystem. Dient der Kommun ikat ion von ICs ü ber kürzere Distanzen.
CAN - Contro l ler Area Network, asynchrones, seriel les Bussystem. CAN wird u nter a nderem i n Fahrzeugen zur Kommun ikation der einzelnen Kom ponenten eingesetzt. Auch d ig itale Model le isenbahnen n utzen den CAN-Bus zur Steuerung von Zügen und Weichen.
c't: Arduino ist gerade sieben Jahre alt geworden und hat sich spätestens in den letzten beiden Jahren als Standardplattform für Hacker und Oo-it-yourse/f-Bauer etabliert. Was sind die entscheiden
den Entwicklungen?
Massimo Banzi: Zwei wesent l iche Dinge entwicke ln s ich gerade para l le l . Zum einen versucht Ardu ino gerade, eine richtige Firma zu werden. Da wir a ls Open-Source-Projekt angefa ngen haben, hatten wir eigentl ich n ie im Sinn, eine F irma zu gründen. Aber n u n, da wi r so enorm wachsen und mehr Produ kte h i nzukommen, müssen wir auch e in ige offizie l le Schritte nachvol lziehen. Wir m ussten Zertifizierungen e i n ho len , beispie lsweise von der FCC in den USA und das cE-Siege! von der EU . Und wi r müssen den Su pport verbessern, s icherste l len, dass a l l e P rodu kte gut a uf a l len P lattformen l a ufen . Das hei ßt, intern bauen wi r derzeit Strukturen auf, um effizienter und professione l le r zu werden . A l les dies s ind Dinge, d ie man von a u ßen n icht sieht, d ie aber intern e ine Menge Arbeit machen. Und au ßerdem versuchen wir, Ardu ino d u rch Weiterentwickl u ngen in neue Richtu ngen vora nzutre iben. I n sbesondere d u rch mehr Rechen power und neue Funktionen, a ber auch indem wir Dinge fü r die
c't: Arduino hat aber auc;h in der Computer- und Elektronikindustrie seinen Platz erobert - als Entwicklerplattform.
Banzi: Ja, es g i bt e ine Reihe von F i rmen, d ie bei der Projektentwicklu n g u n d im Prototyping damit arbeiten . Apple hat Ste l len für Entwickler ausgeschrieben, bei denen Ard u i no-Erfahrung verlangt wird. Wi r wissen selbst n icht, was diese F i rmen genau machen - wir ste l len nur fest, dass der Markt immer g rößer wird. Von einem Tool , das wir für e inen ganz bestimmten Zweck entworfen haben, ist Ardu ino zu e inem Vielzweck-Entwickl u ngstool geworden. Die Szenerie verändert sich auch ständig .
c't: Die Maker-Bewegung hat Ihnen enorme Aufmerksamkeit verschafft und neue Entwicklungen angestoßen. ln den USA spricht man von einer dritten industriellen Revolution.
Banzi: Da g ibt es zwei seh r i nteressante Entwicklu ngen. Das eine s ind d ie selbstgebauten Projekte der Ma ker. Aber ebenso spannend s ind d ie selbst entwickelten Tools. Fast al le 3D-Printer zum Beispiel basieren a uf Ardu i no. Auch ein ige Laser-Cutter, einfache
Dreh- und Bohrmasch inen wu rden von Tüftlern Anwender vereinfachen und i h re "u ser experience" verbessern.
c't: Wie viele Mitarbeiter hat Arduino denn jetzt?
Banzi: I m Kern s ind wi r immer noch d ieselben fü nf Leute, d ie Ard u i n o vor s ieben Jah ren gegründet haben. I nzwischen beschäftigen wir aber
"Firmen sollten lerne n, wie Maker zu
denken.�'
mit H i lfe von Ard u ino-Rechnern gebaut. Da wir von Anfang an mit Open Sou rce operiert haben, haben sich d iese Tools und auch d ie Ideen zu i h rem E insatz auf unterschiedl ichen Wegen verbreitet. Leute haben herumprobiert, experiment iert, i h re Pläne und Projekte weitergegeben, öffent l ich vorgefü h rt und natür l ich auch zum
ungefäh r 1 5 Mitarbeiter i n versch iedenen Rol len . E in Tei l davon a rbeitet i n Ita l ien, e in ige auch i n den U SA. Es kommen aber ständig neue Leute dazu. Al le in fü r d ie Web-Präsenz, d ie wir frü her nebenbei gemacht haben, ist jetzt e ine Person in Vol lzeit zustä ndig und bald werden dies woh l zwei bis d rei Mitarbeiter machen müssen.
c't: Und was hat sich bei Ihrer Kundschaft, der Anwender-Community,
geändert?
Banzi: Am Anfang war Ardu ino e in Werkzeug fü r wirk l ich n u r e ine überscha u ba re Gru ppe von Des ignern u n d Des ign-Studenten, dann ka men Künst ler dazu und das Werkzeug fand Beachtu ng be i e inem größeren Kreis . Dan n fingen d ie ersten Bastler und Doit-you rse lfer an , mit Ard u i no zu a rbeiten . Es wird jetzt an e iner ganzen Re ihe i nternationa ler Fachschu len und U niversitäten das Prog ra mmieren und Entwicke l n mit Ard u i n o ge lehrt. U n ser Hauptma rkt s ind abe r momentan d ie Bastler u n d E igenbauer.
Kauf angeboten. So sind versch iedene neue Ansätze entstanden, an d ie anfangs niemand gedacht hat. Außerdem werden die Ergebnisse ständig besser. Aus einfachen Basteleien s ind r icht ig le istungsfähige Maschinen entstanden und d ie Entwickler denken jetzt natür l ich ü ber Vermarktungsmög l ichkeiten nach.
Wir sehen e ine Re ihe von Makern, die schon Jahre mit uns arbeiten und s i ch m it uns fortentwickelt haben. E in ige haben mit e inze lnen P rototypen a ngefangen, dann verbessert und optimiert . Und ständ ig neue F u n kt ionen i nteg riert, d ie wir h i nzugefügt haben. Daraus wurden dann Kopien und sch l ießl ich klei ne Stückzah len und dann kleine Serienprodu kte. Gleichzeitig nutzen d iese Maker a l l e verfügba ren On l ine-Dienste, um neue Bezugsque l len zu finden. Kom ponenten werden dort beste l lt, wo sie am günst igsten s ind, auch Fertigungsaufträge werden dorth in vergeben. U n d natür l ich findet man im I nternet auch Abnehmer.
Man erkennt also neue Wege, wie Min i-F irmen überhaupt entstehen, betrieben werden und sich weiterentwickeln .
c't: Mit Leonardo haben Sie kürzlich eine neue Plattform eingeführt. Was ist neu und für wen ist das Board gedacht?
Banzi: Leonardo ist i nteressant für a l l es, was eigentl ich außerha l b des Boards passiert. Zunächst e inmal haben wir bei Leonardo die gesamte Verarbeitung auf e inem Prozessor i ntegrie rt, e inem Atmel ATmega32u4 mit 1 6 Megahertz Takt. Vorher hatten wir einen Hauptprozessor und dazu einen Ch ip fü r die Steuerung der USBKommunikation. Im neuen Atmei-Ch ip ist das bereits i nteg r iert - und er ist besonders preisgünstig. Mit Leonardo haben wir daher eine Technologie, die in den nächsten Monaten und Jahren fü r viele Bastler seh r i nteressant se i n wi rd, da man n u r einen einzigen Ch ip u n d e in ige s imple externe Bautei le fü r e in komplettes Embedded-Design braucht. ln g rößeren Stückzahlen würde der Chip dann ka u m mehr a l s e inen Euro kosten . Damit steckt Ard u i noTechnologie in dem jewei l igen Produ kt.
Dazu kommt das USB-I nterface: Die Anwend ung kan n damit a l s Tastatur oder Maus e ingesetzt werden - oder auch andere Peripherie, zum Beispiel M I DI- Interface oder Spiele-Contro l ler. Geräte i n bel iebiger Form oder Ausprägung können so zum USB-Gerät werden.
c't: Aber hinter dem Gedanken, die offene Arduino-Piattform in einem fertigen Produkt zu haben, steckt doch bestimmt noch mehr?
Banzi: Genau . I ch g l a u be näm l ich, dass v ie le Maker und Entwickler P rodu kte herste l len wol len, d ie der Anwender hacke n kann . Hacking wa r bisher b e i Endprodu kten e i nfach zu kompl iz iert oder vielfach auch vom Herste l ler verboten. Egal ob a l so jemand e inen Wecker, e ine sprechende Puppe, e inen Drucker oder e in Model lauto baut - mit e inem Ch ip, e inem Steckverbinder und e in paar weiteren Tei len i ntegriert er einen Ardu ino-Computer und kan n seinem Kunden sagen: Ka uf mein P rodu kt, wei l du es selbst hacken kannst.
c't: Einer der erfolgreichsten und vielfach kopierten Hersteller, Apple, ist da besonders rigide und verfolgt geradezu jede Modifikation.
Banzi: Apple ist aus vielen Gründen erfolgreich, nicht zu letzt wegen des attraktiven Designs und weil die Produkte einfach gut fu nktionieren. Be i v ie len anderen Prod u kten haben c levere Mod ifi kat ionen erst zu deren Erfo lg beigetragen. Schauen Sie beispielsweise Microsofts Ki nect an. Als d i e
ersten Hacks a uftauchten, wol lte Microsoft d i e E ntwickle r erst verklagen . Sie waren d a n n doch sch l a u genug, s ich anders zu bes i nnen . Durc h d ie Vielza h l der produzierten Hacks wurde Kinect erst r ichtig popu lä r und schl ieß l ich hat Microsoft dann e in SDK herausgegeben. Dass Kin ect "hackbar" i st, macht es n u n e rst recht zu einem Erfolgsprodu kt
Wenn jemand e in Produ kt hacken wi l l, d a n n wird immer e in Weg gefunden, das zu tun . Übrigens, vie le Apple-Fans vergessen, dass das i Phone u rsprün g l ich auch kei n e P rogra m m ierplattform hatte u n d a u c h keine wol lte, sondern a u f HTML5-Entwicklu ngen setzte. E rst a l s zah l re iche Hacker e igene Anwendungen und Tool s für das Gerät progra m m ie rt und so e ine para l le le E ntwicklungsumgebung geschaffen hatten, schwenkte Steve Jobs um. Und erst a l s d ieser Para l le lmarkt gehackter i Phone weltweit geschaffe n war - d a n n erst kam e in offizie l les SDK. Steve Jobs war praktisch gezwungen, den App Store einzufü h ren . Und daraus entstan d dann e in M i l l i a rden-Markt.
c't: Und Ihre These für den Do-it-yourselfBereich ?
Banzi: Wan n i m mer e ine F irma verstanden hat, d u rch e in hackbares P rodu kt auch vom Markt selbst u mprogrammiert und erweitert werden kan n - i m mer dann steigt der Verkauf, entstehen neue Anwendungen u n d dadu rch neue Märkte und das gesamte Ökosystem wird g rößer und bedeutender. Das verstehen a l l mä h l ich i m m er mehr Techno log ieanbieter u n d kü nft ig werden noch vie l mehr Prod u kte g le ich mit e inem SDK auf den Markt kommen.
c't: Und auf diesen Effekt setzt Arduino auch mit Leonardo?
Banzi: Die Motivation für Leonardo war, die Plattform zu vere infachen. S ie kommt mit weniger Baute i len aus und i st dad u rch simpler und b i l l iger herzuste l len und bietet dabei mehr Funktionen und Mögl ichkeiten für die Anwender. Sch u len und Hochschulen zum Beispiel war Ardu ino bisher schon eine sehr i nteressante P lattform, mit rund 25 Euro i m Einzelhandel aber n icht ganz bi l l ig . Mit Leonardo haben wir rund 10 Euro vom Verkaufspreis reduziert. Mit der g le i chen Technologie werden wir weitere Produkte herausbringen: Boards mit s implerem Design, weniger Bautei len, weniger Arbeitskosten bei der Fertigung. Für uns, die wir in Eu ropa herste l len, i s t d iese I n novation lebenswichtig, sonst können wir i rgendwann mit China n icht mehr kon ku rrieren.
c't: Sie hatten auch schon vor einiger Zeit eine ARM-basierte Version von Arduino in Aussicht gestellt. Wann können wir damit rechnen?
Banzi: Wir haben im vorigen Jahr einen Prototyp namens Ardu ino Due vorgestel lt, der basiert auf dem ARM-Cortex-M3-Prozessor, einem leistungsfäh igen Mikrocontrol ler mit 84 M Hz, 5 1 2 KB Flash und wesentl ich mehr RAM. Durch d ie 32-Bit-Architektur und e inen energieeffizienten Core können wi r mit dem g leichen Stromverbrauch wesentl ich mehr Rechenpower l iefern. Dazu kommen die ganzen Peripherie-Sch nittstel len von ARM, beispielsweise e in Stereo-DAWandler. Damit kan n man Audiosignale auf dem Board synthetis ieren und AudioDateien a bspielen, zum Beispiel AUX oder MP3. Außerdem sind al le ana logen I nputs
deutlich besser, da sie jetzt mit 1 2 Bit anstatt n u r 8 Bit kodiert werden. Goog les neues Hardware-Entwicklerkit ADK für Android basiert auf Ardu ino, wir haben denen unser Design frühzeitig zur Verfügung geste l lt.
c't: Was haben Arduino-Nutzer davon?
Banzi: Natür l ich ist das Android ADK eher für Softwa re-Entwickler gedacht, d ie in (-ä h n l ichen Sprachen progra m m ieren. U nser Leonardo Due wird d ie k lass ische Ard u ino-Entwickl ungsu mgebung haben, d ie ei nfacher zu nutzen i st, da man z u m Beispiel einfach Knöpfe d rücken kan n oder ana loge Daten e ingeben. ARM-Prozessoren werden dadurch zugängl ich für Leute, die n icht erst e ine P rog ra m m iersprache lernen wol len und genere l l vor der Komp lexität von ARM abgeschreckt w u rden . A l le in das Datenb latt fü r d ie Per ipherieAnsteuerung des ARM Cortex 3M hat über 700 Seiten. Das a l les m ussten wir e rst vereinfachen und im Ardu ino-St i l zugäng l ich machen und dokumentieren.
c't: 'Und wann kommt Arduino Due jetzt in den Handel?
Banzi: Auf der Maker Faire i n . New York Ende September haben wir den Due freigegeben. l n Kürze wird er im Handel zu haben sein.
c't: Sie sind ursprünglich Industrie-Designer und waren Dozent an der Universität von lvrea. Haben Sie bei a/1 den Aktivitäten rund um die Produkte und die Firma überhaupt noch Zeit zu lehren?
Banzi: Ja, ich unterrichte noch, a l lerdings nu r e in paar Wochen im Jahr. E inmal in Lugano an der Design-Hochschu le SUPSI , d ie etwa einer deutschen Fachhochschule entspricht: Das Studium ist praxisorientiert und die Studenten ste l len viele eigene Projekte h er. Und dann unterrichte ich pro Jahr e inen Ku rs am Kopenhagen Institute of I nteraction Design, eine der weltbesten Schulen für lnteraktionsdesign. Die Lehre ist wichtig für mich, denn da sehe ich d i rekt meine eigenen Fortschritte. Und außerdem ist es eine Art Nutzerstudie für das Ard u i no-Projekt: Wi r bekommen dabei Rücksch lüsse, was gut funktioniert und was nicht so g ut läuft.
c't: Dann hat auch das Unterweisen von Studenten Ihnen beim Design von Arduino Impulse gegeben oder neue Einsichten?
Banzi: Abso lut. Ich habe vor etwa zeh n Jahren mit dem U nterrichten begonnen. Vorher habe ich selbst, in den 60er Jahren, mit e inem E lektron ik-Kit von B ra u n angefan -
gen zu basteln . M i t d iesen s implen, k indertau g l ichen Werkzeugen h a be ich ge lernt, a u s Baustein e n e infache Werkzeuge und d a raus komplexere Des igns zu bauen u n d später d ie Projekte für m e i n e Studenten nach d iesem Prinzip a ufgebaut. Bevor ich und die a nderen Mitgründer zu A rd u ino
. kamen, haben wir mit d re i anderen P lattformen experimentiert. Zuerst mit e inem kommerzie l len Produ kt, dann u n sere eigen e Kreation Programma 2003. Sch l ieß l ich hat e iner meiner Studenten mit e iner Technologie namens Wi r ing begonnen, und daraus haben wir Ardu ino abgeleitet. Wir s ind a l so m it mehreren P lattformen d u rch e in ige Iterationen gegangen, habe n beobachtet, w i e Studenten d a m i t zurecht-
"ln Europa geht alles
langsamer."
kamen, i h re Ergebnisse u n d Reakt ionen a u sgewertet. D u rch U nterr ichten bekommt man den besten Kontakt mit dem Endanwender u n d kan n beobachten, wie e in Produkt angewandt wird . Man lernt so selbst a m meisten .
c't: Arduino ist inzwischen weltweit bekannt und Sie präsentieren es auf Konferenzen und Foren auf der ganzen Welt. Wo sehen Sie die innovativsten Ideen, wo auf der Welt gibt es die kreativsten Tüftler?
Banzi: Versch iedene Reg ionen s ind aus untersch ied l ichen Gründen spa n nend für mich . Die USA s ind natür l ich e in i nteressanter Ort, d a dort die Maker-Beweg u n g begonnen hat u n d d ie Amer ikaner bei a l l em schne l l sind, was m it I n n ovation zu tun hat. Dort sind bereits Lobbyisten in Wash ington a ktiv, um die Maker-Ku l tu r voranzutreiben, i n den öffentl ichen Schulen zu verankern und andere Aktivitäten. l n Eu ropa geht d a s a l les l angsamer. Außerdem ist E u ropa riesig und d u rch se ine Sprachen, Ku lturen und pol it ischen Gegebenheiten viel zerspl itterter. Diese schne l le Übernahme neuer Ideen , d ie dann i n seh r schne l len Iterat ionen weiterentwickelt werden wie in den U SA, wi rd hier a l so woh l n i cht mög l ich sein .
Ch ina ist andererseits i nteressant d u rch seine Vielza h l von kleinen Firmen. Sie klonen einfach a l les. Sie kopieren Ardu ino bis hin zu den Etiketten, auf denen sogar
,,Made in ltaly" d raufsteht Aber dann fangen einige F i rmen auch bald an, unter ih rer e igenen Marke zu vertreiben und i h re eigenen Änderungen zu machen. E ine der Stärken der Chinesen ist d iese ung laubl iche Geschwindigkeit, mit der sie e in Produ kt zustande bringen: Sie kön nen heute einen Artikel über ein Produkt veröffentlichen, das i n einem Monat erscheinen soll . Auch wenn es viele Monate Vorarbeit gekostet hat, das Produ kt zu defin ieren - i n nerha l b dieses einen Monats haben die Chinesen das Prod u kt fertig . Sie schauen s ich d ie Bi lder an und lesen die Beschreibung und fangen an zu bauen. l n bestim mten Regionen Chinas sind d ie Lieferketten für bestimmte Produktkategorien so i ntegriert und optimiert, dass Sie a l le Zul ieferer und Dienstleister, die für ein elektronisches Produkt benötigt werden, d i rekt nebeneinander fi nden. Diese Fäh igkeit geht uns i n Eu ropa zunehmend verloren. I m Rau m u m Turin und lvrea, wo Arduino produziert wird, gab es d iese integ rierte Elektronikindustrie auch. Viele kleine F irmen sind noch da, aber es g ibt immer mehr Lücken. Man verl iert vie l Zeit und andere Wettbewerbsvortei le, wen n man erst Tei le nach China sch icken muss, von dort wieder Bausätze zurückerhä lt und so weiter. Wi r müssen u n sere Industrie i n Europa verteidigen.
c't: Wird die Maker-Bewegung bei uns in Europa ebenso erfolgreich wie in den USA ?
Banzi: Das I nteressante an der Maker-Bewegung ist, wie gut gerade kleine Fi rmen sich darauf einstel len kön nen. Gerade in Ita l ien g i bt es eigentl ich überwiegend nur noch Min i-Firmen im Technologiesektor, das gi lt zunehmend für al le europäischen Märkte. Diese s ind es von jeher gewohnt, N ischenmärkte zu bedienen. Sie haben die F lexibi l i tät, s ich a n Innovationen a nzupassen und s ind ideal positioniert, sich in die Maker-Bewegung einzukl inken. Vieles was dort näml ich entsteht, g ibt es zunächst nur i n kleinen Stückzah len, von einem einzigen Anbieter. Aber über d iese neuen l n novationswege, d ie ja auch neue Kommun ikationswege und Marketing-Kanäle s ind, e rreichen d iese k le inen Anbieter u nersch lossene Märkte und können exportieren. Das ist der einzige Grund, warum etwa die Elektronikindustrie in Ita l ien noch nicht völ l ig abgestorben ist. U n d es wird der einzige Weg sein, wie es in d iesen Industrien überhaupt weitergehen kann . Aber wir müssen darum kämpfen, uns d ie Fähigkeit zu erhalten, Dinge selbst herzustel len. Firmen müssen lernen, wie Maker zu denken. (dab) C't "
•
66 1 c't Hacks 3/20 1 2
Das propel lergetriebene Mini-Ufo von Pearl weist erstau n liche F lugeigenschaften auf. Die Tech nik da hinter ist jedoch relativ simpel.
Die Motorsteuerung beruht auf der · Reflextion eines IR-Signals, wenn
eine Oberfläche in der Nähe ist.
•
D as l ndoor-Ufo U F 0- 1 35 des Herstellers Pea rl wird nur du rch einen einzi
gen Propel ler angetrieben, schafft es aber trotzdem relativ stab i l d u rch den Rau m zu schweben. Nähert es s ich dem Boden, erhöht es die Drehza h l und steigt hoch. Gleiches passiert, wenn man die Hand darunter hä lt. Pearl schreibt auf der Produktseite, das Ufo sei "von gehe imn isvo l ler I nte l l i genz gesteuert. E ine revol ut ionäre und verbl üffende Technologie i s t das Geheimn is". E in B l ick ins I n nen leben des Ufos und Messungen mit dem Oszi l loskop offenbaren jedoch weder Verbl üffendes noch Revol utionä res. Oie Spannung e iner im Styroporkörper e ingebauten l nfra rot-LED wird al le 8 M i l l i sekunden 1 M i l l i seku'nde lang mit e inem 38 KHz-S igna l modu l iert. Wi rd das I R-Signa l von einer nahen Oberfläche reflektie rt, so ka n n es das a n der Unterseite e ingebaute I R-Mod u l empfangen. Das Modu l verstä rkt das S igna l , fi ltert und demodu l iert es: N u r bei der richtigen Eingangsfrequenz von 38 Ki lohertz schaltet der Empfänger seinen Ausgangstra ns istor d u rch . Damit ist die Ü bertrag ung gegen natü r l iche I R-Stra h l u n g w ie Sonnen l icht weitgehend unempfi ndl ich .
Das Scha lten des Tra ns i stors fü h rt dazu, dass der Mod u l a usgang fü r d ie Dauer des Empfangs auf Low geht: a l l e
Akku
Die Komponenten des Propellerantriebs passen in das kleine Gehäuse des Ufos.
8 M i l l i seku nden 1 M i l l i seku nde l ang . F ü r d ie Motorsteuerung i s t d ies das S igna l zum Erhöhen der Spa n n u n g und somi t der Drehza h l . M i t ste igendem Abstand zur reflektierenden Oberfläche wi rd das empfangene S igna l immer schwächer und das I R-Mod u l l iefert immer kü rzere oder g a r keine LowPu lse mehr. Oie Motorsteueru ng verri ngert d ie Motorspann u ng, d ie Drehza h l s i nkt wieder. Auf diese Weise levitie rt das Ufo d u rch den Ra um.
Das Styroporgehäuse d reht s i ch aufgrund der I m p u lserha l tung gegenlä ufig zum Propel ler. Oie im Ring e ingelassene Mehrfa rb-LED ändert konti n u ier l ich i h re Farbe und erzeugt im F lug so i nteressante Effekte. Der Akku reicht fü r 1 0 Min uten F lugzeit. Als a l ternative Verwendung der E lektron ik wä re eine Venti latorsteueru ng den kbar. Setzt man sich vor den Propeller, erhöht s ich d ie Drehza h l und sorgt fü r mehr Erfrischung . (dab) �t
Die IR-LED (Kanal 1 , oben) wird rund alle 8 Mil l isekunden mit 38 KHz modul iert. Bei gutem Empfang schaltet das IR-Modul seinen Ausgang auf low (Kanal 2, unten), die Motordrehzahl steigt.
Motor
c't Hacks 3/20 1 2 I 6 7
Ard u i n o-Sch rittmotorsteuerung
Unsere bil l ige KoordinatenBohrmaschine kann auch Ausschnitte und grobe Schriften fräsen.
68 1 c't Hacks 3/20 1 2
Ca rsten Meyer
D re iachsM oto rste u eru ng m it Ard u i n c
I D i e Ansteuerung der Sch rittmotoren e iner Mehrachs-CNC-Masch ine (etwa e iner Por
ta l- oder Säu len-Fräsmaschi ne) ist keineswegs trivia l . Das üb l iche Vorgehen ist, e inen eigenen PC dafü r bereitzuste l len, der s ich mit mög l ichst wenig "Grund last" (d. h. mit jungfräu l ichem Betr iebssystem) aussch l ieß l ich dem CNC-Steuerprog ramm widmen kann . Windows XP ist h ier das System der Wa hl , zumal auch d ie meisten CNC -Programme darauf la ufen.
Der Anschluss der Sch rittmotorka rte erfolgt u nterha lb der Profi-Liga gemei nh in über die
GEW\NDEsTANGEN
fessionelle Während pro
d Kugel-T pez- un
Geräte ra. dein für ihren
umlaufspln wenden , ist
· b ver Unearantne
er die metrische
für den \1ack das (billige)
Gewindestan;le
Die Steigung
Mittel der W� M
·5-Gewinden
beträgt bel bei MS
. M6 1 mm. 0 ,8 mm. bel
ei M1 0 1 ,5 mm
1 25 mm und b l ""' Vortrieb ' d hung u . . .
pro um re :ngmuttern llten Messl
so d t werden .
verwen e
Unser Schrittmotortreiber aus China läuft trotz einiger Unzulänglichkeiten im PC-Betrieb am Arduino-Cione hervorragend. Für den Preis von rund 50 Euro kann man die Schrittmotorplatine kaum selbst bauen. Als Zubehör erhält man das etwa 30 Euro teure Wegzähler-Modul. Nach einigen Modifikationen (siehe c;t Hacks 2/201 2, S. 1 33) ist es durchaus brauchbar.
gute, a lte LPT-Schn ittstel le. Das CNC-Programm (etwa Mach3, EMC2, Win PC-NC oder ähn l iche) erzeugt d ie Sch ritt- und Richtu ngs impu lse fü r d ie Sch rittmotortreiber dann höchstsel bst. Angesichts der unvermeidlichen l nterru pt-Latenzen kei ne leichte Aufgabe: E in übl icher 1 ,8°-Sch rittmotor im 1 /8-Mikrosch ritt-Betrieb benötigt fü r die a nzustrebenden 1 000 Upm rund 26 000 Impu lse pro Seku nde. Dabei ist zu beachten, dass die g leichzeitige Bewegung von drei oder mehr Motoren zu korrel ieren ist und dass jeder Motor Anfahr- und Bremsrampen mit verringerter Geschwi nd igkeit benötigt, damit kei n Sch ritt (und damit Verfahrweg) verloren geht.
Neben dem Steuerprog ramm, das ledig- • l ieh eine Li ste sogenan nter G-Codes (CNCMasch inen befeh le) i nterpretiert, benötigt man natür l ich noch weitere Softwa re, von der Erste l l ung der Zeich nung (CAD) bis zur Umsetzung in d ie CNC-Codes ((AM-Prog ramm) . A l l - i n-One-Lösungen s ind zwa r verfügbar, aber fü r den Hobby-Anwender, der v ie l leicht n u r e ine Plat ine a utomatisiert bohren oder Aussch n itte in A lu-Frontplatten fräsen wi l l , sch l icht zu teuer - von der E ina rbeitung i n die komplexe Materie ganz abgesehen.
Gerade zum Ziel
Unser Ansatz sieht etwas anders aus: Wir lagern die kritische Impulserzeugung auf einen Mikrocontrol ler aus, dessen Fi rmwa re mit einem einfachen Parser ausgestattet ist und der über seine seriel le Schnittstel le (bzw. beim Ardu ino über den USB-Serie i i -Umsetzer) Befehle i n Kla rtext entgegenn immt. Dad u rch kan n man die Schrittmotoren mit äu ßerst s implen Prog rammen ansteuern - sowohl von einem anderen Mi krocontrol ler
a ls auch vom PC aus. Ohneh in gehört die LPT-Schn ittstel le an neuzeitl ichen PCs zur aussterbenden Spezies.
G-Code im Arduino
Mit der Grbi-Fi rmware aus dem Ardu i no-U mfeld kann man s ich auch a ls Embedded-Bastler das Leben vereinfachen. Der G-eode-I nterpreter fü r den ATmega328, den der Schwede Simen Sva le Skogsrud zusammen mit e in igen Mitstreitern in monatelanger
Arbeit entwickelt hat, versteht zwar nu r ein Subset, wie es von typischen (AM-Programmen zur Maschi nensteuerung ausgeworfen wird - was aber n u r von Nachteil ist, wen n man G-eode-Prog ra mme von H a n d erste llen wi l l : Schleifen, U nterprogramme und sehr komplexe Befeh le (Bohrzyklen, Gewindedrehen) ken nt Grbl n icht.
Bezügl ich der Referenzfah rt (G28) ist die offizie l l vorl iegende Grbi-Vers ion 0.8 aber noch u nvol l ständ ig . Die nötigen Ergänzungen (sofern Endscha lter an den Achsen vorhanden s ind) haben wir I h nen abgenom
men, a u ßerdem besitzt unsere Grbi-Vers ion auch noch eine Erweiterung zum Ansteuern eines RC-Servos - doch dazu später mehr.
Der I nterpreter bes itzt e inen Trajektor iep laner, der e i n ige Befeh le zwischenspeichern ka n n . Er steuert d ie Sch rittmotorimpu l se so, dass s ich ein mög l ichst ruh iger, ruckelfreier Lauf ergi bt, i ndem er bei Ecken e ine gewisse Rundheit i n Ka uf n immt und d ie Motoren nicht zum Sti l l stand kommen lässt. Sel bstverstä nd l ich ist auch hier eine genaue An laufund Bremsrampensteuerung e ingeba ut. Der Bresenha m-Aigorith mus p lant h ie r die Z-Achse mit e in , womit Grbl e ine echte 3 D-Steuerung ist.
UNEARFÜHRUNGEN
Industrie-Linearführungen
sind teuer . Bei nicht al lzu
g roßen Anforderung�n an
Stabilität und Verwin
dungssteifheit genügen
· Auszugsschienen fu r
Schubladen mit
Kugellagerung . Sehr
robuste Ausführu nge� findet man beispielsweise
an Server-Biades .
c't Hacks 3/20 1 2 1 69
Ard u i no-Sch rittmotorsteuerung
70 I c ' t Hacks 3/20 1 2
Die G-Code-Syntax ist e igent l ich recht s impel , wen n man d ie (von Grbl ohnehin n icht versta ndenen) Spezia l befeh le außer Acht lässt:
GOX1 O.OY25.5
versch iebt die F räs- oder Bohrsp indel i m E i lgang (GO) auf X-Position 1 0,0 mm und V-Position 25 ,5 mm. Die Zei len
G91
G 1X3 .33Y-0.5
fa h ren dann die Position X = 1 3,33 mm und V = 25,0 mm i n F räsgeschwi nd igkeit an, da mit G91 auf relative Koord i naten (Kettenmaße) umgescha ltet wurde.
Grbl versteht noch einige Sonderzeichen-Befeh le, d ie normalerweise a l s Tasten an einer CNC-Masch ine zu finden s ind : " !" paus iert den Vorschub, "-" setzt i hn wieder fort. CTRL-X br icht das Prog ramm komplett ab. "?" l iefert die aktue l le Position i n absol uten und Werkstück-Koord inaten und "%" den Schalterzusta nd in Kla rtext. S ie können d ie G-Codes mit jedem Term ina l-Prog ramm ausprobieren, d ie Parameter la uten 9600 Bd/8n 1 .
So l ange i m P laner P latz i st, antwortet Grb l auf jeden Befeh l sofort mit "ok" und legt dann los . Bei moda len Befeh len wie der Referenzfa h rt zum N u l l punkt-Scha lter (G28) erfolgt d ie "ok"-Antwort aber erst nach Beend igung . Wir haben den Befe h l ssatz noch um "M 1 00" erweitert, was e inen Reset- lmpu l s fü r den Wegzä h ler ausg ibt.
Angepasste Bewegung
Damit d ie Steuerung ei nwa ndfrei und exa kt a rbeitet, müssen e in ige Pa ra meter auf das mechan ische System a bgesti mmt werden. Am wichtigsten ist natür-
l i eh d ie Anza h l der I m p u l se, d ie der Sch rittmotortreiber fü r e inen besti m mten Verfa hrweg benötigt.
ln u n serem Musteraufba u (XV-Ti sch aus F lohma rktfu nd u n d Restposten) h a ben d ie Sch rittmotoren e inen Sch rittw i n ke l von 7,5°, das erg i bt 48 Sch ritte pro U md reh ung . D ie Steuerung wurde zug u n sten eines ruh igeren Motor la ufs auf Achtelsch ritt-Betr ieb e ingeste l lt, macht a l so 48 x 8 = 384 Impu lse pro Umdrehung . Die zum Vortr ieb verwendete M 1 0-Gewindestange besitzt e ine Ste igung von 1 ,5 m m pro U m d re h u ng, fo l g l ich s ind bei d i rekter Kopp l u n g des Motors 256 I m p u lse fü r e inen M i l l i meter Weg erforder l ich .
Das ist zwa r fü r den 8-Bit-Contro l le r e in schön
"runder" Wert, passt aber n icht zu der Dreiachs-Digita la nzeige, die u n serer Sch rittmotorka rte bei l ag ( s iehe auch c ' t Hacks 2/20 1 2, S. 1 33) . Bei der ka n n man n ä m l ich n u r d ie (ga nzza h l igen ! ) Impu lse fü r 1 /1 0 mm Weg e instel len, womit s ich h ier mit 25,6 e in u nzu läss iger Wert ergäbe. Wir haben d ie Motoren desha lb m it einem Za h n radpaar 20 auf 25 Zä hne untersetzt, was neben bei auch d ie mechan ische Konstruktion er le ichterte - die Za h n räder g le ichen e in le ichtes Spie l der Wel len aus und erübr igen e ine flex ib le Wel lenkupp lung . Mit der U ntersetzung 20/25 ergeben sich 256 x 25 I 20 = 320 I m pu l se pro Mi l l i meter, macht a l so 32 I m pu lse pro 1 / 1 0 mm. Damit war d ie Ch ina-Anzeige zufr ieden.
Eine weitere wichtige Bemessungsgröße ist die maximale Drehzah l , bei der d ie Sch rittmotoren unter Belastung noch einwandfrei a rbeiten . I st die Impu l sfreq uenz zu hoch, ver l iert der Motor mög l icherweise Sch ritte oder b le ibt ganz stehen - mit fata len Folgen fü r das Werkstück. Moderne Motoren mit 1 ,8° Sch rittwin kel sol lten es dank n iederohmiger, bipolarer Wickl ungen und Stromsteuerung ohne weiteres
,
auf 1 000 Upm und mehr br ingen, Dachbodenfunde mit hochohmigen Wickl ungen' (mehr a l s 1 5 Ohm) erreichen manchmal ka u m 200 Upm.
Unsere ant iken AEG-Motoren i m Mustera ufba u s ind zwa r schon bi polare Ausfü h ru ngen, mit i h ren 1 5-0hm-Wickl u ngen aber fü r vera ltete spa n n u ngsgefü h rte Steuerungen gedacht. I m merh in lassen s ie s ich an unserer Ch ina-Treiberka rte noch i m Achtelsch rittbetr ieb bei k le instmög l i ch e ingeste l ltem Strom (DI P-Scha lter auf 500 mA) betreiben. Rekorde
Detai l vom Zahnradantrieb der Gewindestangen. Durch die Untersetzung 20/25 ergibt sich mit dem 7,5°-Motor eine durch 10 ohne Rest tei lbare SchritteAnzahl für 1 mm Verfahrweg.
bei der Verfa h rgeschwi nd igkeit brechen s ie natürl i ch n icht, wi r haben etwa 600 mm/m in gemessen (zu m Verg le ich: Gute Portalfräsen mit Kugelgewindespi ndeln erreichen 6 m/min und mehr) .
Abgeregelt
E in ige der Masch inenparameter lassen sich bei Grbl beq uem mit dem ,.$"-Befeh l e inste l len, wie eben die I m pu l se pro M i l l i meter oder d ie maxi ma le Verfah r-
c't Hacks 3/20 1 2 1 7 1
Ard u ino-Sch rittmotorsteuerung
steht im Kasten auf der
- ·-
-
7 2 I c't Hacks 3/201 2
geschwindigkeit. Mit "$<CR>" kan n man sich d ie verfüg ba ren Pa ra metere inste l l u ngen ansehen. Geänderte Werte b le iben i m EEPROM des ATmega328 dauerhaft gespeichert.
Andere E inste l l u ngen, etwa die Portbeleg ung oder die Besch leun igu ng/ Abbremsverzögerung, lassen sich nur d u rch Ändern einiger defines i m Sou rcecode (config .h und sett ings .h bzw. sett ings.c) ändern. Zur Kom pi l ierung empfehlen wir fü r WindowsPCs das WinAVR-Pa ket. Das Kom pi lat (H EX-F i le) ist mit dem Ardu ino-Bootloader und dem Prog rammer AVRd ude kompatibel .
Servo statt Stepper
F ü r u n sere Plat i nenboh rmasch ine wol lten wir uns e ine aufwendige Z-Achse sparen - die Boh rtiefe ist
-.... ----(�� ' OM. \�T ............. o - 0 .. 1
o._ ......... MDJ. ---�� :\ OIIlte.t.T� • • (WI 0. - n-o.h....,..
lltj �lOf!OfUS � � @ lt\III OIWS t• a-,.
IIJtJ EIJl:l nt.l'll'oa&i.5
im U nterschied zu den Koord inaten weniger kritisch. Wir haben desha l b auf einen Mode l lbau-Servo zurückgeg riffen (s iehe B i lder); d ie kräftigen "H igh Torque"-Servos s ind h ier von Vorte i l .
D ie Servo- I m pu lsfolge wird be i unserer angepassten F i rmwa re an e inem sepa raten Ausgangspin bereitgestel lt, s ie fo lgt dem üb l ichen Sta ndard mit 1 bis 2 ms I m pu ls länge und 20 ms Pause. Der Servo-Kana l übern immt ( in Grenzen) d ie Werte der Z-Achse. Mit u n seren vorkompi l i e rten Seispie l -Parametersatz re icht der Servo-Bereich von 0 (L inksansch lag) b is
"+5 mm" (Rechtsa nschlag) . Der Servo-Ausschlag hält s ich i n d iesem Bereich stoisch an d ie Z-Motorposition und berücksichtigt desha lb auch d ie eingestel lte Vorschubgeschwind igkeit.
E igene An steuerprog ra mme sol lten vor dem nächsten Befe h l immer a uf die "ok"-Antwort des
- -....... ' E.�tOATA\Ynl>lll..plt
lOAOFU PllltTut StN)U
UiJ P�o- ,.. IWN..at. PonD-. • [§!]
/) •
letzten wa rten. Zu beachten ist, dass man Befeh lszeilen n u r mit e inem ei nfachen <CR> und n icht mit <CRLF> absch l ießt; das <LF> wü rde Grbl a l s e igene Zei le i nterpretieren, was auf Da uer den E inga ngspuffer verstopft.
Flashen lassen
U nser HEX-F i le wu rde fü r einen ATmega328 kompil iert, wegen der F l ießkomma-Arithmet ik ist der Bauste in damit recht gut gefü l lt. Es ka n n mit dem norma len Ard u i n o-Bootloader per AVRd ude geflasht werden. Die Aufruf-Syntax auf Wi ndows-PCs la utet:
avrdude -C "avrdude.conf' -pm328p -cstk500v1 -P COM<X>
-b57600 -0 -U flash:w:"grbl.hex": i
<X> steht h ierbei fü r den COM-Port, der vom USBCh ip des Ardu ino(-Ciones) belegt wird .
Das Mod u l ka n n mit e inem Termina l -Prog ra m m getestet werden: Nach d e m Reset sol lte d e r Ardu inoATmega mit der F i rmware-Version antworten. Testen Sie nach Ansch luss der Sch rittmotor-Treiberkarte mit den "$"-Parametern, welche Drehzah len I h re Motoren im e ingebauten Zusta nd u nter Last vertragen. A lsdann können S ie s ich a n d ie Ska l ieru rigswerte machen (Anzah l der Impu lse pro 1 mm Weg) . ln unserem Beispiel auf DVD i st h ier fü r a l l e Achsen der Wert 1 600 vorgegeben, das entspr icht e iner M6-Gewindestange an e inem d i rekt gekoppelten Motor mit 200 Sch ritten/U mdreh u n g im Achte lsch rittBetrieb.
Nach Montage der Referenz-Endscha lter ka n n auch d i e Referenzsuche (G28) ausprobiert werden . I st gar kei n Endscha lter a ngesch lossen, l aufen d ie Sch rittmotoren end los "gegen d ie Wa nd". Ansonsten fä h rt der Ard u i n o d i e Sch rittmotoren i m E i l gang so lange zurück, b is der Referenzscha lter der jewe i l igen Achse gesch lossen i st. Da n n wi rd wieder l angsam vorwä rts gefa h ren , b i s s ich der Scha lter
gerade wieder geöffnet hat, und der N u l l p u n kt i st gefu nden. E inen Ü berb l ick ü ber d ie Grb i -Fäh igke iten fi nden S ie auf der Wi ki-Seite g i thu b.com/ g rb l/g rbl/wik i . (cm)
�� � www.d.de/cs 1208068
Tx -1 P01 TxD Rx _, POO_RxD
RST 3 � Gnd AN4
02 03 D4 D5 D6 07 D8 D9
010 soo SDI
SCK ANO AN1 AN2 ANJ ANS Vcc RST
GNd Vin
' � 6 PD2
7 POl 8 PD4 9 POS 10PD6 1 1 P07 1 2POO 1 3P61 1 <PB2 1 5P83J>'A 1 16P84_MI
_rrP85..SC 1 8PCO 19PC1 20PC2
._llPCl 11 PC5
� � 15
7.6QV,
1
I -AT MOO
MIN
MO DUL
/
.X ./\( ?
PL3 1-PS3 1-
3 SERIAL TTL r--1 �
c---�
,....--'\, ,____
"---,____ '--X � -
X -�-'--
,"-� f---1
C 1
�-��rn25V PC4 r--1
RST
R 1 7
270R
Rr 6
270R
X51EP 1
Y DIR 3 2 01R 4
m n ENA8Ii 6
X DIR 7 Y m:J> B
SP1Nillf 9 UYJT 10
Y UMIT 1 1 :__L.IMIT12
STOP1 3 ENA81i14
COUt; TU\_RESET15 AA_16 16 AUX 17 1 7
18 19 20 11 71 23 24 25
1 2 3
L: � 1 2
LABVlEW Das grafisch orientierte
Labor-Entwicklungssystem
' st auch für Experimente I .
und Quick&Dtrty-
Aufbauten ei ne gute Wahl .
Wer die c't-Ausgabe
1 1 /2007 mit der LabVI EW
Vollversion 6.1 verpasst
h t findet (aktuellere) a ' h Studenten-Versionen a
_�c
als Beilage zu Büchern uber
LabVieW.
R1 5 R10
270R 270R
R4 R3 R1 1
270R 270R 270R
R7 R8 R5
270R 270R 270R
R6 R1 R2 270R 270R 270R
R9 270R
R14 R1 3 R 1 2
270R 270R 270R
CONN1 D25F to TB6560 Driver Card
Pl1
Servo JR
Pl4
EXT+5V
Pl2
RST BTN
c't Hacks 3/20 1 2 1 73
7 4 1 c't Hacks 3/201 2
Zeitaufwand:
1 Stu nde
Kosten:
20-60 Euro
Programmieren:
Ardu ino SDK, RCSwitch-Lib
Löten:
n u r Ansch lüsse löten
Grundken ntni sse
D ie Idee fü r d ieses klei ne Hacks-Projekt entsta nd im c't-Test la bor. Das Problem: Bei La ufzeitmes
su ngen von Smartphones und Ta blets ü ber Nacht wa r am nächsten Morgen zwa r d ie La ufzeit gemessen, aber natür l ich der Akku des Testgeräts leer. Folgetests mussten erst e i nma l wa rten, b is der Akku a ufgeladen war. Wir suchten nach einer Lösung, bei der das Smartphone genau dann a utomatisch mit dem Laden beg i n nt, wenn der Akku ent laden ist. Idea lerweise sol lte dabei ke ine Software auf dem Gerät insta l l iert werden, sondern mit externen H in weisen gearbeitet werden : Geht das D i sp lay a u s, sta rtet der Ladevorgang . Bei der Sichtu ng von i nteressa nten Lösu ngen landeten wir m it I P-Steckdosen oder profess ione l len He ima utomationssystemen schne l l bei mehreren h u ndert Euro und hatten das Gefüh l , dabei trotzdem nicht so flexibel zu sein, wie wir es eigentl ich gerne hätten .
So kam die Idee, e inen Ardu ino a ls Steuerzentra le für günstige Funksteckdosen aus dem Elektrohandel zu ben utzen : Statt die ei nzelnen Steckdosen wie vorgesehen per Fernsteuerung manuel l an- und auszuscha lten, wol lten wir den Ardu ino dazu veran lassen, d ie Steckdosen anzuscha lten, soba ld er über e inen Sensor den H i nweis bekam, dass der B i ldsch i rm des Testger�ts dunkel wurde. Para l le l sol lte der Ardu ino ein Logbuch fü hren, was er wan n getan hat, um später Fehlerquel len bei m Messen auszusch l ießen.
Den passenden Ardu ino Nano hatten wir noch in der c't-Redakt ion ü ber, bei einem On l i ne-Versa ndhändler besorgten wir u n s das Fun ksteckdosensystem E l ro AB440S/3C mit 3 Steckdosen und Fernsteuerung fü r 1 5 Euro - gü nstiger geht es ka um. Die Steckdosen werden über 434 MHz angesteuert und lassen s i ch ü ber d ie zeh n D I P-Scha lter u nter e ine r P lastikklappe auf der Rückseite der Steckdosen e inste l len . Die ersten fü nf Scha lter s ind d u rchnu mmeriert und defin ieren e ine Steckdosengru ppe, die restl ichen fü nf s ind mit Buchstaben von A bis E gekennzeichnet und bezeichnen d ie e inze lnen Steckdosen
Zutate n
1 . Ardu ino Nano
2. E l ro AB440S/3C F u n ksteckdosen
3. Fotowidersta nd A9060
4. Widerstä nde: 1 0 000 Ohm, 390 Ohm, 43 000 Ohm
5. Meh rere Drahtstücke
6. Ei n-Ausscha lter
7. Steckbrett
8. E l ro-Fern bed ienung
der jewei l igen Gru ppe. Die Fernsteuerung des Systems ka n n i n nerha lb e iner e instel l baren Gru ppe bis zu vier (aber n icht d ie fü nfte) Steckdosen mit Tasten e in- u n d a u sschalten, doch im Pr inz ip lassen s ich ü ber das F u n kmod u l 32 ma l 5 Steckdosen separat ansprechen, mehr a l s genug fü r jeden Testa ufba u .
Die vermeint l ich s impelste Lösu ng zur Steuerung per Ardu ino i st es , d ie Konta kte der i n sgesamt acht Fernsteueru ngstasten (A bis D, jewei l s an und aus) mit dem Ard u i n o zu verb inden, sodass der Mi krocontro l le r im r icht igen Moment den entsprechenden Pu l s erzeugt. Weil man bei den Tasten konta kten aber n u r sch lecht mit Löten weiterkommt und wir a u ßerdem eigent l ich gerne den kompletten Ad ressra u m (a l l e Gru ppen, a l l e Steckdosen) per Ardu ino ganz u nabhängig von den verfügbaren Tasten a n steuern wol lten, entschieden wir u ns, stattdessen e i nfach d i rekt d ie passenden S igna le per Ardu ino zu erzeugen und über e inen 434-M Hz-Sender an die Steckdosen zu senden.
c 't Hacks 3/20 1 2 1 7 5
Ard u i n o und Fun ksteckdosen
T I P P
Das i m Netz frei verfügbare Projekt
homecontrol4.me setzt RCSwitch für e in Heim
Automationssystem mit Funksteckdosen ein , d ie
s ich per Webi nterface oder Android-App (0,89 Euro)
steuern lassen. Das System a rbeitet mit Steckdosen
von Mu mbi, E l ro und Zehj iang Kangtai E lectric zusammen und nutzt zur Steuerung des Ard u i nos
aus der Ferne den Webserver "Webd uino".
7 6 1 c't Hacks 3/20 1 2
Das gesta ltete s ich a l lerd ings i nsofern a l s ga r n i cht so ei nfach, we i l wi r erst e inma l d ie Bitfo lgen herausfinden m ussten, d ie über d ie Fernbed ienung zum Scha lten der Steckdosen a usgesendet werden. Das Aus lesen er ledigt ebenfa l l s der Ardu ino-Controller fü r uns. Den Aufba u des fü r unser Steckdosensystem e ingesetzten Remote-Controi-Encoder PT2262 (oder H X2262) fa nden wir im Netz, und sch lossen ku rzerhand dessen P in fü r Digita l Out über e in Ka bel und einen etwas g rößeren Widersta nd (1 0 000 Ohm) mit e inem der d ig ita len Ardu ino-Pin zusammen, den wir a ls I nput defin ierten. Die Befehlsfolge im Ardu inoSketch
int PulsAuslesen=pulseln( inputPin l 0, LOW);
Seria l .println (PulsAuslesen);
sendet die I nterva l lfo lgen der e inze lnen Pu l se in Mikroseku nden an d ie seriel le Schn ittste l le, wen n man auf der Fernsteuerung e ine Taste d rückt. Dazu muss i m Setu p-Te i l des Ard u i no-Sketches d ie Ausgabe über d ie serie l le Sch n ittste l le mit serial .begin (9600); a ktiviert sei n . Die I nterva l lfo lge wird von dem i n jeder Steckdose enthaltenen Gegenpart zum Encoder, dem Decoder-!( PT2270 i nterpretiert. Dessen Datenblatt l iefert H inweise, wie d ie Signale aufgebaut s ind, doch s ie wirk l ich zuver läss ig zu entsch lü sse ln u n d auszuwerten (wo fä ngt e i n e Folge an , w i e o ft wiederholt s ie sich, etc.) ist den noch eine m ü h same Arbeit und erfordert e in igen Geh i rnschma lz.
R C Switch
Praktischerweise hat der deutsche Entwickler Suat Özg ü r e ine Ardu ino-Bib l iothek zum Aus lesen und Senden von Signalen genau solcher Funkfernbedienungen unter dem Namen RCSwitch zur Verfügung gestel lt (siehe L ink am Ende des Artikels) . Hat man s ie in den Libra ry-Ordner se iner Ardu ino-IDEs (a rdu ino/ l ibraries) kopiert, kann man damit innerha lb seines Ardu ino-Sketcl)es Bitfolgen aus der Fernbed ienung auslesen und ü ber 434 MHz versenden. Die ReceiveFunktion (ein Demo-Sketch ist in der Bib l iothek ent-
(' (' (' (' (' (' (' (' 0 (' (
0
()
c c (">. 0 0 (i (1 ()
(i ('
{'I (i 0 ('
(";
0 ('\ ("';
(">. )
L i s t i n g # i n c l u d e < R C S w i t c h . h> c o n s t i n t t o t o W i d e r s t a n d = 1 · c on s t i n t a u s E i n P i n = 1 0 ·
' l o n g Z e i t S e k u n d e n = 1 ·
' l on g Z e i t B i s S c h a l t e r �0 · i n t f o t o W i d e r s t a ndWe r t � 1 00 . i n t f o t o W i d e r s t a n d Vo r h e r = o : i n t a u s E i n S t a t u s = O ·
' b o o l e a n s t e c kd o s e A n � f a l s e · R C S w i t c h my S w i t c h = R C S w i t c h ( ) · v o i d s e t up ( ) {
'
S e r i a l . b e g i n ( 9 6 0 0 ) ; m y S w i t c h . e n a b l e T r a n s m i t ( 1 1 ) • p i nMode ( f o t o W i d e r s t a n d I N PUT ) .
. ' ' . p 1 nMode ( a u s E i n P i n , I N P U T J ; ) v o i d l o op ( ) {
a u s E i n S t a t u s = d i g i t a l R e a d ( a u s E i n P i n l ; i f U a u s E i n S t a t u s == l O W J && ( s t e c k d o s e A n == t r u e ) ) {
myS w i t c h . s w i t c h 0 f f ( " 1 1 1 1 1 " 4 ) · Z e i t B i s S c h a l t e r = O ·
' ' s t e c kd o s e A n = f a l s/ ) '
; 1 ( ( a u s E i n S t a t u s == H I G H ) && ( s t e c k d o s e A n == f a l s e l ) i f ( z e i t B i s S c h a l t e r == O J {
Z e i t B i s S c h a l t e r = m i l l i s ( ) · ) ' z e i � S e k u nd e n = ( m i l l i s O - z e i t B i s S c h a l t e r l / 60000 · S e n a l . p n n t ( " f W : " l ; ' S e r i a l . p r i n t ( a n a l o g R e a d ( f o t o W i d e r s t a n d ) ) . S e r i a l . p r i n t ( " ( " ) ; ' S e r i a l . p r i n t ( z e i ! S e k u nd e n ) · S e r i a l . p r i n t ( " m i n l , S t e c kdo s e : " ) ; S e r i a l . p r i n t l n ( s t e c kd o s e A n l · � o t o W i d e r � t a n d W e r t = a n a l o g R e a d ( f o t o W i d e r s t a n d l . 1 f ( f o t o W l d e r s t a n dW e r t < 2 0 ) '
i f ( f o t o W i d e r s t a n d V o r h e r > 4 ) {
m y S w i t c h . s w i t c h 0n ( " 1 1 1 1 1 " , 4 1 ; s t e c kd o s e A n = t r u e ·
S e r i a l . p r i n t l n ( " M e ; s u n g b e e n d e ! " ) . f o t o W i d e r s t a n d Vo r h e r = O ;
'
e l s e {
f o t o W i d e r s t a n d V o r h e r = f o t o W i d e r s t a n d Vo r h e r + 1 . ) ' ) e l s e {
f o t o W i d e r s t a n d V o r h e r = 0 . . ) '
(' ('
d e l a y ( 5 0 0 0 J ; )
ha lten) l iest den Befeh l aus, den der Encoder beim Drücken einer Taste an den Sender verschickt. So kann man sich für jede Taste den Code aufsch reiben und in seinem Ardu ino-Sketch hernach nutzen. Fü r das E inscha lten der vierten Steckdose ermittelten wir beispielsweise die Bitfolge: 00000000000 1 0 1 0 1 000 1 000 1 ,
die RCSwitch a ls Dezimalzah l S393 ausgibt. Sendeten wir d iese wiederum per Ardu ino an die Steckdose
mySwitch .send("000000000001 01 01 0001 0001 ");
scha ltete sie s ich ein und wir waren u nserem Ziel e in ganzes Stück näher. Über d iese Methode lassen s ich d iverse Funksysteme ansprechen. Wir hatten es aber noch leichter, denn fü r e ine Handvol l von Encodern, darunter auch unser PT2262, l iefert RCSwitch schon einen kompletten Befeh l ssatz m it. Wi r mussten per RCSwitch desha lb nur noch i n unser Sketch
mySwitch .switch0n ("1 1 1 1 1 ", 4); mySwitch.switchOff ("1 1 1 1 1 ", 4);
einfügen, um die D-Steckdose (4) i n der von uns defin ierten Gruppe ( 1 1 1 1 1 ) ein- beziehungsweise auszuschalten. Wei l wir d ie Fernbedienung eigentl ich gar n icht mehr fü r i h ren u rsprüng l ichen Zweck brauchten, fun kt ion ierten wi r s ie ku rzerhand zu u nserem Sender um. Um uns auch d ie Batterie der Fernbed ienung zu sparen, verbanden wir den P lus-Kontakt mit dem 5-Volt-Ausgang des Ardu ino und den M in usKontakt mit Ground . Die Fernbedienung wird eigent-
l ieh mit 1 2 Volt betrieben, wesha lb sich der zwischen dem DOut und dem Sender l iegende Widerstand (47 000 Ohm) a l s zu g roß erwies. Desha lb löteten wir den Draht, der vom Ardu ino aus d ie S ignale an den Sender übermittelt, nicht d i rekt a n den DOut, sondern steckten ihn i n e ine der näher am Sender l iegenden Durchkontaktierungen der FernbedienungsPlatine (siehe Abbi ldung) . Als Widerstand legten wir
0,5 mm heruntergeschmirgelt hatten, passte er ausgezeichnet in die Durchkontaktierung der Funksteuerungsplatine.
Ard u i n o und F u nksteckdosen
Der Fotowiderstand l iegt in unserem
Szenario auf dem Handy und prüft,
ob das Display noch an ist.
noch zwischen Sender und Ardu ino 1 0 000 Ohm, u m eine g ute S igna lstä rke h inzu bekommen.
Es ward Licht
Damit hatten wir bereits den g rößten Sch ritt gemacht: Wir kon nten fortan die Fun ksteckdosen per Ardu ino zum An- und Ausscha lten bewegen. Um diese Schaltu ng nun aber abhängig von der Displayhel l igkeit unseres Smartphones zu machen, benötigten wir noch einen passenden Sensor, der die Hel l igkeit aus l iest. Dafü r reicht ein Fotowiderstand (LDR) für 1 Euro vol l kommen aus . Den Widerstand legten wir aufs Display: Je nach Hel l igkeit lässt er mehr (Display an) oder weniger Strom (Display aus) durch. Ausgelesen wird der Wert über e inen ana logen P in des Ardu ino. Um überhaupt e inmal ein Gefü h l dafür zu bekommen, in welchen Bereichen sich der Widerstand bewegt, lasen wir ihn erst ei nmal per Arduino aus und sendeten das Ergebnis an d ie seriel le Schnittstel le.
R3 r------i 1 Ok
SV Remote Control 1---+--I Sig 433,92 MHz
GND
Rl 390
LDRl
Ardu ino Nano GND
R2 5 1 430
78 1 c't Hacks 3/20 1 2
Seria l .pri ntln (ana log Read ( l ightPin));
Der LDR l i efert je nach He l l i gkeit e inen Wert zwischen 0 (komplett d u n ke l ) und 1 023 (vo l le He l l igkeit) . Wei l i n u n seren Testverfa h ren auch d u nklere Displayinha lte zum Einsatz kommen, wird der Arduino in u n serem Szena rio erst bei e inem Wert u nter 1 0 a ktiv. U m ganz s icher zu gehen, muss i n unserem Ard u i no-Sketch die He l l i gkeit auf d iesem Maß fü r m indestens 30 Seku nden verb le iben, damit ku rze d u n kle Ste l len beisp ie lsweise in e inem Testvideo nicht als .,Display aus" i nterpretiert werden.
Jetzt ka n n es losgehen. Das Ard u i n oprogramm prüft a l le 5 Seku nden, ob am Fotowiderstand die kritische Grenze untersch ritten wird . Um unabhängig vom PC den Beg i n n der Messung auszulösen, bauten wi r noch e inen Scha lter e in . D ieser lässt s ich dazu nutzen, d u rch Aus- und wieder E inscha lten das Prog ramm neuzusta rten, wen n beispielsweise während der Messung e in Fehler u nterla ufen ist.
Um die gemessene He l l i gkeit, die vergangene Zeit se i t Teststa rt und das E inscha lten der Steckdose mitzu loggen, l ießen wir a u ßerdem die entsprechenden I nfos über d ie serie l le Schn ittste l le des Ardu ino a m PC ausgeben. So sendet beispie lsweise d ie Zei le
Serial.pri nt( analog Read (foto Widerstand));
den Wert des Foto-Widersta nds an die serie l l e Schn ittste l le . Das komplette Listi ng mit Kom mentierung der e inze lnen Befeh le fi nden S ie u nter dem L ink am Ende des Artikels .
Darüber hinaus
Zugegeben, d ie Problemste l l ung u nseres c't-Messlabors ist schon eine ganz besondere. Doch ist unsere Labor lösung n u r e i nes von v ie len Beispie len, das ü ber d ie Ard u i no-F u n kdosensteuerung bewä lt igt werden ka nn . Wir haben es beispie lsweise m it der Ard u i no-Scha l tung ebenfa l l s geschafft, d ie Stromzufu h r fü r die Stereoa n lage zu kappen, wen n es im Woh nzimmer längere Zeit komplett dunkel ist, oder per Beweg ungsmelder das Radio im Bad zu sta rten, wenn der c't-Redakteu r morgens sein Bett verlässt.
Auch unser Aufbau hat sich weiterentwickelt: Wir sind zum Beispiel gerade da bei, die Log-Fi les n icht mehr am PC ü ber die serie l le Sch n ittste l l e auszugeben. Stattdessen ha ben wir e inen Ardu ino Uno mit Ethernetsh ie ld i n kl u s ive SD-Ka rtens lot i m E in satz, sodass wir das Log auf d ie SO-Ka rte schreiben kön nen. So muss der PC n icht ü ber die ganze Nacht la ufen . Darüber h i n a u s steckt a m Ardu ino demnächst e in RTC-Mod u l (Real Time Clock), damit wir d ie echte U h rzeit ins Log schreiben statt nur d ie Zeitspanne, die zwischen Sta rt des Prog ra mms und der Messung vergangen i st. (acb)
[!]�[!] ill [!] . www.ct.de/cs 7 20807 4 �1:
h
SCANBYBLAC KBURNER 2012
genau in d ie Löcher einer P.latine passen, die
Zentrierhi�fe Wechsel nde I nnenabstände
sorgen dafü r, dass auch Bautei le untersch ied l icher Breite genau zentriert e ingelegt werden können .
U nzerstörbar Schlagfester Ku nststoff überlebt jede Werkzeug
kiste.
Sauber umgebogen
So müssen Bautei le aussehen, damit sie
s ich le icht i n P lat inen e insetzen lassen.
SCANBYBLAC KBURNER 2012
Sensoren sind fü r Mikrocontroller die Schnittstel len zur U mwelt. Wir zeigen eine Auswa h l n ützl icher und le icht verfügbarer Sensoren und wie man sie mit Ard u i no ansteuert.
Z um Wurzelziehen wird woh l niemand einen Mikrocontrol ler e insetzen - auch wen n es g inge.
Stattdessen spl l e in Mi krocontro l ler meist i rgendetwas steuern, ste l len oder regeln . Im e infachsten Fal l reagiert er nu r auf bestimmte d ig itale Zustände an seinen Eingängen. Mit Sensoren lassen sich jedoch auch Umweltgrößen erfassen, beispielsweise Temperatur, Luftdruck, die Konzentration von Gasen, He l l igkeit, Mag netfeld und Strah l ung . Mit Gyro- und Beschleu n igungssensoren kan n der Mikrocontrol ler zudem seine Lage feststel len oder ob i rgendwelche Kräfte auf ihn bezieh ungsweise d ie Platine wirken, auf der er befestigt ist. Quadrokopter halten sich damit �tabi l in der Luft, Roboter korrigieren auf diesem Weg ungenaue Odometriewerte.
Die Sensoren wa nde ln d ie zugrunde l i egende phys ika l ische Größe i n e in e lektrisches S igna l um und stel len es zur Weitervera rbeitu ng zur Verfügung. Viele Sensoren l iefern an i h rem Ausgang e ine ana loge Spa n n u ng, d ie bei sp ie lsweise in e inem l i nearen Zusammenhang zum Messwert steht. Mikrocontro l le r mit ana logen E ingäl)gen können d ie Spa n n u ng messen, daraus den Wert berechnen und je nach Aufgabe e in Ste l l g l ied
82 1 c't Hacks 3/20 1 2
(Motor, Vent i l ) steuern. Weit verbreitet i st auch der serie l le 12C-Bus: Ü ber ihn l i efern d ie Sensoren i h re Messwerte a l s b inäre Daten, sodass der Control ler auf e inen A/D-Wa nd ler verzichten ka nn . E in ige Sensoren l iefern statt der ana logen Spannung e in pu lsbreitenmod u l ie rtes S igna l an i h rem Ausgang, deren P u lsbreite proport iona l zu e iner Spannung ist. Die Dauer e ines Pu l ses kan n e in Mikrocontro l ler messen und mit den I nformationen respektive Formeln aus dem Datenblatt des Sensores den eigentl ichen Wert ermitte ln .
Die Programme der im Folgenden erklärten Sensoren wurden auf e inem Ard u i no-U no-Board mit der IDE Ardu ino 1 .0 . 1 getestet. Im U ntersch ied zur Vorgängerversion 023 s ind i n der aktuel len Version ein ige 12C-Befehle umbenannt. Wire.receive() wurde zu Wire.read() und Wire.send() hat man in Wire.write() umbenan nt. Sobald e in Sketch den 12C-Bus i n itia l i s iert, l iegt der Daten-Pin SDA beim Uno standardmäßig a n A4, d ie Taktleitung l iegt a n AS. l n den Beispielen, wo eine A/D-Wand lung vorgenommen wird, nutzt der Uno P in AO (sowie A 1 und A2). Die Versorgungsspannung der Sensoren n i m mt man von der benachbarten Leiste "Power" ab.
•
Kampas·smadul CMPSD3 Das Modul nutzt zwei Magnetfeldsensoren (KMZ51 ) zu r Messung des Erdmagnetfelds sowie einen PIC-Mikrocontroller, um daraus· den Winkel zu berechnen. Praktisch ist das etwa zur Bestimmung der Orientierung eines fahrbaren Roboters. ln manchen Fällen ist n icht mal die exakte Ermittlung der H immelsrichtung notwendig, es reicht zu messen, um wie viel Grad sich de-r Roboter gedreht hat. Das Modul hat eine Auflösung von 0,1 Grad und eine Genauigkeit von rund 4 Prozent. Den Winkel kann es über den 12CBus je nach Konfiguration als Byte-Wert zwischen 0 und 255 oder als Word zwischen 0 und 3599 ausgeben. Außerdem hat das Modul einen PWM-Ausgang, bei dem die Pulsbreite den Winkel repräsentiert.
Das Kompassmodul ist auf eine Inklination (Neigung des Magnetfelds zur Erde) von 67 Grad (Norfol k, UK) eingestellt. Im Süden Deutsch lands liegt die Inklination bei 63 Grad, während sie i m Norden bei
· 70 Grad l iegt. Die gegebenenfalls wenigen Grad Abweichung sollten aber nicht ins Gewicht fallen und machen eine Neukali-
C · , U i n c l ud e <W i r e . h>
• # d eh ne AD RE S SE O x CO » 1
�· � o i d 5 e t up 0 ( '
W i r e . be g i n O ;
s e r i a L . b eg i n \ 9 60 0 ) i
' ) � � o i d l oop ( ) {
0 by t e m5b i
by t e l 5 b ;
0 � )
W i r e . b e g i n I r a n 5m i 5 5 i o� t AD RES S E l ; .
i i r e . w r i t e ( 2 ) i , W i r e en dl r a n 5mi 5 5 i on 0 i
W i r e .. r equ e 5 t f r om ( AD RE,S S E , 2l
_;
w h i l e ( W i r e . a v a i l ab l e ( ) < 2 l , m5b : i i r e . r e a d O ;
l 5b : W i r e . r e a d O ; . ·
. I b e a r i ng = ( (m5b«8 l T L 5b l / 1 Q ; 1 0
(b ' ) . S e r i a l . p r i nt ln e a nn g ,
d e l ay ( 1 00 ) i
; Der Hersteller oevantech hat 0 ' für viele weitere Plattf�
.r,�en
0 Programmierbeispiele ,,
0 veröffentlicht. ·
brie;ung überflüssig. Wer den Kompass dennoch neu kalibrieren will, findet im Datenblatt des Herstellers Devantech eine Anleitung (siehe Link).
Mit einem Arduino Uno ist die Abfrage des Kompass über den 12C-Bus unkompliziert und eine reine Fleißarbeit. Beim Uno ist die Datenleitung SDA standardmäßig am Pin ANALOG 4 und am Kompassmodul an Pin 3. Die Taktleitung SCL findet sich beim Uno an ANALOG 5 und am Kompass an Pin 2. Die Größe der Pull-up-Widerstände sollte zwischen 1,8 und 10 Kiloohm l iegen. Der Arduino sendet dem Modul zunächst die Anfangsnummer des Registers, das er auslesen möchte - in diesen Fall den Winkel als Word aus Register 2 und 3.. Über die serielle Schnittstelle sendet der Arduino einen Wert zwischen 0 und 359.
() !: # i n cl ude " CMPS03 . h " f CHPS 03 compa 5 5 (p 9, p 1 0, CHPS03_D E FA UL T l 2 C A D-0 , , D R ES S ) · - -�- S e ri a l p c r ussrx, 'ussm . ,:::" J o t ma i n (J { ' : p c . p r i n t f ( " S t a r t i n g CMPS 03 t wh i l e (1 ) ( e 5 t . . . \ n " J ;
wa i t ( 0 . 1 J ; p c . p r i n t f ( " G r a d : %1\ n " B ea r i n g ( J I 1 0 . 0 ) ·
' c ompa 5 s . r e ad-) '
' I
Pin 9 - Ov Ground
Pin 8 - No Connect
Pin 6 - Celibrate
Pin 5 - Celibrating
Pin 4 - P\Mv1
Pin 3 - SD A
Pin 2 - SCL
Pi n 1 - +5V
c't Hacks 3/20 1 2 I 8 3
e r . '
U i n c l ud e <� i r e . h>
(' U d e f i n e A D RES S E Ox9 0 » 1
, v o i d s e t u p ()
{'I : (
' ) 0 :
S e r i a l . b e g i n ( 9 60 0 l i
W i r e . be g i n O i
W i r e . b eg i nl r a n s m i s s i on WRES S E l ; .
.
W ' e w r i t e ( O xA C l . / / I m C on f l g-Re g 1 s t e r
�� � e .. w r i t e ( O xO c l : / / Au f l ö s ung 1 2 B 1 t
W i r e . b e g i nT r a n sm i s s i on WRES S E l ; . .
� i r e . w r i t e ( Ox 5 1 l ; I I Sta r t C onv e r s 1 on
. W i r e . e n dT r a n sm i s s i o n O ;
• vo i d l oop O () (
'
0 ' ' '
� ·
i n t ß t m s b ; i n t ß
-t l s b ;
f l o at t emp = 0 ;
d e l ay ( 7 5 0 l i W i r e , b e g i n T r a n s m i s s i o n <MRES S E l i
W i r e . w r i t e ( O x ! A l ; . I I T e mp e r a t u r l e s e n
W i r e . e n dT r a n s m i s s i o nO i
W i r e . r equ e s t f r om ( AD RE S S E , 2 1 ;
m s b = W i r e . r e a d O ;
l s b = W i r e . r e a d O ;
t e mp = m sb ; 0 062 5 1 .
f l o a t f "= msb + ( ( l s b » � �. � , ; S e r i a l . p r i n t ( " T e mp e r a t u r - l '
s e r i a l . p r i n t l n ( f , 5 1 i
84 1 c't Hacks 3/20 1 2
U i n c lude <W i r d> : # d e f i n e A D RE S S E O x4 S '
i n t ß t ms b , l s b ;
v o i d-
s etup ( l
( W i r e . be g i n O ;
ser i a l. be g i n C 9 60 0 l i
} v o i d l oop ( l
': (
W i r e . r equ e st f r omWRE S S E , 2 1 i
' 1 wh ile (W i r e . a v a il ab l e ( l l
( m sb = W i r e . r e ad O ;
:ots b =. W i r � . r e a d O ; , ·
l sb �· l so » 7 ;
)
fl oa t f = msb + 0 . 5 * l s b ; " .
S e r i a l . p r i n t ( " T emp e r a t u r = l '
S e ri a l . p ri n tl n ( f , 2 l i
' d e l a y ( 5 00 l i
' )
Temperatursensor D S 1 6 3 1
Wer d ie Tem peratu r genauer messen möchte, sol lte den 05 1 63 1 e insetzen . Der IC i st p in-kompatibel mit dem LM75, hat aber statt 9 Bit Auflösung 1 2 Bit und e ine Gen a u i g keit von 0 ,5 G rad . Anders a l s der LM75 " läuft" der DS 1 63 1 aber n icht von a l le ine los, sondern erwartet eine Konfiguration und e inen Sta rtbefeh l zum Messen und Konvert ieren der Temperatu r.
Der DS1 631 misst mit einer Auflösung von 0,0625 Grad Celsius.
051 63 1
Abstandssensor Sharp GP2 D -1 2 CI Die Ausgangsspa n n u ngen des Sharp
Sensms sind jedoch m it Vorsicht zu genießen. D ie gemessenenWerte können trotz 7 unveränderten Abstands zu m Objekt mitunter erheblich schwaAken. Abh i lfe kan n unter anderem eine nah a n den Eingängen der Versorgungsspann ung angebrachte Kombination von St ütz-Ei ko und F i lter-
' Kondensator (1 00 ·nF) ;bringen. l n un seren Versuchen l ieß das.d ieWerte ein iger Sensoren' weniger schwanken. Bei e in igen Exemplaren halfen auch Kondensatoren nicht. Wenn d ie Messun-
(.; : L i s t i n g . 0 ' ' 0 .: i n t gp2d 1 2=0;
; vo 1 d s e t up ( ) 0 ' { ' : P l n Mode ( gp2d 1 21 I NPUT ! ; 0 , S e n a l . b eg i n ( 9600 J · } I
0 vo i d, l oop ( J {
fi nl
t va l = a n a l og R ea d (gp2d 1 2 J · o a t r e t - ( 6 78 7 0 ! ( ( I -. · f l oa t ) va l - 3 . 0 ) ) _ ' 4 , 0, 1 f ( r e t > 8 0 . 0 )
r e t = 80 · S e r i a l . p r i � t l n ( r e t ) , Cl) de l ay ( 1 000 ) , '
-: } I
Um die Entfernung zu Wä nden und Objekten abzuschätzen, setzt man in der Roboti k gerne I R-Abstandssensoren e in . Pra ktisch ist beispielsweise der ab 1 5 Euro erhä ltl iche GP2D1 20, der Entfernu ngen zwi schen 1 0 und 80 Zentimetern relativ genau messen kann . Dazu sendet der Sensor ein gebündeltes I nfrarotsigna l aus. Ein sogena nntes Posit ion Sens ing Device (PSD) iin Sensor empfä ngt das reflektierte Signal und erzeugt e inen Strom . Je nach Abstand des Objekts zum Sensor trifft der I nfrarotstrah l an untersch iedl ichen Ste l len des PSD auf, was wiederum u ntersch ied l iche Ströme beziehungsweise Spannungen ve ru rsacht. · Am Ausga ng des Sensors steht eine Spannung an, die um so größer ist, je kleiner der Absta nd zum Objekt. Leider stehen Abstand und Spannung bei d iesem Sensor i n keinem l inearen Zusammenhang. Mit einer Look-up-Tabel le der Spannungen u nd der jewei l igen Abstände kan n man prinzipiell
gen n icht zeitkritisch s ind, ��:�==::::::::::=::::::::::=:::::::==���f��� kann m a n' a u ch me hrmal s � COMB
messen und beispielsweise den Mittelwert neh!!'en. Die Zeit zwischen den ei nzel nen Messungen muss mi ndestens 40 Mill isekunden betragen; so l a nge benÖtigt der Sensor zur Ermittlung ei nes neuen Werts. · bei jeder Messung d ie richtigen Werte ab
fragen. E lega nter ist jedoch die vom Herste l le r Acrename Robotics ermittelte Forme l (s iehe List ing), m it sich der Absta nd " aus der Spa nnung ausrechnen lässt.
M it dem Arduino .. l ässt sich d ie Spannung über den A/D-Wantller 'ein lesen und weiterverarbeiten.
_ o o
_ o o
_ o o
_ 68
� Autoscrd\1
c't Hacks 3/20 1 2 1 85
L i s t i n g
0 0 • • •
i n t UCHSE_P I N = 0
i nt 1JCHS E_P IN = 1
i n t 1 msE P I N = 2
v o i d � et up (l {
p i nMod e (0CH SE_P l N 1 ! NPUT l
p i nMod e (1JCHSE_P I N 1 ! NPU1 )
p i nMd e ( l)CHS E_P IN 1 !NPUT l
S e r i a \ . b e g i n ( 9 600 ) ;
} 0 ' vo i d \ oop O ·
• • • •
{
}
S e r i a \ . p r i n t ( a n a \ ogRe a dn )CH S E_P I N ) } ;
S e r i a l . p r i n t ( " \ t " ) ;
S e r i a \ . p r i n t ( a n a \ o gRe a d ( Y)CHS E_P IN ) ) ;
S e r i a \ . p r i n t ( " \ t " ) ; ·
S e r i a \ . p r i n t \ n ( a n a \ o g Re a d ( l)CHSE_P !N ) ) ;
d e \ ay ( 1 00 ) ;
86 1 c't Hacks 3/20 1 2
W i re . be g i n ( J . S e r i 1 1 a . b e g i n ( 9600 J · I
W i r e b . w · . eg J n Tra ns . .
w : ;: · �� ! t e ( by t e ��:��)o)n : A D RESS E) i
. • r l t e (b 1 W i re . i ndTr a r t : ( Ox5 1 J J ;
de l ay ( 70 J . n sm 1 s s i on ( J .
w ' , f I
! r e . b eg i n Tra n . . �:;:.· :�::::by t:��:�Jf;iA DRES SE ) i W i r e . r e u n sm J s s i on ( J ;
jUWi re :a ::t{;:�:gRJSSE1 2 ! ;
d . J s t a n z = W . d i s t a n z = / re . r ea d ( J ; d i s t an z
� J s t.a n z « 8 · S e r i a l p r
l : Wm . re ad ( J : . J n t ( "D . I S e r i a l . p r i n t l J s t anz = " ) · n (d J s t a n z ) . 1
I
Gyroskopsensor L I SY3 D DAL
E in Gyroskop m i sst d ie Winkelgeschwind igkeit e iner Drehu ng, a l so G rad pro Sekunde. Gyroskope l i efern jedoch keinen a bsoluten oder relativen Drehwin keL E ine relative Winkeländerung kan n man jedoch pri nzip ie l l ü ber d ie (mathematische) I nteg rat ion der Messwerte berechnen . Der Sensor L I SY300AL ist e in 1 -Achsen Gyroskop und g i bt e ine ana loge Spannung aus, d ie proport iona l zu r Wi n ke lgeschwi nd igkeit i st. Der Sensor wird etwa von Watterott auf e inem Brea kcut-Boa rd ge l iefert, a n d e m m a n d i e Spannung abnehmen kann . Ohne Dreh u n g steht dort e ine Spa n n u n g v o n 1 ,6 b is 1 ,8 Volt an , je n a c h Drehr ichtung ste igt oder s i n kt d ie Spa n n u n g um 3,3 mV pro G rad pro Seku nde. Um den Win kel zu besti mmen, kan n man mit 1 0 Hz d ie Spa n n u ngen messen und vom Messwert jewei l s e in Zeh ntel a ufadd ieren. A l lerd ings neigen Gyro-Sensoren zum Driften -sie ändern über e inen gewissen Zeitrau m d i e Spannung auch dann, wen n s ich n ichts d reht.
Bei der Lagerege lung etwa von Quadrokoptern mit 3-Achs-Gyros fü h rt d ies zu Prob lemen. Zur Lösung zieht man zusätzl ich d ie Daten von Besch leun igungsmessern heran (s iehe ADXL330) : Da die Erd besch leun igung u n d die entsprechende Spa n n u n g dazu beka n nt s ind , ka n n man d u rch Trigonometr ie den a ktuel l en Ne i gungswi n kel des Sensors zur Horizonta len berechnen. Kombin iert man den Drehwi nke l und d ie Drehgeschwi nd igkeit be ider Sensoren, so erhä lt man e ine sta b i le re Lagerege lung.
D ie 3,3 Volt Versorg u ngsspa n n u n g fü r das Gyro-Mod u l l iefert der Ard u i no. A ls ana loger E ingang d ient P in 0. Den P in PD (Power Down) des Mod u l s verbindet man mit Masse (GND, Grou nd) und den P in ST lässt man u n bescha ltet. Den Wert gyro_bias (s iehe List ing) ermittelt man am besten i n meh reren Versuchen i m laufenden Betrieb. Man passt ihn so lange an, b is s ich der Winke l ohne Dreh u n g nur noch ger ingfüg i g ändert. Dreht man dann den Sensor u m se ine Achse, so erhä lt man Drehwi n ke l relativ zur Startposit ion.
- 1 1 . 62
- 1 6 . 4 6
- 2 3 . 2 2
- 1 3 . 4 0
0 . 1 2
8 . 0 2
1 5 . 7 7
2 2 . 6 3
3 1 . 5 6
3 2 . 65
3 6 . 1 0
3 7 . 1 8
3 7 . 3 8
3 8 . 9 1
3 7 . 9 2
3 9 . 5 9
}
L i s t i n g i n t mo P I N = o · f l o a t gy�o_s e n s i ; i v i t y = 0 . 0033 ; 1 1 3 , 3mV Id e g l s e c f l o a t gy ro_b i a s = 1 . 6 7 ; f l o a t g y ro v = 5 · f l o a t w i n k; l = o : v o i d s e t u p ( )
'
( S e r i a l . b e g i n ( 96 0 0 ) · } '
v o i d l oop ( ) ( f l oa t d r e h r a t e = ( a n a l o g R e a d ( G Y R O P I N J , g y r o_v ) I 1 023 ; -d r e h r a t e = d r e h r a t e - gy ro b i a s d r e h r a t e = d r e h r a t e 1 g y r o
-s e n s l t i v i t y · d r e h r a t e = d r e h r a t e 1 1 0 ·
- ' w i n k e t += d r e h r a t e ·
'
S e r i a l . p r i n t l n ( w i n k e l ) · d e l a y ( 1 0 0 J ;
'
rlJ Autoscroll [Newline ··] f260o baud ;]
FRONTPLATTEN & GEHÄUSE Kostengünstige Einzelstücke und Kleinserien
Individuel le Frontplatten können mit dem Frontplatten Designer mühelos gestaltet werden . Der Frontplatten Designer wird kostenlos im Internet oder auf CD zur Verfügung gestel lt .
· Automatische Preisberechnung · Lieferung innerhalb von
5-8 Tagen · 24-Stunden-Service bei Bedarf
Preisbeispiel: 34,93€ zzgl. USt.Nersand
mitzer �arnm 32 · D-1 2277 Ber1in · Tel +49 (0)30 8058695-0 Fax +49 (0)30 8058695-33 · Web [email protected] ·
r
r-=- " ( r r r r
r : - :
c't Hacks 3/20 1 2 I 8 7
Sensoren am Arduino l'iJIIIIIII
Magnetometer H M C S B B 3 L
I m mer häufiger findet man i n Kombination mit Gyro- und Besch leun igu ngssensoren auch sogenan nte 3-Achsen-Magnetometer, mit denen man a n hand des Erdmagnetfelds d ie Neigung a l le r 3 Achsen besti mmen ka nn . Der Sensor H MC5883l (Brea kout-Board SEN-1 0530) l iefert d ie Daten a ls Wi n kel zwischen 0 und 359 via 12C. Der Ardu ino g ibt den Befeh l zum Auslesen von Register 3, woraufh i n der Sensor mit 6 Bytes antwortet: 2 Bytes (MSB u n d LSB) fü r jede Achse.
Das Brea kout-Boa rd enthält bereits d ie P u i i -Up-Widerstä nde gegen d ie Versorg u ngsspa n n u ng . Leider arbeitet der Sensor nur mit 3,3 Volt Versorgu ngsspannung, das hei ßt, auch d ie 12C-P ins a rbeiten n u r m i t d iesem Level . Wen n d e r Master beispie lsweise mit einem Pegel von 5 Volt arbeitet, der S lave mit 3,3 Volt und die 12(Pu i i -Up ebenfa l l s an 3,3 Volt l iegen, fu n kt ioniert d ie Kombi nat ion jedoch meist ohne Probleme. la ut 1 2C-Spezifi kat ion s ind d ie Ausgänge a l s Open-Co l lector respektive Open-Dra i n u mzusetzen, u n d genau d a s macht d e r Ardu ino bei der l n i t ia l i s ierung se ines 12C-Busses. B e i e iner
N u l l auf dem Bus z ieht der Ausgang d ie Leitung gegen Masse, be i e iner E ins i s t der Ausgang hochohmig, E ingänge l iegen a lso a n 3,3 Volt. Somit kan n weder beim Master noch beim S lave i rgendetwas ka puttgehen.
Einzig der zu n iedr ige H i gh-Pegel kan n fü r den Ard u i n o etwas g renzwert ig se in und Probleme bei der Erkenn u n g bereiten, i nsbesondere wenn die Versorgu ngsspann u ng ohnehin schon n icht ganz sauber ist oder d ie länge des 12C-Busses etwas g rößer. F ü r solche Fä l l e b ietet der Herste l l e r Sparkfun den A l lzweck-levei-Sh ifter BOB-08745 für u nter 2 E u ro an, da lohnt der Selbstbau n icht. Diverse deutsche Anbieter haben das Board ebenfa l l s in i h rem Shop.
�� � www.d.de/cs1208082
Sparkfun kann nicht nur beim 12C-Bus die Pegel anpassen, sondern auch bei seriellen Schnittstellen zwischen 3,3 und 5 Volt "vermitteln". Notiz
88 1 c't Hacks 3/20 1 2
Diesen und viele andere Se_nsoren bekommt man be , Sparkfun direkt oder d�utschen Distributeren Wie Watterott.com robotikHardware.d� und noDNA.de
)
L i s t i n g # i n c l u d e < W i r e . h > # de f i n e A D R E S S E Ox 1 E vo i d s e t u p ( ) {
S e r i a l . b e g i n ( 96 00 l ; W i r e . b e g i n ( ) ; W i r e . b e g i n l r a n s m i s s i o n ( A D R E S S E ) · W i r e . w r i t e ! O x02 l ;
'
W i r e . w r i t e ! O x OO l ; W i r e . e n d l r a n s m i s s i o n O ·
) '
v o i d l o op ( ) {
i n t x , y , z ; W i r e . b e g i n l r a m i s s i o n ! A D R E S S E ) · W i r e . w r i t e ( Ox OJ l ;
'
W i r e . e n d T r a n s m i s s i o n O · W i r e . r e q u e s t f r o m ! A D R E S S E 6 ) · i f ( 6< = W i r e . a v a i l a b l e ( ) ) {
' '
)
x = Wi r e . r e a d 0 «8 ; x I = W i r e . r e a d O ; z = W i r e . r e a d 0 «8 ; z I = W i r e . r e a d O ; y = W i r e . r e a d 0 «8 ; Y I = W i r e . r e a d O ;
S e r i a l . p r i n t ! " x : " l ; S e r i a l . p r i n t ! x l ; S e r i a l . p r i n t ( " y : " ) ; S e r i a l . p r i n t ( y ) ; S e r i a l . p r i n t ( " z : " ) · S e r i a l . p r i n t l n ( z J ;
'
d e l a y ( 2 5 0 J ;
SCANBYBLAC KBURNER 2012
..
LCD-F i ipper I
Ja n-Keno Janssen, Stefa n Porteck
L C DFi i p p e r Vi rtu e l l e r F l i p p e r i n echte m G e h ä use
90 I c't Hacks
D ie meisten F l i pper fü r den PC b ieten n u r l ahme Fantas ie-Ti sche. Wer d ie echten K lass iker sp ie
len wi l l , i n denen man frü her se in Taschenge ld versen kt hat, wi rd bei der F reewa re V isua l P i nba l l fü nd ig . Dessen g roße Com m u n ity hat jeden ha l bwegs bekan nten F l i ppert isch i n d ie d ig ita le We it gerettet. Der C lou daran : D ie T ische werden n icht e infach n u r nachempfu nden . Das ebenfa l l s kosten lose Tool Visua i P i nMAME sorgt fü r die Emu lat ion der aus den echten Tischen ausgelesenen ROMs . Dad u rch verhä l t sich der Pixelfl i pper haargenau so wie der mechan i sche: Sp ie laufga ben, Sound, An i mat ionen im P u n kted i sp lay, Lä m pchen-B l i nkmuster - a l l es wie beim Orig i na l .
E in weiteres beka n ntes Projekt hört auf den Namen Future P i nba l l . Dessen virtue l le Tische zeichnen sich meist du rch eine sehr gute 3D-Grafi k aus . Die Ba l lphys ik kann aber n icht mit der von V isua l P inba l l mitha lten . Zudem u nterstützt Future P inba l l n icht das E inb inden der orig ina len F l ipper-ROMs.
Neben den kosten losen Prog rammen stehen n u n auch kommerzie l le Spie leprog rammierschmieden i n den Startlöchern : Da s U nternehmen Fars ide hat d iverse Spiel ha l lenklass iker l izenziert und bietet kosten pfl ichtige v i rtue l le Vers ionen der Tische an - bislang a l lerd ings erst fü r Ta b lets, Smartphones und Spie lkonsolen. Mit V i sua l P i nba l l ka n n man e infach per Tastatur a m Desktop-PC fl i ppern . Es lässt s ich aber auch i n e in Baste ip rojekt e in b inden , bei dem jedem F l i pperfa n d ie Ki n n lade runterfä l lt : E in v i rtue l ler F l i pper im echten Gehäuse. Genau so e in Gerät haben wir aus e inem PC, d re i D isp lays und e inem a lten F l i pper gebaut .
K lar, Pu risten meckern ü ber d ie feh lende "Seele"
der ge l iebten Masch inen - doch auch s ie mussten nach wenigen Kuge ln zugeben, dass s ie noch keine S imu lation gespielt haben, d ie dem Orig ina l so nahe kommt. Auch Freunde der sol iden E lektromechan i k kommen auf i h re Kosten : So nutzt unser c't-F i i pper weiterh i n d ie 33 J ah re a lten F l i pperknöpfe mit Federscha lter, und auch den mechan i schen Münzprüfer haben wir ins Computerzeitalter überfüh rt.
Mit Kosten von rund 2000 Euro i nklusive PC und Displays i s t unser v i rtue l ler F l ipper zwar kei n Schnäppchen, er b le ibt aber locker unter dem Preis eines echten Tisches. Für einen gut gepflegten Klassiker wie "The Addams Fami ly" muss man bis zu 8000 Euro auf den Tisch legen - und auch d ieser wird i rgendwann langwei l ig . Das ist bei e inem vi rtuel len F l ipper fast u nmögl ich, sch l ießl ich kan n man darauf mehr a ls hundert versch iedene Tische spielen - die dank Updates auch ständig besser werden.
Installation
Um die erforder l iche Software von Hand zu i n sta l l ieren, lädt man auf der Webseite www.VPForums.org zunächst das Paket VP l n sta l le r 1 .0.3 heru nter. Das Tool i nsta l l iert i n einem Rutsch d ie benötigten Programme Visua l P i nba l l (fü r d ie F l i pper-S imu lat ion) und Visua iP inMAME (fü r d ie Emu lation des F l i pperROMs) und legt d ie notwendigen Ord nerstruktu ren sowie Regi stry-E i nträge an. Leider landen dabei n icht d ie aktue l len Vers ionen der beiden Prog ram-
Einkaufsliste virtueller Flipper
- Altes Flippergehäuse (Wi l l iams Tri Zone von 1979) .
G · ·t (Samsung UE40D5000) _ TV- era
Vh) - 27" -Monitor (AOC e2795
- 15"-17" -Monitor (von eBay) +
- Boxenset (Wavemaster MX-3 )
- PC _ Kanthöl zer
_ schrauben
_ Wi nkelbl eche
- Farbe _ Flipperknöpfe - Kabel _ Münzprüfer .
ca. 200 €
ca. 460 € 200 €
20 € 35 €
ca. 500 € 20 € 10 € 10 € 15 € 35 € 20 €
"
25 € 110 €
- Mot-Ion-Digitai -P iun_ger- Kit
- Sicherheitsglasscheibe 45 €
1715 € summe
me auf der Festplatte. Desha lb muss man ansch l ießend die jewei l s neuesten Vers ionen ei nzel n herunterladen und d ie entsprechenden EXE-Dateien im Prog ra m mord ner von Hand ersetzen . Auf VPForums.org fi ndet s ich eine deta i l l ierte An leitung dafü r (s iehe c't-Li n k am Ende des Arti ke ls) .
D ie Prog ramma utoren empfeh len zwar, Visua l P i nba l l u nter Windows XP zu n utzen, bei unseren Tests l ief es aber auch u nter Windows 7 zufriedenste l lend, nachdem wir es mit Admin-Rechten und im Kompatib i l itäts-Modus gesta rtet hatten .
Be im Start begrüßt e i nen Visual P i nba l l m i t einem wenig e in ladenden Ed itor-Fenster. Ü ber den Menüpunkt "Open" lässt s ich der mitgel ieferte Tisch namens "TopSpeed" laden und mit FS sta rten . Tol l e
'"""'« 0 C) Spinoe Timet * 1o 0
Trigger LigN • 01 Kicbr Ttrget e wn
Oec:•l Tmß.,,
Mit dem VP lnstal ler
von der Webseite
www.VPForums.org lassen
sich Visual Pinball und
VisuaiPin Mame in einem
Rutsch installieren .
Anschließend muss m�n
deren Exe-Dateien al lerdmgs
eh durch die der aktuellen no .
Programmversionen
ersetzen .
c't Hacks 3/201 2 1 9 1
LCD-F i i pper
Viele der virtuellen Tische von Visual Pinball sehen sehr
realistisch aus - Schatten und Spiegelungen der
Flipperkugel inklusive. Nach wenigen Minuten vergisst
man, dass man auf einem LCD statt auf einem echten
Flipperautomaten spielt.
Tl PP Beim Gehäusebau sollte
man die originalen
Federschalter der
F lipperbuttons erhalten
oder gleichartigen E rsat�
S·,e h aben nämlich besorgen .
einen ganz anderen
Druckpunkt als moderne
Mikroschalter. Letztere
eignen sich eher für Extra
Knöpfe zur Steuerung von
HyperPin .
92 1 c't Hacks 3/20 1 2
Grafi k darf man h ier n icht erwa rten, aber fü r e inen ersten Funktionstest reichts a l lemal .
Ans Eingemachte
Wirkl ich Spaß machen erst d ie d ig ita len Nachbauten echter F l ipper. Für die benötigt Visual P inba l l die i n de r I nstal lat ionsan le itung verl i n kten VBS-Skripte, d ie
man in den Ordner .. Wisua l P inba i i\Tables\" kopieren muss. Während d ie e lektromechan ischen Tische ( in der F l i pperszene . . EM" genannt) kei ne weitere Software erfordern, benötigen d ie ab Ende der 1 970er Jah re geba uten Sol id-State-Ti sche ( . . SS") passende ROM-Dateien, d ie man ebenfa l l s auf der VPForumsWebseite fi ndet. Wegen des Down load l im its fü r n icht zah lende Mitg l ieder b ietet s ich a lternativ d ie I nternet P inba l l Database ( ipdb.org) a l s ROM-Que l le an . l n den aus den echten Geräten ausgelesenen ROM-Dateien stecken neben der Spie l log ik Disp layAn imationen und Sounds . Wä h rend d ie ROMs von ä lteren Geräten n u r e in paar KByte klein sind, verbrauchen modernere Tische - vor a l lem wegen der gesampleten Mus ik - mehrere MByte. Ob der ROMDown load legal i st oder n icht, daran scheiden s ich d ie Geister (s iehe Kasten auf Seite 96).
Die eigent l ichen F l ippert ische fi ndet man in Form von VPT-Dateien ebenfa l l s auf VPForums.org. D ie meisten Tische stehen dort i n d rei untersch ied l ichen Va r ianten zur Verfügung : Unter der Rubr ik . . V i sua l P inba l l Desktop" fi nden s ich VPTs, d ie s ich am normalen Desktop-PC spie len lassen. Als Spie ler schaut
man h ierbei i n e inem Winkel von rund 30 Grad auf das Spielfe ld - ganz so, a ls stü nde man vor e inem echten F l i pper. Dieser B l ickwinkel verschenkt auf Breitb i ldmonitoren rechts und l i nks z ieml ich viel P latz.
Die sogenan nten Fu l l screen-Ca binets aus der Rubr ik . . V isua l P inbal l Cabinet" sehen deut l ich schöner, deta i l reicher und rea l i st ischer aus. S ie ste l len d ie Sp ie lfl äche be i nahezu d i rekter Draufs icht dar. Um darauf fl i ppern zu kön nen, braucht man einen ins Hochformat gedrehten 1 6:9-Monitor.
Mon itore ohne Drehge lenk kan n man a l s Behelf auf d e n Schre ibtisch legen und mit Büchern oder Ähn l ichem oben abstützen - besonders a l ltagstaug l i ch ist das natür l ich n icht. E in Tischfl i pper i st da schon prakt ika-b ler : ln der e infachsten Va ria nte re icht dafü r ein 1 6:9-Monitor und e ine aus MDF- oder Mu lt ip lexplatten gezi mmerte flache, oben offene Kiste. Mit H i lfe eines Kantholzes und e iner VESA-Ha lteru ng lässt s i ch das D isp lay bünd ig dar in befest igen . Wegen der sta rken Winke labhäng igkeit von TN-Disp lays sol lte man h ierfü r e inen Mon itor mit I PS- oder VA-Pane l a nschaffen, d ie man mit einer Diagonalen von 23 Zol l schon fü r wen iger als 200 Euro bekommt.
Zum Spie len auf e inem Tisch-F l i pper reicht die Tastatur theoretisch aus . Authentischer wi rd es natürl ich mit echten F l ipperknöpfen . Die US-Fi rma Nanotech vertre ibt mit dem neun Ki lo schweren P inba l l Wizard e inen Al l - i n-One-Controler mit Abschussbolzen, Rütte lsensor und authentischen Buttons. Leider kostet der Spaß 300 US-Do l l a r.
Kreisverkehr
Visua l P inba l l i st i n erster L in ie e in F l ipper-Editor mit Windows-Oberfläche. Entsprechend lassen sich gewünschte Tische n icht besonders komfortabel laden und sta rten . H ier kom mt d ie F reeware HyperPin ins Spie l . Damit kann man über e in Drehmenü am u nteren B i ldsch i rmrand a l l e i n sta l l ie rten Tische u nter einer sch icken g rafischen Oberfläche begutachten und natürl ich auch sta rten . Das Tol le : Für d ie Bedienung werden nur d ie Sh ift-, Enter- und Escape-Tasten benötigt - auf Tischfl i ppern oder Geräten im Orig ina lgehäuse lässt s ich HyperPin desha lb sti lecht mit den Knöpfen am Gehäuse bed ienen.
Die insta l l ierten Tische muss man zunächst i n HyperPin ein pflegen. Das geschieht in der Datei Visua i P i nba l l .xml , d ie im HyperP in-Od ner u nter .. \Databases\Visua l P i nba l l\" l iegt. Der Aufba u der XMLDatei ist recht s impel : Der wichtigste Ei ntrag ist <game
name>, der e i nfach den Namen der VPT-Datei des Tisches ohne Dateiendung enthä lt. Auf Wunsch übern immt d ie F reeware HyperPin Database Ed itor das mühsame XML-Gefricke l .
Die anzuzeigenden Vorschau bi lder entn immt HyperP in dem E intrag <description> . Die B i lder müssen unter dem dort angegeben Namen i n den Ordnern Backg lass Images, Table Images und Wheel Images u nter "\HyperPi n\Med ia\Visua l P i nba l l\" l iegen . l n d e n meisten Fä l len entha lten d i e v i rtue l len Tische kei ne Vorschaub i lder. Im VPForum fi nden s ich aber fü r fast a l le popu l ä ren Tische sogenannte Mediapacks. Entpackt man d iese Archive im HyperPin-Ordner, so landen s ie automatisch in den richtigen Unterordnern .
Perfekt ionisten können u nter g le ichem Dateinamen i n den Ord nern F lyer I mages und l n struct ion Cards u nter "\HyperPi n\Med ia\HyperPin\" auch Bi l der von Spie lanle itungen und von zeitgenössischen Prospekten h i nterlegen.
Beim ersten Sta rt e ines neu insta l l ierten Tisches p latziert Visual P inba l l d ie Punkteanzeige - das DMD (Dot Matrix D isp lay) - meist i rgendwo auf dem eigentl ichen Spie lfe ld . A ls letzter E i n richtu ngssch ritt muss das DMD desha lb an seinen fi na len P latz gerückt werden . Das geht am le ichtesten, wen n man be i laufendem F l i pper d ie Taste T drückt. Mit dem nun sichtba ren Mauszeiger lässt s ich das DMD bequem aufs zweite Display versch ieben und dort auf d ie gewünschte Größe ska l ie ren . Wer auf se inem Desktopmon itor oder e inem Tischfl i pper sp ie l t, muss mangels zweitem LCD mitunter etwas puzze ln , bis das DMD am oberen oder u nteren Spie lfe ld rand seinen P latz i n e iner freien F l äche gefu n-den hat.
Das Versch ieben der P u n kteanzeige von der Sp ie lfl äche auf einen zweiten Sch i rm qu ittiert Visual P inba l l häufig mit un leserl ichen Grafiksalat U rsache und Lösung s ind recht s impe l : Je nach gen utztem Display muss Visua l P inba l l die DMDGrafi k im Hoch- oder Querformat ausgeben. Um d ie Ausr ichtu ng zu ändern, öffnet man den Tisch i n Visual P inba l l und kl ickt auf d ie Scha ltfläche Scri pt. I m n u n offenen Ed itorfenster sucht man ansch l ießend nach " DMD", was neben a nderen Treffern auch eine Zei l e mit dem I n ha l t Settings.Value(..rol") = 0 zu Tage fördert . Der Wert 0 scha ltet d ie Rotation aus, mit 1 aktiviert man sie.
Let's roll
Der Bau e ines 1 : 1 - F i i ppers beg i n nt m i t der Beschaffu ng e ines F l i ppergehäuses. E in passendes Gebrauchtgerät fi ndet man mit etwas G lück i n den Klei nanzeigen der Loka lzeitung . Alternativ b ieten s ich die d iversen F l i pperfo ren u n d -mä rkte i m Netz a n . M i t etwas G l ü c k wechselt h ier e i n defekter F l i pper fü r wen iger a l s 200 E u ro den Bes itzer. E i nen fu nkt ion ierenden F l i pperautomaten so l l te man eher n i cht a ls Gehäusespender heranz iehen: Die Geräte s ind e infach zu selten und zu schade, um s ie zu
"sch lachten".
F i ndet s ich i m nä heren U m kre is kei n Altgerät, kan n man auch vom Tisch ler MDF-Piatten zuschneiden lassen und das Gehäuse (Cabinet) uhd das Kopfte i l (Backbox) sel bst bauen . So l l d ie E igen kreation mög l i c�st rea l i st isch aussehen, steht ansch l ießend d ie Suche nach Anbautei len wie Beinen, Scheibenschienen und der Mü nze inwurftü r auf der To-doListe - kauft man die Sachen neu, wird es teuer. Fü r unseren c't-F i i pper haben wir desha l b g le ich zu e inem defekten Orig ina lgehäuse ge-g riffen .
D ie Aufgabe des Sp ie lfe lds ü bern immt e in gewöh n l icher LCDFernseher, wobei je nach F l i pperbauart un tersch ied l i che B i l d sch i rmd iagona len zu r Auswa h l stehen : Wen ige F l i pper wurden mi t e inem breiteren Gehäuse (60 cm, Wide-Body) gefe rt igt, i n dem s i ch e in 42"-Fe rnseher un terbr i ngen lässt. l n d ie hä ufiger a nzutreffenden F l i pperautomaten mi t der reg u l ä ren Breite von rund 55 Zenti metern (StandardBody) passen Fernseher mit Diagonalen von 37 b is 40 Zol l . Wer d ie Garant ie des TV beha l -ten möchte, sol lte zum 37-Zöl-ler g reifen , um n icht aus P latz-
c't Hacks 3/20 1 2 1 9 3
-;§N!..!!,[.I LCD-Fiipper
Zirkelt man mit den
Flipperknöpfen durch die
einzelnen Tische, zeigt
HyperPin den Namen des
Flippers und eine Vorschau
des Spielfelds an.
TIPP
Wer nicht jeden Tis�h
Hand in HyperPinS von .
Konfigurationsdatei
einpflegen möcht:, kann
. h die Arbeit mit dem
SIC p·
kostenlosen Hyper ��-
Oatabase-Editor deutlich
erleichtern.
Jeder Tisch hat in HyperPins
Konfigurationsdatei einen
eigenen Eintrag.
gründen den Frontrahmen und d ie Rückwand ab
schrauben zu müssen.
Für u nseren c't-Pin mit Sta ndard-Body fie l d ie
Wahl auf e inen UE40DSOOO von Samsung. Die Höhe
seines 40"-Displays entspricht nahezu exakt der
Breite eines originalen F l ipperspielfelds. Zudem
zeichnet s ich das Display auch aus den Diagonalen
betrachtet durch eine sehr geringe Wi n kelabhän
gigkeit und einen sehr hohen Kontrast aus - n icht
u nwichtig, wenn mehrere Leute um den F l i pper
stehen. Ein weiterer
Vortei l des Sam
" R dshow VP91 1 l . OFS " > 1<game name= oa - , -Ro d Show (Williams 1994) sung-TV: Trennt man
ihn i m Betrieb vom
Stromnetz, schaltet
er sich später auto
matisch ein, wenn
,\ <desc r ipti on>Red and Ted s a
< /descr iption>
<manu factu re r>Williams< /manu facture r>
' <year>1994< / yea r>
\ <type>SS</ t ype>
f< tgame>
94 1 c't Hacks 3/20 1 2
wieder Netzspan
nung anl iegt. Somit
konnten wir ihn einfach zusam
men mit dem PC a n eine Mas
ter-Siave-Steckdose n leiste an
schließen. Andere TV-Modelle
bleiben nach einer Netztren
nung im Standby-Modus. Dann
muss man vorm Fl ippern immer
erst d ie Fernbedienung raussu
chen, u m das .,Spielfeld" einzu
schalten.
Da der - bereits vom Kunst
stoffgehäuse befreite - 40-Zöller
sechs Mi l l i meter zu breit für
unser F l ippergehäuse war, muss
ten wir vor dem Einbau mit einer
Oberfräse für den nötigen Platz
sorgen. Wer sich die Tischler
arbeiten sparen möchte, greift
zum 37-Zöl ler - muss dann aber
mit einer Lücke zwischen Dis
playrand und Gehäusewänden
leben. Am einfachsten lässt diese
sich mit schwarzem Tonkarton
kaschieren.
Im Kopfteil eines Fl ippers fin
den sich zwei sichtbare Elemen
te: Ein Titelmotiv ( .. Backglass")
und im u nteren Bereich die
Punkteanzeige. Links und rechts
davon finden die Lautsprecher
ihren Platz. Damit der virtuelle
F l i pper möglichst realistisch
wirkt, muss die Backbox natür
l ich wieder mit Leben gefüllt
werden. Das geschieht mit
einem oder zwei Monitoren.
Viele Fl ipper-Bauer setzen einen
einzelnen 27"-Monitor hochkant
in d ie Backbox und lassen ihn
unten das DMD und oben das
Hintergru ndbild anzeigen. Be
sonders schön sieht diese Lö-
sung aber nicht aus, da die Back
box eines F l ippers mit rund 70
Zentimetern deutlich breiter als
der Mon itor ist, sodass u m den Schirm herum viel
tote Fläche entsteht. Für unseren c't-Pin haben wir
uns deshal b für den Einbau von zwei Monitoren ent
schieden.
Das H i ntergru ndbild zeigt der 27"-Monitor
e2795Vh von AOC, den man bereits für rund 200
Euro bekommt. Wichtige Kaufkriterien waren für uns
ein HDMI-Eingang und ein Anschluss für VESA-Hal
terungen, um den Bi ldschirm sicher zu montieren.
Als Aufhängung haben wir ein Kantholz mit zwei
Eisenwinkeln von innen in das Gehäuse geschraubt.
Da der Platz im Kopfteil des F l ippers ohnehin be
grenzt ist und die originale Punkteanzeige gerade
mal 34 cm x 9 cm misst, reicht für das DMD ein altes
1 5- oder 1 7-Zoii-LCD. Bei eBay kostet so ein Monitor
weniger als 20 Euro. Auch hier sollte man auf einen
Digitaleingang und eine VESA-Vorbereitung achten.
Beim c't-Fi ipper kam ein ausrangierter L367 von Eizo
zum Einsatz.
Der E i nba u i n s Kopftei l e rfordert mange l s P latz etwas lmprovisat ionsgesch ick: Sol len beide Mon itore bünd ig h inter der Frontblende hängen, muss man u nten i n s Kopftei l e inen Sch l i tz sägen und den Sch irm uns ichtbar nach u nten aus der Backbox hera us in das F l i ppergehäuse h i ne i n ragen lassen. Je nach Bauart k lappt das a ber nicht mit jedem F l i pper. Wir haben das Eizo-LCD desha lb e in ige Zentimeter versetzt eingebaut, sodass sein oberer Ra nd h i nter den 27-Zöl ler ragt. Wei l er dadu rch nicht bünd ig mit der F rontb lende absch l ießt, haben wir mit etwas Tonka rton dafü r gesorgt, dass man d u rch d iesen Spalt von der Seite kei ne u ngewol lten E inb l icke in das Kopftei l bekommt.
Wie beim Orig ina l sind neben der Punktea nzeige d ie Lautsprecher montiert. Unsere Wah l fie l auf das Wavemaster-Set MX-3+. Es ist mit rund 35 Euro n icht besonders teuer und hat e inen Lautstä rkereg ler mit e inem ausreichend langen Kabel, den wir unauffä l l ig an der Unterseite des F l i ppers befestigen konnten. Den mitgel ieferten Subwoofer haben wir i n nen mit dem F l i pper versch rau bt. Dad u rch ü berträgt s ich unter anderem das Rumpe ln der Sch lagtürme und der S l ingshots auf das Gehäuse und sorgt �o fü r e in rea l i st isches Spie lgefü h L
Hin- und hergerechnet
Angetrieben wird unser v i rtuel ler F l i pper vom leicht mod ifiz ierten "Opti ma len PC" aus c't 25/1 1 ( I ntel Core i5 2500) . Für den Betrieb der d re i D isp lays haben wir noch eine zweite G rafi kka rte e ingebaut.
Da sie nur das k le ine LCD mit der Punkteanzeige versorgt (mit 640 x 480 Pixeln) , reicht h ier ein günstiges Model l mit Digita lausgang. Zudem haben wir anstelle e iner AMD-Ka rte eine GeForce-GTX-560 verbaut, da Visual P inba l l mit Nvid ia-GPUs besser zusammena rbeitet.
Da nk ausreichend Rechenpower zeigt unser c'tF i i pper auch bei Mu lt ibä l len kei ne Ruckler . Als genügsam kan n man Visua l P inba l l aber n icht bezeichnen: Auf e inem Rechner mit Core-i3-CPU nervten bei e in igen Tischen Ruckler - womit d ie Kugel meist verloren ist.
A ls E i nbau platz fü r den PC bietet s ich der h i ntere Tei l des Gehäuses an . Zum E inscha lten verlängert man e infach den Powerscha lter des Rech ners und fü h rt i hn zusammen mit dem Stromkabel u nten aus dem Gehäuse heraus . Da TV-Disp lay und Rechner reich l ich Wärme produzieren, sol lte man das Gehäuse ausre ichend belüften. Idea lerweise saugt ein 80-mm-Lüfter an der Unterseite h i nter dem M ü nzeinwurf Fr isch l uft an , wäh rend e in oder besser zwei genauso g roße Lüfter die Abwä rme an der Rückseite ku rz u nterha lb der Backbox wieder h i naus befördern . Die notwend igen Öffn ungen sägt man mit e inem Lochsäge-Aufsatz fü r hande l süb l iche Bohrmasch inen .
Wer im Arbeitszimmer bereits e inen ausreichend schne l len PC stehen hat, kan n e in ige H u ndert Euro sparen, wen n der F l ipper ebenfa l l s im Arbeitszimmer stehen darf: Statt e inen Rechner dauerhaft i ns Cabi net zu bauen, z ieht man e i nfach d ie Strom-, USBund HDMI-Kabel nach außen und sch l ießt s ie nu r bei
c't Hacks 3/20 1 2 1 9 5
LCD-F i i pper
D igita l e r B o lzen
Wi l l m a n einen d ig ita len Ba l labschussbolzen verbau
en, lässt s ich das TV-Gerät n icht auf den Trageleisten des ehemal igen mechanischen Spie lfe lds ablegen. Digitale P lunger s ind ge-
nauso lang wie d ie or iginalen und würden s ich des
ha lb mit dem Fernseher in d ie Quere kommen. Entwe
der montiert man das Display höher oder tiefer a l s
das a lte Spielfe ld oder g reift zur Stichsäge, um den
P lunger weiter u nten zu platzieren .
96 1 c't Hacks 3/20 1 2
Bedarf an den Desktop-PC an . Nach unseren Erfahrungen ka n n man dann auf d ie Lüfter i m F l i ppergehäuse verzichten - nicht aber auf d ie Öffnu ngen.
Zahlen und Rütteln
Bei e inem Tischfl i pper - und erst recht auf e inem virtue l len P inba l l im echten Gehäuse - ist e ine Tastatu rsteuerung n icht n u r öde, sondern absolut tabu . Rea l i st ischen Spie lspaß g ibt es nu r mit den or ig ina-
len F l i pper-Buttons . Theoretisch kön nte man dafü r e ine PC-Tastatur zerlegen und d ie benötigten Tastenkonta kte auf die e inze lnen Buttons u m löten . Deut l ich e lega nter ge l i ngt
d ie Verkabel ung jedoch mit spezie l len 1/0-Piat inen, d ie man bereits fü r 40 Euro bekommt.
Einen recht g roßen Funkt ionsu mfang bietet der Mot- Ion-Adapter, den d ie F irma NanoTech fü r 99 USDo l la r auf i h rer Webseite vertrei bt. Die P lat ine hat zwei Pfostenstecker, deren Anschl üsse sich ei nfach mit den gewü nschten Kontakten, wie dem echten M ü nzprüfer, und den Buttons am F l i ppergehäuse verb inden lassen. Am PC meldet s ich d ie Plat ine a ls Gamecontrol ler an und wird ohne Treiberinsta l lation
Emu lation : Lega l oder gedu ldet? Die Frage nach der Lega l ität begle itet die Emu latoren-Szene seit ih ren Anfängen: Die Emu latoren selbst s ind unproblematisch, d ie zu emu l ierende Software meist n icht. Kaufen kan n man d ie Programme heutzutage n icht mehr, und kurz mal bei den Rechteinhabern fragen geht a uch nicht; d ie zugehörigen F i rmen s ind näml ich oft schon seit Jahrzehnten p leite. ln der Szene g i lt Software von längst abgewickelten Firmen desha lb a l s quas i frei gegebene "Abandonwa re" - was stimmen kann , v ie l le icht a ber a uch n icht, denn wer weiß, ob d ie Rechte vor Toressch luss vielleicht n icht noch weiterverkauft worden s ind?
Besonders kurios i st d ie Situation bei den für d ie Emu lation benötigten ROMs von F l ippera utomaten . Auch diese u nterliegen nach wie vor Copyrights - obwohl F l ipperherste l ler wie Wi l l iams, Ba l ly, Gottl ieb und Data East längst Gesch ichte s ind . Im Fa l l von Bally u nd Wi ll iams hat der Ersatztei lversand P lanetary P inba ll d i e Rechte gekauft u n d l izenziert s i e gegen Geld a n kommerziel l e Anbieter. G le ichzeitig bietet
P lanetary P inba l l d ie F l ipper-ROMs zum freien Download auf der F i rmen-Website a n - ohne jedwede Copyr ight-H inweise oder Disc la imer. Auch auf der F l ipperfan-Datenbank ipdb.org g ibt es die ROMs zum fre ien Herunter laden, laut Setre iber offizie l l genehmigt von P lanetary Pinba l l . Dass d ie Dateien n icht n u r zum Flashen von echten F l ipper-EPROMs, sondern auch zur Emu lat ion genutzt werden, dü rfte a l len Beteil igten klar sein .
Gary Stern, Chef d e s g le ichnamigen F l ipperherste l lers - der einzige noch aktive -, steht angebl ich sogar im regen Austausch mit der Emu lator-Commun ity. Auch auf seiner F i rmenWebsite kan n man al le ROMs kosten los herunter laden. Laut Szenekennern habe man s ich darauf geein igt, dass neuere Stern-ROMs (SAM-Plattform, ab 2005) n icht emu l iert werden, Stern dafür a ber d ie Emu lat ion ä lterer ROMs (WhiteStar-P iattform) für n icht kom merziel le Zwecke er lau bt. Der ROM-Emu lator VPinMame u nterstützt folg l ich keine Stern-ROMs der aktue l len SAM-Plattform.
• I
automatisch erka n nt. Da Visual P inba l l , andere F l ipperemu latoren u n d HyperP in den Contro l le r nat iv u nterstützen, i st hier ke ine weitere Handa rbeit in den Konfigurationsdateien nötig .
Verlockend: Der Mot- Ion-Adapter hat e inen e ingebauten Lagesensor, auf dessen Werte Visua l P inba l l automatisch zug reift. Dadu rch ist es mögl ich, du rch Rucke ln am Tisch den Ba l l lauf zu beeinfl u ssen - wie beim Orig i na l fü h rt zu energisches Rütte ln schne l l zum Tilt . Zudem unterstützt der Adapter den ebenfa l l s von NanoTech angebotenen d ig ita len Ba l l abschussbolzen (P lu nger) .
Bei unserem c't-P inba l l s i nd wir a l lerd i ngs auch schne l l an d ie G renzen des Mot- Ion-Adapters gestoßen. So muss der Lagesensor in den Gamecontrol lerE inste l l u ngen i n der Systemsteuerung von Windows zunächst ka l ib riert werden . Dafü r soll man den F l i pper e inma l von a l l en Seiten anstoßen oder le icht anheben . Trotz d iverser Versuche wol lte uns d ie Ka l i brierung aber n icht ge l ingen : Ruckelten wir zu sanft am Gerät, reagierte der Sensor so empfind l ich, dass a l le ine der Scha l l d ruck des Subwoofers beim Spielen m itunter e inen Ti lt aus löste. Rüttelten wir dagegen beim Ka l i b rieren beherzter a m Gehäuse, war der Sensor a nsch l ießend so unempfi nd l ich , dass man den F l i pper später bei nahe u m ki ppen m usste, u m überhaupt e ine Reaktion herbeizufüh ren .
Das war a l lerd ings nu r das k le inere Prob lem: Es ist bei nahe u n mögl ich , den F l i pper von a l len Seiten g leich stark anzustoßen. Die daraus resu lt ierende fa lsche Nu l l ste l l ung des Sensors fü h rt dazu, dass a l l e Bä l le im Sp ie l e inen Rechts- oder Li n ksdra l l haben so, a l s ob der Tisch sch ief stehen wü rde. Auf VPForu ms.org g i bt es zu d iesem Prob lem e in ige Lösungsvorsch läge. Aufgrund des nahenden Redakt ionssch lusses haben wir aber stattdessen den Lagesensor mit dem Di rectX-Tool DXTweak einfach ausgescha ltet.
Wi l l man seinen virtuel len F l i pper mit a l len originalen Funktionen ausstatten, darf d ie Warnung des DMD nicht feh len, d ie erscheint, wenn man die Münztür öffnet. Außerdem sol lte man dort mit Drucktastern Spie le inste i l ungen im F l i pper-ROM verändern können - beispielsweise die Lautstärke oder die Anzah l der Bä l le pro Spiel . Mit dem Mot-Ion-Adapter geht das nicht ohne Weiteres, da sich i n Visual P inba l l n icht e instel len lässt, welche Aktion du rch welchen Gamecontrol ler-Knopf ausgelöst wird. Abhi lfe schaffen nur Tools wie Joy2Key, d ie die Events von Gamecontrol lern aufTastendrücke um leiten.
Vie le P i nba i i -Bast ler g reifen desha lb auf den I-PAC2-Adapter zu rück, den man auch i n deutschen Webshops bekommt. An seine Schraubkontakt le isten lassen s ich bis 32 Scha lter ansch l ießen. Verbindet man den Adapter per PS2 oder USB mit dem PC, meldet er s ich dort a l s Tastatur an . Auf der g rafischen Oberfläche des m itgel ieferten Tools Win i PAC muss man ansch l ießend e inma l fest legen, welche Tastend rücke jeder Kontakt aus lösen so l l .
E i nen Lagesensor hat der I-PAC2-Adapter n icht. l n den Vi rtua i -P inba i i -Foren fi nden s i ch a ber d iverse Bauvorsch läge, um mit Pendeln , echten Gamecontro l lern oder Quecks i l berschaltern du rch Rütte ln am Tisch den Ba l l lauf zu beeinfl u ssen.
Blitzen und Blinken
Unser so ausgestatteter c't-P in spie lt s ich fast wie e in Orig ina l (Video s iehe c't-Li n k) . Doch im Verg leich zu echten F l ippern fehlt noch das gewisse Etwas: Wer e inma l im sch ummerigen Knei pen l icht gefl i ppert hat, w i rd s ich an das F lackern der Lä mpchen und Strobes er innern und daran , w ie der Tisch bei jedem Treffer am Bumper erzittert.
Als erste Maßnahme kann man mit einer klei nen Freeware etwas mehr aus dem Kopftei l herauskitze ln :
Tl PP . Spielt man häufi� mit
.
F reunden , eignet SICh em
Fernseher mit einem
VA-Panel nach unseren
E rfah rungen besser. Auf
TVs mit !PS-Technik
verblassen die Farb�n aus
diagonalen E inbl ick
winkeln stärker. Zuschauer,
die neben dem Spieler
stehen , sehen das Spielfeld
also flauer .
c't Hacks 3/20 1 2 1 97
"D ie Emulation hä lt das Fl ipper-Feuer am Leben" Was sind das eigentlich für Leute, die in ihrer Freizeit wochenlang F l ipperTische nachbauen? Wir haben mit Noah Fentz und J P Salas gesprochen. Der US-Amerikaner Fentz betreibt seit 2009 die Fl ipper-Emulations-Website VPForums.org und den Onl ineshop virtuapin.net. Der Spanier JP Salas wohnt i n Oslo und hat einige der gelungensten Software-Fi ippernachbauten gestaltet.
c't: Was hat Ihre Flipper-Leidenschaft ausgelöst? Ein bestimmter Tisch womöglich?
JP Salas: I ch kan n mich ga r n icht mehr daran er innern, welche Tische i ch a l s Jugendl icher gespielt habe - ehr l i ch gesagt habe ich seit 35 Jahren keinen echten Automaten mehr angefasst. Al lerd ings habe ich viele Visuai-P i nba i i -Tische gespielt . i n d e n Foren g i n g e s i rgendwa n n darum, dass "Taxi" (Wi l l iams, 1 988) b is lang noch nicht nachgebaut wurde. Und dann habe ich mich einfach d rangesetzt, ohne e ine Ahnung von Vi sua l P inba l l oder Photoshop zu haben.
Noah Fentz: Mein Opa hatte e inen Campingplatz - und natür l ich, es waren d ie Siebziger, stand i m Laden e in a lter EM (Anm. d. Red: E lektromagnetischer F l i pper). Bis heute zerbreche ich mi r den Kopf, welches Gerät das genau war - ich wei ß n u r noch, dass Cowboys drauf waren. Wir haben an dem Ding jeden Tag stu ndenlang gespielt. Ab da war ich süchtig.
c't: Glauben Sie, dass Flipper-Emu/ationen die in den letzten Jahren abgenommene Begeisterung für echte Tische wieder wecken können ? Oder ist das Ganze nur ein Hobby für Nostalgiker?
Fentz: I ch g laube, dass d ie Emu lation das F l i pper-Feuer am Leben hä lt. I ch wei ß von etl ichen VP-Forum-Mitgl iedern, dass
c't: Anfangs gab es ja nur sogenannte 4:3-Tische für normale Desktop-Monitore. Wann kamen die ersten 1 6:9-Tische für "echte" virtuelle Flipper (Cabinets)?
Fentz: Kurz nachdem VPForums gestartet i st, hat s ich Nanotech bei m i r gemeldet. S ie wol lten i h re für den kommerzie l len U ltraP in -F i i pper mod ifiz ierte V isua i -P inba i i -Version a n d ie Öffent l ichkeit br ingen. Und erst d iese, a l so Version 9, ermög l i chte den 1 6:9-Modus, den man ja für e igene Cab inets benötigt.
c't: Hat Nanotech also den virtuellen Flipper im echten Gehäuse erfunden?
Fentz: Da g ibt es viele, d ie s ich a l s Erfinder sehen. U l t ra P i n war jedenfa l l s d ie erste kommerzie l l erhält l iche Variante.
c't: Wie kann man Flipper-Simulation noch besser machen? Was wünschen Sie sich für die Zukunft?
Fentz: Am a l lermeisten wünsche ich m i r, dass d ie sogenannten "F l ip per-Pu risten" von ih rem hohen Ross kommen und d ie Emu lat ion end l ich ernstnehmen. Außerdem wünsche ich m i r, dass d ie Entwickler von kommerzie l len F l ipper-S imulat ionen wie Fars ight ("P inba l l Arcade") zukü nftig Cabinets und d re i Disp lays unterstützen . Und natür l ich wäre es tol l , wenn F l ipperEmu lat ion endl ich auch im Ma instream ankommt.
Sa/as: Ich würde mir ein kostenloses, VPartiges P rogramm mit echter 3 D-Unterstützung wünschen. Es wäre tol l , wen n der Editor von P inba l l Areade veröffentl icht würde. Ich würde a uch Geld dafü r ausge
ben, wichtig wäre m i r aber, da s s e s e i nen kostenlosen P layer für die Tische geben würde.
c't: Wie lange dauert es, einen Tisch zu gestalten und zu programmieren?
Fentz: Das var i iert stark. Der Terminator-2-Tisch, den ich mit Unc leRea-
mus gemacht habe, hat fünf Monate gedauert. Und fertig ist er immer noch n icht.
Sa/as: Das kommt auf den Tisch an . Es g i bt Tische, die waren nach zwei Wochen fertig, an a nderen habe ich d rei Monate gearbeitet. I nzwischen beherrsche ich Photoshop, dad u rch geht a l les wesentl i ch schne l le r. I m Du rchschn itt brauche ich ungefäh r e inen Monat.
c't: Wie viel Zeit investieren Sie täglich in das Hobby?
Salas : U ngefäh r d re i Stunden täg l ich, oft auch mehr, vor a l lem am Wochenende.
c't: Wie genau funktioniert eigentlich die Kommunikation mit den Pinbaii-ROMs? Ist das alles dokumentiert?
Fentz: Wen n e in Handbuch vorhanden ist, steht da e igent l ich a l les d r i n : Die Nummern von Lampen, Scha ltern und Magnetspu len im Handbuch sind d ie g leichen wie im ROM-Emu lator VPinMame.
Salas: Wen n wir a l le rd i ngs kei n Handbuch haben, dann g i l t Tr ia l and Error. Und das dauert.
c't: Woher kommen die extrem detaillierten Fotos von den Spielfeldern?
Fentz: I ch versuche immer, so viele hocha ufgelöste Fotos von gestri ppten Sp ie l feldern zu finden wie mögl ich . E i n ige s ind Komp lettscan s, e i n ige s ind aus mehreren Fotos zusa m mengestückelt. Manchma l habe ich sogar schon Fotos von a lten Werbeflyern verwendet.
Salas: im I nternet findet man meist sehr g ute Fotos. Manchma l bekomme ich auch nachgema lte Sp ie lfe lder zugesch ickt, meistens baste le ich mir das Sp ie lfe ld aber aus untersch ied l ichen Fotos zusa m men - das i st wie e in Puzzlespiel .
-
Fü r manche Tische g ibt es sogenannte aktive Backg lasses, bei denen je nach Spielver lauf das B i ld mit dem F l ippermotiv im Kopftei l so aufbl i tzt und b l i nkt, a l s wären h i nter dem B i ld tatsäch l i ch u nzäh l ige G lühbirnchen montiert. Verantwort l ich dafü r i s t das k le ine Tool U ltraVP, das mit wen igen Mausk l icks in sta l l ie rt und e inger ichtet i st. D ie nöt igen Dateien und d ie I n sta l lat ionsan leitung fi nden S ie ü ber den c't-Li n k. Die Sache hat a l lerd ings zwei Haken : Richtig spektaku lä r sehen d ie b l i nkenden Motive n icht aus und U ltraVP genehmigte s ich bei u nseren Tests so viel Rechen le istung, das e in ige Tische anfingen zu rucke ln .
Die neueste Entwickl ung i n Sachen Backg lassAn imation he ißt B2S. Auch hier b l i nkt u nd b l itzt es im Kopftei l des v i rtue l len F l ippers. Auf unserem F l i pper wirkte das Leuchtspektakel viel kontrastre icher a l s bei U l traVP und das Tool veru rsachte auch keine merkl ichen Performa nce-Ei nbußen . Zudem lassen sich damit im Backglass auch An imationen abspielen. Das kom mt insbesondere Tischen zugute, d ie im orig ina len Kopfte i l be isp ie lsweise die P u n kte mit H i lfe von Drehwalzen anzeigen oder ü ber andere mechan i sch beweg l i che Tei l e verfügen . B i s l ang musste man auf solche Spie lereien verzichten. E inziger Wermutstropfen : B2S�Backg lasses g ibt es derzeit nur fü r wenige Tische.
P rofi s u nter den P i n-Sel bstbauern reicht a ber sel bst das noch n icht: Mit H i lfe e iner LEDWiz genannten Plat ine steuern s ie Leuchtd ioden oder Stroboskope, die sie i n s Cab inet oder d ie Backbox gebaut haben. Da die P lat ine ü ber Visua i Pi nMAME mit dem F l i pper-ROM i nterag ieren kann , fügt s ich das Lichtspekta kel naht los i n s Spie lgeschehen e in . Mit H i lfe von Re la is l assen s ich ü ber LED-Wiz soga r Rumbier und Knocker ansteuern, sodass de r F l i pper genauso zittert und vibr iert wie e in echter. (spo) www.d.de/cs 1208090
TIPP Wil l man einen a lten
Fl ipper aus D-Mark-Zeiten mit einem Euro
Münzprüfer ausstatten b�nötigt man zusätzl ich e�nen Dremel oder eine
_dünne Meta llfeile: Die
außeren Münzeinwurf-sc�! itze für E in-, Zwei- oder Funfmarkstücke s ind zu schma l für 50-Cent- oder Euromünzen und m .. ussen
verbreitert werden .
c't Hacks 3/20 1 2 1 99
Arcade-Cabinet i m Selbstbau
Da niel Bachfeld
Em u l ato r-P C i m S p i e l h a l l e ngehä use
.. -:::----·
Die Maschine sieht aus wie ein Pac-Man-Automat aus den frühen Achtzigern, spielt mit einem MAME-PC aber pra ktisch jeden Spielha l lenklassiker. Mit Zeit und Handarbeit lässt sich �
.er Automat nach bauen.
Kurzinfo
Zeitaufwand:
mehrere Wochenenden
Kosten:
400-1 000 Euro
Elektronik:
Crimpzange, Kabel
Holzbearbeitung:
Akkuschrauber, Stichsäge, Kreissäge, Lochsäge, Forstnerbohrer, Holz-bohrer, Fei le, Schraubklemmen
Metallbearbeitung:
Gehrungs lehre, Bügelsäge
Feinwerkzeug: ·
Schraubendreher, Maßband, L ineal
1 00 I c ' t Hacks 3/20 1 2
5 pie lha l lenklass iker im S itzen am PC zu spie len ist wie Pommes ohne Majo: I rgendwie gehts, aber
so richtig sch mecken tuts n icht. Und spielen mit der Tastatur? Sti n klangwei l ig , zu mindest im Verg leich zu g roßen, roten Buttons, auf die man wie wild hämmern kan n, und zu de� robusten Sp ie lha l l en-Joy-
1./ stick, an dem man ohne Reue heru m reißen kann . Was l iegt da näher, a l s e inen herkömml ichen PC mit MAME in e in Areade Cabinet zu verfrachten. Alte Gehäuse mit funktion ierender oder kaputter Ha rdware sind m ittlerwei le jedoch Mangelware geworden und entsprechend teuer. Der E igenbau e ines Gehäuses ist zwar erhebl ich günstiger, a l lerd ings auch mit dem Zusammensuchen der Kom ponenten sowie Sägen und Bohren verbunden . Aber echte Ha rdwareHacker scheuen d iese Mühen n icht, wenn es darum geht, etwas Exk lusives zu baste ln .
Flott-Schrott
Für d ie Hardware fü r den MAME-PC s ind keine H ighEnd-Komponenten notwendig, es reicht der Griff i n d ie " Kan n man später ma l gebrauchen"-Ki ste. Fü r u nser Projekt nahmen wi r e i n a ltes A8N-SLI -Board
Zutate n
1 . Ausrang ierter PC
2. MDF-Piatten, 1 2 mm (siehe Zeichn ungen)
3. Konstrukt ionsholz 28 mm x 28 m m
4. 4 Möbelrol len
5. Holzsch rauben
6. Joystick
7. Joystickkabel
8. 2 gelbe Push-Buttons
9. 2 rote Push-Buttons
1 0. 2 b lau-tra nspa rente Push-Buttons
1 1 . 2 Sta rt-Buttons
1 2. Encoder 1 -PAC ve
1 3. Trackba l l X-Arcade
1 4. 2 Schub ladenschienen
1 5. Aluprofi l
1 6. Ku nststoffprofi l
1 7. 2 Meta l l -Handgriffe
1 8. Schwarze Fa rbe
1 9. Hammersch lagfa rbe
20. Steckschuhe 6,3 m m
2 1 . Kabel 0,5 b i s 1 mm Du rchmesser
22. Lochband
mit Ath lon64, 2 GByte RAM, e ine passive GeForce 6800, e ine Sou ndb laster Aud igy, e ine 1 60 G Byte g roße IDE-Festplatte, e inen USB-WLAN-Adapter, e in Netztei l , Tastatur, Maus (Trackman Marble) sowie d iverse Kabel . Eine ausrang ierte Soundan lage Creative l nspire 5.1 5300 sorgt mit zwei Lautsprechern fü r ausreichend Bescha l l ung des Spie lers und der dazugehörige Subwoofer erzeugt Druck im Cabinet. Ein u ralter 1 5-Zoi i-TFT-Mon itor d iente im ersten Sch ritt a l s Disp lay. Im Betrieb kam aber schne l l der Wunsch
c't Hacks 3/20 1 2 1 1 0 1
----..--
Arcade-Cabi net im Sel bstbau
Die Kugel des Joysticks lässt sich abschrauben, die
schwarze Staubplatte verdeckt nach der Montage
das Loch in der Platte.
1 02 1 c't Hacks 3/20 1 2
nach e inem g rößeren Disp lay auf, wesha lb wir i h n gegen e inen 1 7-Zoi i -TFT ersetzten - je g rößer, desto besser. Röhrenmon itore gehen auch und b i lden den Retro-Look aufgrund des Seitenverhä ltn isses 4:3 sogar besser nach. E in vorhandenes 1 7-Zoi i -Röhrengerät war aber aufgrund sei ner G röße und se ines Gewichts schwerer zu mont ieren, desha lb nahmen wir davon Abstand .
A ls Softwa rebas is haben wi r Windows XP gewä h lt. Der que l loffene M u lt ip le Areade Mach ine Emu lator (MAME) lä uft zwar auch u nter L in ux, das ausgewä h lte Frontend mGa laxy und v ie le andere sind jedoch nu r fü r Windows verfügbar. Aktue l l ist MAME 0 . 1 47, das fü r Windows i n d iversen vorkompi l ierten Versionen (32- und 64-Bit sowie Debug-Vers ion) zum Download bereitsteht. Die 32-Bit-Version tut es auf jeden Fal l . MAME erfordert keine I n stal lation, d ie ausfüh rba re Datei extrah iert nur al le Dateien i n e in wäh lba res Verzeichnis . Im Großen und Ganzen
muss man n u n n u r noch den Ord ner ,. roms" mit ROM-Auszügen von Arcade-Spiele bestücken. Die im Netz verfüg baren Arch ive belässt man e i nfach a l s ZI P-Datei und speichert s ie im roms-Ordner. Durch Aufruf von mame.exe sta rtet eine m in ima l ist ische Bed ienoberfläche, i n der a l le i nsta l l ierten ROMs mit Namen des Spie ls ge l i stet s ind - bei sehr vie len ROMs wi rd eine zufä l l i ge L iste a ngezeigt . Das gewünschte Spiel wäh l t man mit Cu rsor hoch/runter aus und sta rtet es mit Enter. ln der Regel kommt dann noch e in Copyright-Hinweis, den man bestätigen m uss, bevor das eigent l iche Spie l sta rtet.
Je nach Spiel s ind verschiedene Steuerungen notwend ig : R ichtung, Feuern, Spr ingen, Schub und derg le ichen . . Standardmäßig steuert man in MAME d ie Richtung mit den Cu rsor-Tasten, Feuer i st d ie StrgTaste und gesprungen wird mit der Alt-Taste. Für d ie meisten Spie le reicht das auch schon, kompl iziertere Spiele nutzen noch die Umscha lt- und die Leertasten . Dazu kommen d ie Taste 5, d ie den a lten Arcade-Spielen den E inwurf e iner M ü nze vorgau kelt, sowie Tasten 1 und 2 zum Sta rt e ines Spiels mit einem oder zwei Sp ie lern . Um ein Spiel wieder zu ver lassen, drückt man Esca pe auf der Tastatur.
Um echtes Areade-Fee l ing aufkommen zu lassen, setzt man einen Joystick fü r d ie R ichtungssteuerung und echte Push-Buttons fü r d ie Aktionen e in . Beides g ibt es i n robuster Spiel ha l lenqua l ität im Fachhandel oder auf eßay. Der von uns e ingesetzte Joystick ist e in 4/8-Wege-Stick des Herste l lers Samwa mit verste l l ba rer Restr iktorplatte. Diese P latte begrenzt d ie mög l ichen Steueru ngsrichtu ngen . E in ige der a lten Sp ie le vera rbeiten n icht a l l e R ichtungen; Pac Man beisp ie lsweise ist mit e inem 8-Wege-Joystick n u r schwer zu sp ie len , wei l etwa d ie Joyst ick-Posit ion
Mit der Restriktorplatte lässt sich der Joystick nur in vier statt acht Richtungen bewegen.
"Rechts-Oben" u n bekannt ist. l n der Folge reag iert das Spie l auf R ichtu ngsänderungen i m La byri nth n icht immer wie gewünscht . Mit der angeschraubten Platte ka nn man nu r nach oben, u nten, l i n ks und rechts steuern, womi t Pac Man vernü nft ig läuft. Andererseits sp ie len sich K lass iker wie R-Type mit 4-Wege-Beg renzu ng erheb l ich schwerer. Alternativ zu mechan ischen Beg renzern g ibt es d ig ita le Begrenzer, d ie s ich per Software u mscha lten lassen.
Die Action-Taster zum Feuern und Springen s ind ge lbe und rote Push-Buttons mit hörbar kl ickenden Mikroscha ltern. E ine transparentblaue Action-Taste, in d ie man e ine La mpe e inschrau ben kön nte, so l l den Münzeinwurf s imu l ieren . Wer es sti lecht möchte, baut statt der Coin-Taste e inen mecha n ischen Münzprüfer e in , e infache Ausfüh ru ngen s ind ab 20 Euro zu haben. Ein zweiter b lauer Push-Button sol l Escape s igna l is ieren. Daneben g ibt es spezie l le Tasten mit F iguraufd rucken zur Wah l von "One P layer Sta rt" und "Two Player Sta rt".
Die Koppl ung des Joyst icks und sämtl icher Buttons an den PC sowie d ie Zuordnung zu den richtigen Tastendrücken übern immt das Arcade-Controll nterface 1-PAC VE mit USB-Ansch luss, das s ich quas i a l s Tastatu r am System an meldet. Die Schn ittste l l e hat zwei Schrau bklem mle i sten, auf d ie man d ie Ka bel der Mi kroscha lter fü h rt. E i n Low-Signa l (gedrückter Mikroscha lter) am Ansch luss 1 UP wandelt der 1 -PAC i n das S ignal "Cu rsor hoch" um. Fo lg l ich schl ießt man a n d iesen Anschluss den M ikroscha lter des Joyst icks fü r "Oben" an. E ine s i n nvol le Zuordnung der Tasten zu den Eingängen fi ndet s ich i n der Tabel le "Ansch lü sse 1-PAC".
Für verschiedene Funktionen gibt es unterschiedliche Ausführungen von Push-Buttons. Man bekommt sie in einer Vielzahl weiterer Farben.
c't Hacks 3/20 1 2 1 1 03
Arcade-Cab inet im Selbstbau
• • • •
Da die Befestigungsschrauben für den Trackbal l einige
Mill imeter zu kurz waren, haben wir mit einem 1 5-mm
Forstnerbohrer die Löcher abgesenkt.
Software Die Bed ienoberfläche von
MAME i st weder schön noch komfortabel . Diverse
Frontends hübschen das Ganze auf und erleichtern
die Bedienung. Das sch lanke grafische Frontend
mGalaxy leistet beispielsweise bei kleineren ROM
Sammlungen gute Dienste. Das von der Hornepage heruntergeladene Archiv ent-
packt man in den MAMEOrdner. Zum Start ruft man mGa laxy.exe auf. D ie Spie l
auswah l erfolgt m it dem Joystick, zum Start d ient die
Taste 1 respektive der Button "One Player Start". Ab da übern immt MAME d ie
Kontro l le und es gelten d ie oben genannten Tastenzuordnungen. Zum Verlassen des Spiels d ient die Escape-
Taste, Gleiches g i lt für das Verlassen von mGalaxy.
1 04 1 c't Hacks 3/20 1 2
•
•
Die Ansch lüsse der Joystick-Mikroscha lter verbindet man auf der e inen Seite mit dem Masseansch luss des I nterface und auf der anderen Seite mit dem jewei l igen E ingang des 1-PAC. Action-Taster 1 wird zu
"STRG", d ie Coin-Taste zu "5". Sp ie le wie Centipede oder Miss i le Command
spie lt man n icht mit e inem Joyst ick, sondern mit e inem g roßen Trackbai I . Der Herste l ler X-Arcade bietet solch e inen mit schwerer 3-Zo i i -Kugel an . Damit ka nn man i n Centipede dem heranstürmenden Wurm und der fiesen Hüpfsp inne geschmeid ig den Garaus machen. Der Trackba l l wird von Windows a l s Maus erkannt und lässt s ich le icht in MAME e inb inden. Dazu muss man e inma l ig d ie Datei mame. i n i im MAME-Ordner m i t dem Befeh l mame.exe -cc erzeugen und ansch l ießend i n mame. in i d ie Opt ion "mouse"
Eine Lochsäge für Einbau-Deckenlampen hatte die richtige Größe für das Loch des Trackballs.
Forstnerbohrer lassen sich passende Löcher für die Push-Buttons herstellen.
unter Core I n put Options auf 1 setzen . Praktischerweise wird der X-Arcade Trackba l l m it vier bereits angesch lossenen Act ionbuttons ge l iefert, die unter anderem die Maustasten emu l ieren. Damit lässt s ich Windows le icht bed ienen, fa l l s man das Gerät auch mal zum Su rfen benutzen wi l l .
Wie und wo man den Joystick und d ie Buttons auf der Bed ienfe ldp latte p latziert, i st e ine Mischung aus
Anschlüsse 1-PAC
l DOWN l LEFT l RIGHT l SWl l SWl l STRT lSTRT
Münze l COIN Exit 1 SW3
Prakt ikab i l ität und Geschmack. U nter http://s lagcoin .com/joystick.html fi ndet man e ine erschöpfende Behand lung des Themas. Wir haben e inma l ein Brett nur mit Joystick und Buttons, ei nma l e in Brett nu r mit Trackba l l und dazugehörigen Tasten sowie ein Brett mit Joystick und Trackba l l gefertigt.
Zum Bohren der verhä ltn ismäßig g roßen Löcher fü r d ie Push-Buttons und d ie Du rchführung des Joysticks e ignen s ich 30-mm-Forstnerbohrer oder Lochsägen. Das Arbeiten mit Forstnerboh rern erfordert jedoch e in wenig Gedu ld, da es eigent l ich eher e in Fräsen denn e in Boh ren i st. Mit Lochsägen kom mt man zwar sch ne l ler zum Loch, das war in unserem Aufbau aber schon fast zu g roß fü r die Aufnahme der Buttons. Anders s ieht es fü r d ie Aussparung des Trackba l l s aus; hier kom mt man nur mit einer Lochsäge zum Ziel , wie s ie fü r den E inbau von Deckenleuchten gedacht ist. Vor dem Sägen/Bohren sol lte man sich vergewissern, dass man wirk l ich d ie r icht ige Größe ei ngespannt hat.
Häuslebauer
Für das Gehäuse eignen sich m itte ld ichte Faserplatten (MDF) der Stärke 1 2 M i l l i meter hervorragend, da s ie le icht zu vera rbeiten, günstig und ausreichend sta b i l s ind. Für den Rahmen zum Zusa m menschrauben der M DF-P iatten ist ei nfaches Konstru ktionsholz ab 28 mm x 28 mm
d ie erste Wah l . Da d ie Bruchfest igkeit be i Biegebelastu ngen von MDF verhä l tn i smäß ig ger ing ist, n immt man zum Ablegen der Ha rdware im Cabinet besser P latten aus e inem anderen Holzmater ia l -h ier taten es von anderen Projekten übrig gebl iebene Leimholzplatten .
Auf e insch läg igen Seiten im I nternet g ibt es d ie Zeichn u ngen der Orig ina i-Cab inets i nkl usive der Bemaßu ngen zum freien Down load. Wir haben uns an das Moon-Patroi-Cabinet des japan ischen Herste l lers l rem aus dem Jahre 1 982 angelehnt. Die Zeich nungen der Seitenwände sowie Rückwand, Dach, Boden und al ler Frontplatten mit Bemaßungen s ind auf der DVD zu fi nden . Dabei hande lt es s ich nur u m Vorsch läge, an die man sich n icht sklavisch ha lten muss . Wir haben beispielsweise den Mon itor tiefer im Gehäuse eingebaut a l s im Orig ina l - das verri ngert e infa l lendes Seiten l icht auf den Mon itor. Man kann aber
den Mon itor auch .weiter nach vorne ziehen, dann n immt die Tiefe des Be
d ienfe lds ab. Wer mag, kann auch d ie u ntere F ront b is zum Be
d ienfeld d u rchziehen. Be im Aufbau empfiehlt es s ich , zu-
nächst Boden, Rückwa nd, Seitenwände und e in oder mehrere Rega lwände mit den Konstrukt ionshölzern zusammenzubauen . Den Zuschn itt der Bretter fü r d ie F ront gesta ltet man
dann je nach Geschmack und Fantas ie . Wicht ig i s t
nu r, dass d ie Breite a l ler Bret-
64,5 cm I '
Das Gehäuse orientiert sich an einem Moon-Patroi-Automaten aus den 80em. Alle anderen Plattenzeichnungen finden sich auf der DVD.
TIPP MDF-Piatten neigen bei
der Bearbeitung zum
Zerfransen . Insbesondere
beim Bohren und .
Lochsägen können betm
Austritt auf der anderen
Seite Fasern abreiße.n
und das sieht ziemhch
daneben aus. Am bes:en
bohrt man von der S� tte,
die später zu sehe� t st.
Etwaige Bleistiftstnche
zum Anzeichnen der
Löcher sieht man
spätestens nach dem
Bemalen n icht mehr.
c't Hacks 3/20 1 2 1 1 Q 5
Arcade-Ca binet im Sel bstbau
TIPP Spart man sich den
Subwoofer und n immt
als PC etwa einen
ausrangierten Laptop, so
lässt sich die Tiefe des
Gehäuses erheblich
reduzieren . Damit n immt
der Spielhal lenautoma: daheim nicht mehr so � �el
Platz ein und eignet SIC� auch fü r eine freie Ecke Im
Woh nzimmer.
ter exa kt g le ich ist - a l so 58 Zenti meter. Auf der Rückseite kan n man Belüftu ngsschl itz reinsägen, bei unserem Aufbau wurde es jedoch im gesch lossenen Gehäuse nicht sonderl ich warm.
E iner der schwierigsten Sch ritte ist das Anfert igen der Seitenwände. Zunächst ü berträgt man d ie Umrisse maßstabsgerecht auf d ie MDF-P iatte. Auch hier g i lt : Es muss kei ne exa kte Kopie sei n . A l le rd i ngs muss man dann d ie Maße, sprich d ie Höhe, de r übrigen Tei l e neu a n passen. Mit e iner Hand kreissäge sägt man ent lang der U mrisse. Wo d ie Kreissäge wegen Krü m m u ngen n icht l angkom mt, muss d ie Stichsäge ran . Bei MDF kan n man auch etwas u ngenauer sägen und sich dann später le icht per Fe i le oder Schmi rgelpapier an d ie r ichtigen Maße heransch leifen .
Die Lä nge der Konstruktionshölzer zum Zusammenschrauben der ei nzel nen MDF-P iatten ist ebenfa l l s u nkritisch. Exakt muss nur der Abstand von 1 2 M i l l imetern zur Kante der P latte se in , damit nach dem Verschrau ben mit e iner a nderen P latte deren
Beim alternativen 1 7-ZoiiMonitor haben wir das
Plastikgehäuse abgeschraubt und den Metallrahmen direkt
auf die MDF-Piatte geschraubt
1 06 1 c't Hacks 3/20 1 2
Fläche p lan mit der Stirnseite der a nderen Platte ist. Um das zu erreichen, legt man die Bretter mit dem Konstru kt ionsholz zusa m men und ju st iert a l les so, dass es passt. Mit Schraubklemmen werden die Konstrukt ionshölzer dann fix iert und an e iner Platte mit mehreren Holzschrauben (4 x 35) befestigt. Dabei schraubt man von der MDF-Piatte ins Konstruktionsholz und n icht andersheru m. Sau berer wird das Ergebnis , wen n man mit e inem 3-Mi l l imeter-Holzbohrer Löcher fü r d ie Schrauben vorbohrt und behelfsmäßig mit e inem 8-Mi l l imeter-Meta l l bohrer Senkungen herste l lt. So a rbeitet man s ich Sch ritt fü r Sch ritt vor. An der u nteren F rontseite ka n n man U nebenheiten an den Stoßste l len der MDF-P iatten mit aufgeklebten Kunststoffprofi len kaschieren.
Das Lautsprecherbrett ist an e iner Seite angefast, um in e iner F l ucht mit den Seitenwänden zu se in . Daneben ist e ine der Frontplatten angefast, um eine sau bere Stoßste l l e mit der Schublade zu erha lten (s iehe Zeichnungen auf der DVD). Die Fasen sägen sich am leichtesten mit e iner verste l lba ren Kreissäge.
h •
Etwas Feina rbeit i st fü r d ie Platte mit der Aussparung fü r den Mon itor erforderl ich . Wie g roß d ie Aussparung sein m uss, hängt von den genauen Abmessungen des s ichtbaren B i ldes ab - das var i iert selbst bei Mon itoren der g le ichen Zol l -K lasse. Den U m riss des sichtba ren B i ldes verg rößert man u m 1 bis 2 M i l l imeter und zeichnet i hn auf die MDF-Piatte. Der g rößere Umriss ist aus ästhetischen Gründen notwen-
dig : Auch mi t Ansch lag , Kreissäge und Konzentrat ion gerät beim Aussägen eine L in ie vermut l ich etwas schief. Mit dem späteren Mon itorbi ld dah i nter sieht das sehr häss l ich aus. Zur Beg rad igung klebt man e infach Winke lprofi le au s A l um in i um mit 45 Grad Gehrung an jedem Ende auf d ie jewei l ige Kante der MDF-P iatte. Je nach Dicke des Profi l s benötigt man dann den Zuschlag fü r den Umriss - andernfa l l s
Ungerade Ka nten des Monitorfensters kaschiert man mH Aluprofllen.
c't Hacks 3/201 2 1 1 0 7
Arcade-Ca bi net im Sel bstbau
Das Monitorbrett wird auf die zwei bereits im Gehäuse
befestigten Konstruktionshölzer 1 und 2 geschraubt.
Ein Vorbohren der Löcher erleichtert die Montage.
1 08 1 c't Hacks 3/20 1 2
würde d ie Leiste später i n s B i ld ragen. Die Gehrungen sägt man mit e iner Meta l l bügelsäge und e iner Gehrungs lehre aus dem Baumarkt.
Bei unserem 1 5-Zoi i-Mon itor verh indert e in h inten an der Platte angebrachter Rahmen das Verrutschen. Der Mon itor selbst wird von lackiertem Lochband aus Stah l festgehalten. Bei der Variante mit dem 1 7-Zoi i Mon itor haben wi r dessen P last ikgehäuse entfernt und den Rahmen d i rekt auf d ie MDF-P iatte geschraubt - das hie lt zumindest bei uns bombenfest. An welcher Position und in welchem Winkel man das
Mon itorbrett montiert, ist Geschmackssache. Wichtig ist, dass es der e igenen Körperg röße genügt - den Orig i na lp länen der Herste l le r zufo lge müssen die Spieler damals irgendwie kleiner gewesen sei n .
A ls Besonderheit i s t u nter dem Bed ienpanel noch eine Schub lade fü r die PC-Tastatu r und eine Maus e ingelassen. Damit lassen s ich etwa ige Konfigurationen d i rekt am Spiel ha l lenautomaten erled igen. Bei der Tiefe der Schu blade und dem E inbau der Teleskopschienen muss man auf die E inbautiefe von Joystick und Trackba l l achten .
Mit dem Trackbal l und dem größeren Bildschirm spieH sich Centipede gleich doppeH so gut. -
Die äu ßere Gesta ltu ng e ines Cabi nets ist e ine der schwier igeren Aufgaben . Zur Wah l stehen r ies ige Aufkleber im Areade-St i l z u m Bekleben d e r Seitenwände und d e r vorderen E lemente. Wer Airbrush beherrscht, kan n das Gehäuse auch l ackieren . Be im besch riebenen Cabi net besch ritten wir e inen ganz an deren Weg u n d i m it ierten e ine Scha l ttafe l aus der Vorkriegszeit - das sogenan nte Diesel punk-Des ign . Alte Spu len mess instru mente g ibt es auf eBay und auf dem F lohmarkt, Gle iches g i lt fü r d ie Drehscha lter und Druckknöpfe au s Bake l i t . E i n i ge der I n st rumente s ind sogar noch fu n kt ionstücht ig und ze igen etwa d ie Spa n n u n g des Ma inboards an . Der vordere Anstr ich m i t s i l berner H a m mersch lagfa rbe verle iht der MDF-P iatte das Aussehen der lack ierten Meta l l p l atten , wie s ie früher im Messgerätebau verwendet wurden . U m das Ga nze aufzuhü bschen, s i nd noch Marq u ee-Aufk leber fü r MAME vorne
TIPP MDF-Piatten erzeugen beim
Bearbeiten sehr viel Sta.ub. We� sollte im Freien sagen un
. kann, . R" umen arbeiten
wer nur m a . bohren. . h . en Gehilfen m1t
llte SIC ein kann, so
Seite stellen und Staubsauger zur
ke tragen . Beim eine Staubschutzmas
't h " gen und Bohren ml
LOC sa f d llte man au grun
Forstnerbohrer �o Reibungshitze
der entstehen en t droht die
öfter Pause machen, sons
MDF-Piatte anzukoke\n.
sowie a lter Arcade-Spie le auf der Seite an gebracht . Noch ke i ne absch l ießende Lösung haben wir fü r d i e Abdecku ng der Holzsch ra u ben gefu nden , d i e de rzeit n u r ü berma l t s i n d . Den kba r ist es, Kuge l kopfm uttern aufzukleben. (dab)
www.ct.de/cs1208100
c't Hacks 3/20 1 2 1 1 09
3 2 - bit 1-JC- Karten für die Arduino-Gemeinschaft
Dein Ausgangspunkt
zur FPGA-Welt !
M ixed -Signal Prüf- und
Messgerät für die Tasche
,, ,, : tre nz e electronic
• • ••• al le Produkte im Shop
www. trenz-electronic.de/CTHH031 2
F PGA-Asteroids
Ca rsten Meyer
M i n i-Aste ro i d sAuto m at
Dank hochinteg rierter Gate-Arrays bekommt man heute die komplette Schaltung eines Spielhal lenAutomaten aus den späten Siebzigern auf einen 1 5-Euro-Chip. Wir haben das legendä re AsteroidsSpiel per FPGA auferstehen lassen - ganz zünftig mit Kathodenstra h l röhre als Vektor-Display und Doppeltrioden a ls Ablenkstufe.
1 1 0 I c't Hacks 3/20 1 2
Ein voll funktionstüchtiger Asteraids-Spielautomat mit den Abmessungen 1 8 cm x 20 cm ist hier nach den Originalplänen von 1 979 im Spartan-3-FPGA verwirklicht. Das Steampunk-Design gewinnt durch die alte Oszilloskop-Röhre (7 cm Durchmesser) und eine Ablenkschaltung mit ECC83-Trioden. Für die Spielpausen ist eine "analoge" Uhr eingebaut, die sich nach einer Minute Nichtgebrauch automatisch aktiviert.
1 KByte RAM
Tasten/Schalter
diskrete Tongeneratoren
S ie befinden s ich in e inem E in-Mann-Raumschiff i nm itten e ines Asteroidenfe lds . Mit Photonen
torpedos können Sie Geste insbrocken abschießen, bevor es zu e iner Kol l i s ion kom mt. Doch Vors icht : Große Brocken zerplatzen i n k le inere, d ie aufgrund der Wucht der Explosion meist noch sch ne l le r fl iegen. Und immer wieder tauchen U FOs mit agg ressiven A l iens auf, die auf Sie schießen - wah rl ich keine gemütl iche Umgebung .
Mit Steuerd üsen lässt s ich das Sch iff nach l i n ks und rechts d rehen und mit dem Haupttriebwerk besch leun igen. Zum Bremsen he ißt es umdrehen und i n d ie andere R ichtung besch leun igen . Der Hyper-
zum Bild-schirm
zum Verstä rker
raum-Antrieb ist le ider kaputt: Man kann zwar e inen Sprung wagen, weiß aber n icht, wo man wieder herauskommt und ob das Sch iff die Belastung aushä lt. Also nu r etwas fü r absolute Notfä l le, wen n man dem s icheren Tod bereits i n s Auge sieht.
Making-of
E inen Schwarzweißb i ldsch i rm, e inen 8-Bit-Prozessor mit 1 ,5 MHz, 8 KByte ROM und 3 KByte RAM brauchte Ata ri im Jahre 1 979, u m das packende Weltra u mAbenteuer namens Asteraids zu rea l i s ie ren - woh lgemerkt Ki lobyte, nicht Mega byte. Das Spiel war
Asteraids aus dem Jahre 1 979 war einer der größten Videospiel-Erfolge aller Zeiten. Bei der Cocktail-Version kann auf der anderen Seite ein zweiter Spieler sitzen.
c't Hacks 3/201 2 1 1 1 1
F PGA-Asteroids
Meh� als die Hälfte dieses
1 1 2 1 c't Hacks 3/201 2
einer der g rößten Videospie l-Erfolge a l ler Zeiten und stand auch i n Deutsch land i n den Sp ie l ha l l en , a l s vor 28 Jahren die erste c't-Ausgabe ersch ien .
E in wesent l icher Trick, u m e ine hohe Auflösu ng be i m in ima lem Speicherbeda rf zu erzie len , ist d ie Ansteuerung des B i ldsch i rms a l s Vektord isp lay. Bei einem k lass ischen Mon itor tastet der E lektronenstrah l d ie B i ld röhre Zei le fü r Zei le ab und wird i n der I ntensität modu l iert, u m das B i ld zu erzeugen. Das B i ld besteht a lso aus e iner festen Zah l von Zei len .
Heute, wo Speicher g roß und b i l l i g ist, hat man einfach e inen Bi ldschirmspeicher, der fü r jedes Pixel einen Fa rbwert speichert. Doch fü r e inen Schwarzweißbi ldsch i rm mit Megapixel-Auflösung würde man mit d ieser Techn ik sel bst ohne Graustufen e in Mega-
bit Speicher benötigen . 1 979 war der letzte Sch rei der Speichertechn i k jedoch ein DRAM mit 1 6 KBit, das mehr als fü nf Dol l a r kostete. Für ein Megabit hätte man 64 d ieser Ch ips benötigt, der Bi ldschi rmspeicher a l le in a l so mehrere hundert Dol lar gekostet - und der arme klei ne 6502-Prozessor mit seinem 1 6-Bit-Adressbus hätte so viel Speicher gar n icht ohne Weiteres ad ressieren, geschweige denn schne l l genug d iese Datenmengen bewegen können.
Der Tr ick beim Vektord isp lay besteht dar in , den Strah l d i rekt d ie gewünschten Objekte auf den Bi ldsch i rm zeichnen zu lassen . Der B i ldsch i rmspeicher enthält nur noch e ine Liste von zu zeichnenden Vektoren, und d ie i st verg le ichsweise ku rz. Um ein Mega pixel Auflösung zu erre ichen, steuert man d ie
X- und V-Ablenkung jewei l s über e inen 1 0-Bit-D/AWandler an ; d ie Asteraids-Hardware er laubt außerdem die Steuerung der He l l igkeit in 1 6 Stufen (vier Bit).
Speichermäßig ist damit a l les im Griff, doch wäre eine 6502-CPU hoffnungslos damit ü berfordert, in Echtzeit d ie Vektorkoord inaten zu berechnen und an die DIA-Wand ler zu verfüttern . Stattdessen entwickelte Ata ri- l nge-n ieu r Howa rd De iman e inen dediz ierten Vektorgenerator, der e igenständ ig d ie Komma ndos aus dem B i ldsch i rmspeicher l iest und den Strah l ü ber die Mattscheibe fü h rt.
Sparprogramm
Der Mikroprozessor kann sich somit ganz auf die Log ik des Spiels konzentrieren. Dazu genügen ein 6 KByte großes Programm im ROM und 1 KByte RAM. H i nzu kommen 2 KByte B i ldsch i rmspeicher, auf d ie CPU und Vektorgenerator beide Zugriff haben, sowie 2 KByte Vektor-ROM, dazu gleich mehr. Auch mit der Sound-Erzeugung in Echtzeit wäre der 6502 überfordert. Desha lb übernehmen d iskrete Tongeneratoren das Rumpeln, Krachen und Piepen. Sieben versch iedene Sound-Effekte g ibt Asteraids von sich, und jeder ist a ls sepa rate Scha ltung rea l i s iert, d ie auf Kommando genau i h ren Ton von sich g ibt. Die CPU braucht das Konzert über e in paar 1/0-Ports nur zu d i rig ieren.
Mehr a l s d ie Hä lfte a l le r Baute i le auf der Astera ids-Plat i ne entfa l l en auf den Vektorgenerator. Er lässt sich am besten rückwärts besch re iben : Ganz h inten sitzt fü r X- und V-Ablenkung jewei l s e in 1 0-Bit-D/A-Wand ler, der d ie Koord inate in e in Ana logs igna l umwandelt. Jede Koord inate steckt i n einem Zäh ler, den man auf- oder abwärts zäh len lässt, um den Strah l zu bewegen und e inen Vektor zu zeichnen . Alternat iv lassen s ich prog rammgesteuert absol ute Koord i naten i n d ie Zähler laden. Der Stra h l spr ingt d a n n an e ine neue Posit ion.
Um Vektoren mit verschiedenen Winke ln zu zeichnen, muss der Strah l i n X- und V-Richtu ng u ntersch ied l ich schnel l bewegt, d ie Zäh ler fü r X und V a l so mit versch iedenen Frequenzen getaktet werden. Das erled igen prog rammierbare Zähler, d ie eine vorgegebene Anzah l von Impu lsen gle ichmäßig vertei lt über einen bestimmten Zeitraum abgeben.
Schnell oder hell
Es ist nicht dasselbe, ob man einen Vektor mit hoher Geschwindigkeit i n ku rzer Zeit oder mit geringer Geschwindigkeit i n längerer Zeit zeichnet. Denn die Hell igkeit e ines Vektors hängt vom Zeichentempo ab: Bewegt sich der Strah l schnel ler, so vertei lt s ich seine Energie auf eine längere Strecke und der Vektor wird dunkler. Damit a l l e Vektoren i n etwa g le ich he l l erscheinen, prog rammiert d ie Asteraids-Software d ie Frequenzzäh ler i n etwa derselben Größenord nung . Kürzere Vektoren werden durch kürzere Laufzeiten erzielt. Für d ie Schüsse setzt Asteraids die Geschwindigkeit auf nul l und lässt den Strah l einfach eine Zeit lang auf der Stel le brennen. Auf der a lten Schwarzweißröhre überstrah len die Schüsse dann so richtig schön, ein
Effekt, der wesentl ich zum Charme des Spiels beiträgt - und vielen Emu lationen leider völ l ig feh lt.
Das Herz des Vektorgenerators ist ein Zustandsautomat, bestehend aus e inem kleinen PROM, dessen Ausgänge über e in Latch auf einen Tei l der Eingänge zurückgekoppelt s ind. Damit hat Dei man praktisch einen Spezia lprozessor konstru iert, der seine eigene kleine Maschinensprache versteht und der Reihe nach I n strukt ionen aus dem Vektorspeicher aba rbeitet. Sogar Unterprog rammaufrufe beherrscht das Prozessörchen und hat zu d iesem Zwecke e inen klei nen Stack, der v ier Rücksprungadressen fasst.
Schablone
Und hier kommt das erwäh nte Vektor-ROM zum Einsatz: Es enthält fert ige Vektor-U nterprogramme fü r Asteroiden, Buchstaben, Ziffern u nd a l l e sonst im Spie l vorkommenden Formen. Wen n d ie Spie lsaftware a lso e inen Asteroiden zeichnen wi l l , muss s ie d iesen nicht Vektor fü r Vektor i n den Bi ldschirmspeicher sch re iben, sondern stattdessen nur einen Unterprog rammaufruf. Über e inen zuvor gesetzten g lobalen Ska l ierungsfaktor lässt sich die Größe der gezeichneten F iguren va ri ieren. So genügt eine ei nzige Rout ine, um einen Asteroiden i n g roß, mittel oder klein zu zeichnen, und auch das U FO steht nu r e inma l im ROM, obwohl e s im Spiel i n zwei Größen auftritt.
Led ig l ich das e igene Rau msch iff wi rd n icht a l s Su brout ine a ufgerufen, sondern a l s E i nzelvektoren aus dem RAM gezeichnet. Der Grund ist wieder Speichergeiz: Im Vektor-ROM stehen Vor lagen fü r das Raumsch iff i n 1 6 versch iedenen Drehwin ke ln von nu l l b is 90 Grad. U m a l le mög l ichen Winkel zu erha l ten , kopiert d ie Software d ie Vor lagen ins RAM und spiegelt s ie nach Bedarf a n X- oder V-Achse, i ndem sie d ie Vorzeichenbits umkippt.
SPANNEND Die Heizwicklung des
Bi ldröhrchens lieg: a_uf
900-V-Potential , Sie ISt
deshalb aus isoliertem
Draht mit sechs
Windungen getrennt
aufgebracht. Vorsicht, der
Spannungsvervielfac�er
beißt bei Berührung Im
Betrieb kräftig\
c't Hacks 3/20 1 2 1 1 1 3
F PGA-Asteroids
FPGA a ls M o d u l
Wei l niemand gern 1 00-polige SMD-ICs mit 0,5 mm Beinehenabstand ein lötet,
haben wi r auf ein industrielles FPGA-Modul na
mens GoD IL von OHO Elektronik zurückgeg riffen, das
über zwei reih ige Pfosten-
le isten sehr e i nfach auf d ie Platine zu setzen ist. Das
Modu l enthä l t neben einem 50-MHz-Takgeber
auch g leich den FPGA-Konfigu rationsspeicher, den
man nur noch mit der AsteroidsCiock.B IT-Datei von
der Heft-DVD bespielen muss. Es würde a n d ieser Ste l le zu weit füh ren, den
Vorgang fü r d ie versch iedenen verfügba ren Program
mieradapter zu besch reiben. Gute Erfah rungen
haben wir mit dem HAGKabel HS 1 von Dig i lent ge-macht, das auf die GoDIL
Programmierleiste passt und s ich zudem prima i n d i e X i l i nx'sche F PGA-Entwicklungsumgebung ISE
e inbinden lässt.
1 1 4 1 c't Hacks 3/201 2
Rein ins FPGA
Die Scha l tung des Asteroids-Spie ls ist i nzwischen on l ine verfügbar, der 6502-Prozessor längst a l s überschaubarer FPGA-Core i n der Hochsprache VHDL implementiert, und der Prog ra m mierer M ike Johnson von fpgaarcade.com hat s ich schon 2003 d ie Mühe gemacht, d ie komp lette Asteroids-Scha l tung in VHDL-Code zu ü bertragen und zu veröffent l ichen. Er programmierte a l le rd ings e in TV-I nterface h inzu, das d ie Vektor-Da rste l l ung des Orig i na l -Spie ls i n e ine (weniger spektakulä re) Raster-Darste l l ung u msetzte.
U nter Verwendung der Joh nson'schen Sou rcen haben wir den FPGA-Code so angepasst, dass wieder e in Vektor-Display angeschlossen werden kann . E ine XV-Disp laye inheit wie im Orig ina l erhält man heute zwar n icht mehr, aber im Pr inz ip e ig net s ich jedes Oszi l l oskop zu r Da rste l l u ng , sofern es einen Z-E ingang fü r d ie He l l igkeitssteuerung besitzt.
Das brachte uns a uf die Idee, bei eBay e ine k leine Oszi l loskopröhre zu erstehen und d ie Ansteuerung komplett selbst zu erled igen. Dabei kamen dem Autoren ebenso reiche wie schmerzhafte Erfah ru ngen mit der h i storischen Röhrentechn ik zu Gute: Zur Erzeugung der symmetrischen Ablenkspa n n u ngen im 250V-Bereich kom mt e i ne Differenzverstä rker-Schaltung mit zwei ECC83-Trioden zum E insatz, d ie deutl ich ei nfacher und robuster a l s e ine g le ichwert ige Trans i storscha l tung ausfie l . Das E rgebn is : E in 500 000-Gatter-FPGA und zwei Doppeltr ioden von 1 948 i n trautem Zusammenspie l auf e iner P lat ine.
Hochspannend
E ine Kathodenstra h l rö h re braucht Hochspa n n u ngen i m kV-Bere ich , se l bst bei u n serem k le inen Exemp la r s i nd Betriebsspa n n u ngen von + 1 00 u n d -900 V. nöt ig . Z u m Nachbau kön nen w i r d ie Röhren-Scha l tung desha l b ke i nesfa l l s u ne i ngeschrä n kt empfeh len .
Fa l l s Sie s i ch n icht an den Aufbau der Hochspannungs-Sekt ion trauen : Man kan n das Spie l wie erwähnt auch auf e inem Oszi l loskop a l s Sichtgerät spielen, das man m it den im Scha ltplan gekennzeichneten Ansch lüssen x def, y def und z verbindet. Wesentl i ch schärfer und he l ler s ind a l lerd i ngs spezie l le XV-Displays, etwa die a lte Tektron ix-Serie 602 bis 604.
Unsere 1 60 mm x 1 00 mm g roße Plat ine (fü r Unentwegte ha ben wi r d ie komp letten Schaltu nterlagen, Konfigu rationsdateien und d ie VHDL-Sou rcen auf der Heft-DVD abge legt) erzeugt die d iversen Röhren-Betr iebsspa n n u ngen von +250 V, + 1 00 V und -900 V d u rch e ine Spa n n u ngsvervierfacherScha l tung , d ie e i n k le iner, selbst zu wicke lnder ( ! ) Schaltnetztei i -Übertrager l iefert. Ansonsten braucht es neben der Trioden-Ab lenkscha ltung noch e inen Mehrfach-DIA-Wand ler fü r d ie XV-Vektor-Spannungen (der bei uns aus Preisg ründen nu r 8 Bit auflöst) und e inen k le inen N F-Verstä rker fü r die Tonausgabe, den Rest er ledigt das FPGA. Die Stromversorgung erfo lgt ü ber e in 1 2V /2A-Steckernetztei l , das auch g le ich d ie Röh ren beheizt.
Wir haben h ier der e i nfacheren Handhabung halber das FPGA-Modu l GoDILSO_XC3SSOOE von OHO verwendet, das bei Trenz e lectron ic 59 Eu ro kostet und dessen 500 000-Gatter-FPGA fü r d ie geste l lte Aufgabe fast schon ü berd imens ion iert ist.
Anzumerken ist sch l u ssend l i ch noch, dass d ie a ngegebene D imens ion ie rung der Scha l tung e i gent l i ch nu r fü r den a bgeb i l deten B i l d röh rentyp DG7- 1 6 g ü lt ig i st . Mit a nderen Röh ren m u ss man zwa ngs lä ufig etwas exper imentieren, sonst i s t das B i l d u nscharf oder ga r n icht erst s ichtba r. Das Röhren-Datenb latt (e i nfach nach der Typen beze ichnung der Röhre googe ln ) g i bt Ausku nft, we lche nomina len Spa n n u ngen a n Kathode, G itter und Wehne l tzyl i nde r a n l iegen m üssen . Werden höhere Anodenspa n n u ngen nöt ig (d ie P la t ine d ü rfte b i s 1 500 V vertragen) , muss man auch d ie Wickl ungen des Ü bertragers a n passen. (cm) c't
,., ....
::c
... ,., � ;5 � "'
..oll
..oll
U1
(5
R13
470R
_PL
4
__
__
_ l
r---,-
--1-D CF77
PL2
But
ton
Pin
(sw
itch
to
GND
Pin
9)
1 • f
lre
u
J
----.
PL1
� �
Ul
Cl
7805
4J;7 50V
�r
-=--
' :3--
--,l
(4
Button
Pad
eT JJlU}f 2
•R
turn
OC·Koax SW
DC
Pow
er 12V 1A
�
100nf 100nf
3 =
Co
in
(6
4•
Ltu
rn
470� 35V
U4
AD7226
DIL
�.75,7
1,67.6),59,
55,51
5 •
Thr
ust
6 =
1 Pla
yer
7 •
Sh
leld
/Hy
pe
rsp
ace
8 •
2 P
laye
r
RS "' � f '
2k2
R6
lk R7
470R
z I . .
: 12
..
""''
[
R2 [
lk SYM
U2
-'-
Aste
raid
s Sta
nd a
lone
by
C. Me
yer 2
008,
2012
X Def
lectio
n Vdef
•250
OR24
OR22
R 10
,--,
I 1
220k
220k
(9
ck, 22k '-
-----' 4�7 63 :�
f!SS'"--------------------1�----' R
l7
.. .:, I �
"�:
LM3B6
1 OR
Speaker
112 m
L es
1 oo
� zsv
100
nf
T ..1.
.
Vlc
ECC8
3
'"' r'l R16
l) 4
k7
T1 oo
nf"[
�1
• V2c
ECC8
3
Gnd
y 6 W
dg b
if
2x
0,7
mm "
.--
+30
Wd
g 0
,2 m
m 8 ' •8
0 W
dg
0,2
mm
" 50W
dg
0,2
mm
01
1N49
48
Y Def
lection
Vdef
•250
OR2
6 2k2
-'-
C15
.tt ...
(14
(18
C21 47
n 40
0V
33n
630V
33n
630
V � 07
1N4948
�49481 ��494
n2 r�
JD9
OR27
82k
+os O
•R36
10
0k
+100
V -PL1
R35
270k
R34
220k '-
--'-
-
OR37
....,.,
120k __
__L _I
010 ..
B
ng
htne��
�
R28
R38
C 19
SOk
lM
47n
400V
R 29
21k
A
C22
47n
400V
PL11 -890
V Gl
R33
210k
L----1----'------• PL
12
R30
100k
R32
220k
Focu
s -800
V R31
PL13
250k
G3
si'
fil
a�
g,:;
;ra.
;::;
:ii' c:L
I§ �
::I !!: g.
cs: 5.
g. 9:
Cll �
fn
G)C:t
o:::I
�Je
" CD
a:rCD
:: I
K' ii§
'S.��>
3 o
lii
cmm -
·c:t.!:=
l»i»
�!
� ::I
!!I m
;c&
i&
�»
::I
::::11'1:1
fn
-::I =
:!t-·l!l
äl c: if
l:!
><!!!.
n!!
Sg!
�&
!!._
;;;g:
� c:a.
rn =' J
ca -ca
n !!l,
a:r
=-j!.
S!!a
ii-!�S.
Sm"'ii
::
-<�
::;:-
=:t �
I»CD
;;::!l
c:a. f9-
s"'m
i.'fc::::�5
�'"' "'nm
.:,
1=-91
�-·::I &
i'i
lo��
i ·
NI»>
::� ::I
-·
•-ca
n ,..
-i
frn
.?"
Schwebestativ mit
Gyrostaten
restp\attengehäuse
8 atteriebetriebene G ita rrenverstä rker sucht man zwar kei neswegs mi t der Lu pe, doch d ie a m
vMa rkt befi nd l ichen Geräte zeich nen s ich weder du rch ger ingen Stromverbrauch noch du rch besonders g roße Lautstärken aus, vom käsigen Klang mancher Fernostprodu kte ganz zu schweigen. Lästig ist auch der ständige Batteriewech-sel oder die Ungewissheit, ob der Mano-zel lensatz vom letzten Konzert noch das nächste Stück du rchhä lt.
Unser Konzept vermeidet d iese Nachtei le : An erster Ste l l e steht e ine C lass-DEndstufe mit i h rem au ßerordent l ich hohen Wirku ngsgrad und entsprechend ger ingem Batter ieverbrauch . Dan n e ine d ruckvol le Vorstufe mit röh renähn l ichem Soft-C i ipp ing , d ie auch mit S ing lecoi i Tonabneh mern re ich l i ch Susta i n l iefert oder das sorgfä lt ig ausgewäh lte Lautsprecherchassis, das schon bei ger inger Leistung kräftig h i n langt. Und nicht zu vergessen die intel l igente Ladescha ltung fü r den h ier verwendeten, pflegele ichten B le iakku . Also genau das, was man s i ch schon immer gewünscht hat: a l s Übungsverstärker fü r zu Hause, fü r private Sessions im Wohnzimmer der M ietwoh n u ng, bei Strassenmus i k oder im Backstage-Bereich des Dorfgemeinschaftshauses.
KIS S-Konzept
Der Ansatz ist - ganz "keep it s imple, stu pid" - m in ima l i st isch und fu nktiona l . Die Zah l der E instel l mögl ichkeiten haben wir auf das absolut Nötigste red uziert, näm l ich einen Verstä rku ngs- (Gain) , K lang(Treble) und Lautstä rkestel le r (Master) sowie e inen E inscha lter. Verzichtet wu rde auf Kana lumschaltungen, Equal izer oder DSP-Effekte. Dafü r ist der gesamte d u rch laufene S igna lweg rei n ana log und somit frei von den DSP-typischen Latenzzeiten . E in EffektE insch leifweg (etwa fü r den dem nächst vorgeste l l -
•
ten Klangprozessor mit dem einfach zu prog rammierenden M in i-DSP FV- 1 von Sp in Semiconductor [ 1 ] ) ist aber trotzdem vorhanden .
Als preiswerte und übera l l verfügbare Energ iequel-le wurde ein Blei-Vl ies-Akku ausgewäh lt. Aufgeladen
wird der Akku über d ie eingebaute Ladescha ltung und ein handelsübl iches Notebook-Netzgerät ( 1 6 b is 20 V). Im Netz-betrieb wi rd nicht nu r der Akku geladen, sondern auch d ie höhere Gleichspannung des Netzgerätes zum Verstärker durchgeschaltet, wodu rch mehr Leistung zu r Verfügung steht. Bei 1 8 V E inspeisung verdoppelt sich die Ausgangsleistung gegenüber Batteriebetrieb auf rund 1 5 W.
E inen ganz entsche idenden E i nfl uss auf den Klang hat der verwendete Lautsprecher. H ifi-Chassis mit i h rem erbärml ichen Wirkungsgrad und dem a l lzu l inearen F req uenzgang ha ben hier n ichts zu
suchen. Unser bisher iger Favorit u nter den Klei nen mit 1 65 mm bezieh ungsweise 6,5 Zol l Korbd u rchmesser ist e indeutig der SP-6/1 OOPA von Monacor/ IMG Stage l i ne . Mit e inem Freq uenzbereich von 90 Hz - 8 kHz bei einem m ittleren Scha l ld ruck von 94 d B/ 1 W/1 m überrascht er du rch sei nen druckvollen Klang mit krista l l klaren Höhen, obwohl er eigentl ich a l s PA-Mitteltöner gedacht ist.
Sparsame Endstufe
Neben der C lass-D-Endstufe fü r den Lautsprecher fi ndet s ich auf dem Leistungsmodu l das Powermanagement zur Kontro l le von Ladung und Ent ladung der Batterie. D ie Leiterplatte i s t rund mit knapp 8 cm Durch messer und dafü r vorgesehen, mit Schaumstoffklebeband (z.B. Tesa Powerstrips) d i rekt auf den Lautsprechermag neten geklebt zu werden . Auf d iese Weise entsteht e in "aktiver Lautsprecher" mit extrem ku rzer Lautsprecher leitung . Bei d iesem Kon-
AKKUBEFESTIGUNG
Akkus der 600-g-Kiasse
wie der a ngegebene
1 2 V/1 ,2 Ah-Typ
(bei Reichelt unter 8 Eu ro)
halten mit 3M-Noppen
band prima i m Gehäuse.
Bei g rößeren Typen sol l ten
Sie e inen Halter aus
Holzbrettehen vorsehen.
c't Hacks 3/20 1 2 1 1 1 9
G itarrenverstärker
BLEIBESCHAFFUNG
a . . ß'tg ausgetauschte Turnusm
( nd deshalb preiswerte
�s kostenlose) Bleiakkus
aus Notstromversor?ungen
(Server, Notlicht) stnd oft
noch erstaun lich fit, wenn
sie nicht misshandelt wurden
(Stichwort Tief�ntlad�ng) . n
Allerdings sind ste metst vo
größerer und schwererer
Bauart.
1 20 I c't Hacks 3/20 1 2
zept können d ie Bautei le natür l ich nu r von der Oberseite aus bestückt werden.
l n der Endstufe kommt der TPA3 1 25D2 von Texas Instruments zum Einsatz. Dies ist woh l einer der letzten verbl iebenen Class-D-Verstärker im bastlerfreundl ichen DIL-20-Gehäuse. Wer einmal versucht hat, einen TSSOP28-Ch ip mit Heatspreader-Pad auf e ine bleifrei verzin nte Leiterplatte zu löten, weiß das zu schätzen . Der Grundverbrauch ist mit 16 mA (typ.) be i 24 V erfreul ich gering. Entha lten s ind zwei Ha lbbrückenverstä rker ( .. S ing le Ended") mit unsymmetri schen E ingängen. Für Mono-Vol lbrückenbetrieb ( . . Br idge Tied Load") benötigt man also ein gegenphasiges Ansteuersignal . Dies stel len die symmetrischen Ausgänge des Vorverstärkermodu les zur Verfügung. Aufgrund des hohen Wirkungsgrades produziert das IC kau m Abwärme und kommt ohne jeden Küh lkörper aus.
Laut statt Leistung
Die erzie lbare Ausgangs le istu ng ist vor a l l em e ine F rage der a n l iegenden Betr iebsspannung . I m Vo l l brückenbetrieb le istet der TPA3 1 25 laut Datenb latt 9 W an 8 Ohm bei 1 0 Prozent Kl i rrfaktor und 1 2 V Betr iebsspan n u ng . Du rch den vorgescha lteten .. Soft C l i pper" wird d ieser Wert a l lerd i ngs n icht erreicht. Die u nverzerrte S inus leistu ng dü rfte dann eher bei 5 W l iegen. Diese eher bescheiden anmutende Leistungsa ngabe re lativiert s ich schne l l , wen n man den Verstärker an e inem hochwertigen Lautsprecher erlebt. Durch den .,Soft C l i pper'' ergeben sich zudem Kompressionseffekte, d ie zur hohen empfu ndenen Gesamtlautstärke beitragen.
Batterie-Ladeschaltung
Die i nterne Batterie-Ladeschaltung ist ausgelegt zum Ansch luss an den DC-Ausgang eines Notebock-Netzgerätes ( 1 6 b is 20V) . Dieses l iefert e ine h in reichend saubere Gle ichspannung, sodass im Unterschied zu
den üb l ichen Autobatterie-Ladegeräten kein 1 00-HzBru m m der Batteriespannung zu befü rchten ist. Im Idealfa l l i s t das Netzkabel 3-pol ig , sodass auch 50/1 00 Hz Feh lströme abgeleitet werden. Unter d iesen Voraussetzungen ist u ngestörter Netzbetrieb mögl ich, a l so Verstärkerbetrieb und Laden zugleich.
Der Ladereg ler besteht im Wesent l ichen aus dem Leistungsscha lter T6 (s iehe Scha ltb i ld auf der HeftDVD) und dem in Re ihe gescha lteten PTC-Widerstand F 1 . Diese schl ichte Schaltung erlaubt Ladeströme von mehreren 1 00 mA bis h i n zur Ladesch lussspannung ( 1 4.4 V) bei nu r 1 6 V E inspei sung. Da sich der PTC bei Dauer ladung auf knapp 1 W Ver lustleistung e inste l l t, s i nkt der Ladestrom mit ste igender Spa n n u ngsd ifferenz. Demnach wi rd e ine t ief entladene Batterie anfangs mit wen iger Strom geladen, mit ste igender Zel lenspannung n immt d ieser zu.
Den Fortsch ritt des Ladevorganges zeigt die Betr iebs-LED an. Wä h rend der ersten langen Ladephase leuchtet s ie permanent, mit dem Erreichen der Ladesch l ussspannung verlöscht sie. Soba ld d ie E inscha ltschwel le u ntersch ritten ist, wird der Ladestrom wieder e ingescha ltet und die LED leuchtet. Es hande l t sich a l so um e ine e i nfache 2-Pu nkt-Regel ung mit fester Scha lt-Hysteresis . Mit fortschreitender Batterie l adung werden die Ladezyklen kü rzer und d ie Pausen l änger, synch ron dazu ändert s ich das B l i nken der LED.
Da d ie externe E inspeisung mehr Spannung l iefert a l s d ie interne Batterie, übern immt sie auch d ie Versorgung des Verstä rkers. Damit wird n icht nu r d ie Batter ie ent lastet, sondern dem Verstä rker steht auch eine höhere Betriebsspannung zur Verfügung. Dementsprechend erhöht s ich d ie maxima l erreichbare Ausgangs leistu ng.
Tiefentladeschutz
Bleige l-Akkus verl ieren i h re Ka pazität, wen n sie längere Zeit t iefent laden heru mstehen . Da auch das
ausgefei l teste Akku-Ma nagement d ie E igenentladung n icht verh i ndern kan n, l iegt es letzt l ich am Benutzer, fü r rege lmäßiges Auffri schen zu sorgen . Der Power-Manager trennt d ie Last (Zwangsabschaltung), wen n d ie Batter iespa n n u n g eine kr it ische Schwel le ( VBattEmpty) u ntersch reitet. Damit man hiervon nicht völ l ig ü berrascht wird, beg i nnt d ie LED schon be i Untersch reitu ng von VLoBatt zu b l i nken . Ist es erst e inmal zu r Zwa ngsabscha l tung gekommen, b le ibt d iese so lange aktiv, b is e ine externe E inspei sung erfolgt. A l le rd ings ist nur der externe Betrieb sofort verfügbar, der B1itteriebetrieb dagegen wi rd erst fre igegeben, nachdem die Ladesch l u ssspannung e inma l erreicht worden i st.
Ähn l ich der S icherheitsfah rscha l tung bei der Eisen bahn ("Totmann knopf"), die man zur Vermeidung e iner Zwangsbremsung n icht l ängere Zeit unbetätigt lassen da rf, gönnt un sere Scha ltu ng dem Mus iker maxima l 1 5 M inuten Pause, danach i s t Ruhe (Auto-Abscha l tung) . Das schont d ie Batterie, wen n m a n m a l wieder vergessen hat, d e n Ausscha lter zu betät igen. Nach Ab lauf der ha lben Totzeit beg i n nt d ie LED aufgeregt zu b l i n ken und d ient so a l s E rmunteru ng, ma l wieder in d ie Saiten zu langen . Die Wiederbe lebung nach Zwa ngsabscha l tung erfo lgt du rch Aus- und wieder E inscha lten.
Vorgesehen ist e in B le i-Vl ies-Akku mu lator mit 1 2 V/1 ,2 Ah, der mit 600 g Gewicht noch moderat am Griff zieht. Das reicht fü r etl iche Stunden ungebremsten Lärms fernab der Steckdose. Es dü rfen auch g rößere Akkus e ingesetzt werden, nu r wiegen d iese ha lt mehr und d ie vol l ständige Aufladung dauert länger. Zur Ladung kön nen d ie Batteriepole auch d i rekt herausgefüh rt und mit e inem externen 1 2 V-Ladegerät, der Zigaretten-Anzü nderbuchse des Autos oder ähnl ichem verbu nden werden. Dem internen Ladereg ler schadet das n icht, er b le ibt inaktiv.
Neben der Ansch lussbuchse fü r den Scha lter fi ndet sich d ie Prog rammierbuchse SPI . Dies i st das E infa l l stor fü r den Hacker, der d ie i nterne F i rmware nach e igenem Geschmack u mgestalten möchte. Dabei handelt es s ich um das üb l iche 6-pol ige ISP-
I nterface nach Atmel . Es fun kt ioniert sowohl i n der strom losen Scha ltu ng, wen n der Prog ra m mer die 5-V-USB-Spannung d u rchreicht, a l s auch im Betrieb. Dies wurde vom Autor ausg iebig mit dem TinyUSBProg ram mer von LadyAda getestet.
Gitarren-Frontend
Der Vorverstärker bestim mt weitgehend d ie Klange igenschaften des Verstä rkers wie F requenzgang, Rauschen und Verzerrungs-Charakteristi k. Die a l l ererste S igna laufbere itung ü bern immt e ine Sou rcefolger-Stufe bestückt mit e inem rauscharmen Sperrsch icht-FET (Q 1 ). Der Gitarrene ingang ist mit 1 MOhm abgesch lossen und damit hochohmig genug für a l le i n Frage kommenden E-Gitarren. Deutl ich k le inere E ingangswiderstände fü h ren bei der klassischen passiven Pickup-Verscha ltung zu Klange inbußen in Richtung dumpf und ausd ruckslos.
Ü ber C9, R3 wird die Stufe um Tl ("Pre-Amp") angesteuert. D ieser l nvert ierverstärker enthä l t zwei a nt ipara l le l verscha ltete Dioden im Gegenkopplungszweig und s ieht damit land läufigen Si-DiodenVerzerrern zum Verwechse ln ä h n l ich . Tatsäch l i ch d ienen d ie Si-Dioden n u r dazu , d iese Verstä rkerstufe vor der Ü bersteuerung zu bewah ren. Der eigentl iche Verzerrer fo lgt i n Form des Differenzverstä rkers T1 3, T4 ("Overd rive") . Er setzt schon ein, lange bevor d ie Si-Dioden leiten . Im U ntersch ied zu Diodenverzerren zeigen übersteuerte Differenzverstärker e inen völ l ig stet igen, weichen Verzerrungse insatz. Das macht s ich g ut bei den le icht angezerrten E inste l l u ngen, typisch fü r den klassisch "b l uesigen" Sou nd .
Der Übersteueru ngsgrad wird über das "Ga i n Pot"
e i ngeste l lt . I m L inksansch lag ist d ie Verstä rku ng m in ima l und der Ton c lean . E ingangss igna le bis zu 2 Vpp werden u nverzerrt wiedergegeben. Be im Aufd rehen des "Ga i n Pot" n immt d ie Spannungsverstärkung des "Pre-Amp" zu und der Differenzverstä rker wird entsprechend sta rk ü bersteuert.
Das zweite Seg ment des "Ga in Pot" wirkt am Em itter der nachgeschalteten Verstä rkerstufe (T3) a l s
LAUTSPRECHERAL TERNATlVEN Auf der Heft-DVD finden Sie
Datenblätter zu in Frage
kommenden Lautsprecher-
h . Sparsamen Gitarristen ( aSSIS .
sei der Visaton BG 1 7
empfohlen, der nur
1 8 Euro kostet.
c't Hacks 3/20 1 2 1 1 2 1
Gitarrenverstä rker
KLEBEN STATT SCHRAUBEN
Dank größerer F reiflächen
kann das Leistungsmodul z.um
. . I m·lt Tesa Powerstnps Be1sp1e «-(doppelseitige Schaumsto
Klebepads) am Lautsprecher
magneten befestigt werden .
Achten Sie hierbei darauf, dass
keine Lötpads oder
Drahtenden mit dem
Magnetjoch in Berührung
kommen, die Drahtenden
also besonders kurz
abkneifen !
1 22 1 c't Hacks 3/20 1 2
Lautstärke-Kompensator. Damit wird e ine subjektiv annähernd konstante Lautstä rke über den gesamten Verzerrungsbereich hergeste l l t . Ein weiteres, le icht zu übersehendes Deta i l ist der "Bass Cut" (C9, R3) vor dem Verzerrer und der " Bass Boost" (C3, R38, R39, R40, R4 1 ) dah inter. Die Bassabschwächung vor dem Verzerrer verh indert, dass d ie von Natur aus ampl i tudenstarken tiefen Töne d ie schwächeren hohen Töne ü berdecken . E in Effekt, der vor a l lem be i verzerrten Akkorden stört. Die nachgeschaltete, entgegengesetzte Anhebung ist genau gegenläufig .
Playback
E i n Stück Aud ioka be l m i t e i nem 3 ,5-m m-StereoStecke r ste l l t d i e Verb i ndung zu e ine r externen Tonq ue l l e wie MP3-P iayer, PC, Metronom, Smartphone und so weiter her. Die Lösung mit dem fest angesch lossenen Kabel mag etwas ungewöhn l i ch ersche inen, ist a ber wesent l ich praxistaug l icher a l s e ine 3 ,5-m m-Stereo-Ki i n kenbuchse . D ie E i n koppl ung erfo lgt h i nter dem Verzerrer, sodass d ie E i n ste l l ung des "Ga i n Pot" ke i ner le i Auswirkungen hat. K langste l le r und Lautstä rkeste l l e r wi rken dagegen geme insam auf den G itarren- und P layback-E i n gang . Auch wen n es unnötig erscheint, wurde be im K langste l l e r ebenfa l l s e i n Ta ndem-Potent iometer e ingesetzt. E i nfach u m d ie Sta b i l ität zu verbessern, immerh in s i nd die d re i k le i nen Potis und die E i n gangsbuchse d ie e inz ige Befest igung des Vorverstä rkers.
Einschleifweg
Das E insch leifen externer Effektgeräte ist im Layout des Vorverstä rkermod u les bereits vorgesehen. E i n 1 0-pol iges F lachkabel , e ingesteckt i n d ie Ansch luss-
buchse " I n sert Con nector" l iefert das S igna l MONO_SEND zum Ansteuern des Effektgeräte-E ingangs . Dessen Ausgänge ge langen ü ber d ie Rückwege RET-L und RET-R zum zentra len La utstä rkeste i ler. Ohne Effektgeräte muss die Verbi ndung zwischen SEND und RET mit H i lfe von Steckbrücken auf der Ansch lussbuchse " I n sert Connector" hergeste l l t werden . Vorauss icht l ich i m nächsten Heft werden wir e in klei nes DSP-Effektgerät vorste l len .
Da d ie meisten Effektgeräte e inen Stereo-Ausgang mitbri ngen, i st d ie E rweiterung des Verstä rkers auf Stereo-Betr ieb e ine d u rchaus beden kenswerte Option. Die Verb indung "PA-Con nector" l iefert e inen symmetr ischen l i n ken und rechten Kana l mit den Leitungen MASTER_R_N EG, MASTER_R_POS, MASTER_L_N EG, MASTER_L_POS. Die Leistu ngsmodu le s ind fü r e ine a lternative Bestückung der E inkoppelkondensatoren vorgesehen. Mit C l und C29 wi rd der l i n ke Kana l , mit C l 6 und C l ? der rechte Kana l ausgewäh lt.
Röhrensimulation
Der Stereo-Su m menkana l besteht aus dem StereoLa utstä rkereg ler und e inem zwe ika n a l igen Differenzverstä rker. Der wi rkt a l s sanfter Beg renzer ("Soft C l i pper") und ist so bemessen, dass e in nachgescha lteter Lautsprecher-Verstä rker m i t 1 0-facher Verstä rku ng n ie vo l l i n d i e Beg renzu ng gefa h ren werden kann . Der Maxima l pegel wächst mit der anl iegenden Betriebsspan n u ng, sodass bei jeder Versorgu ngsspa n n u n g d i e opti ma le Leistung herauszuholen i st .
Q ber e in 1 4-po l iges abneh m ba res F lachkabel wi rd der Vorverstärker mit Strom versorgt und l iefert symmetrische Stereo-S igna le an e in oder zwei Leistungsverstä rker. Da d iese Audios igna le symmetrisch ü bertragen werden, kom mt man mit ei nfachem, u ngesch i rmten F lachka be l aus . Die Leitung MONO_SEND überträgt das unabgeschwächte Summens igna l a n d ie Totman n-Scha ltung auf dem Leistungstei L
Pimp my Amp
Der Vorverstä rker ist d imension iert worden fü r e ine Stratocaster-Gita rre mit S i ng leco i i -Tonabnehmern . D iese Kombination l iefert relative k le ine Ausgangsspa n n u ngen a n den Verstärkere ingang . Andere G ita rren mit H u m bucker-Tonabnehmern l iefern oft wesent l ich höhere Spannu ngen sodass der Vorverstä rker schon in der M in ima l stel l ung des "Ga in"-Stellers hörbar zerrt.
Für G ita rren mit "heißen" Tonabneh mern (Humbucker-Pickups) sol lte d ie E ingangsempfind l ichkeit entsprechend verri ngert werden . Zu ändern i st das E inkoppelgl ied zwischen JFET-Ausgang und dem Vorverstärkere ingang R3 (1 kOhm) und C9 (330 nF) : Kleinere Widerstände und g rößere Kondensatoren ergeben eine höhere Verstärkung (bis 330 Ohm, 1 IJF), größere Widerstände und k le inere Kondensatoren eine geringere Verstärkung (bis 3,3 kOhm, 1 00 nF) .
D ie Ü berprüfung erfo lgt i n der M i n ima l ste l l ung des Ga i n-Ste l l e rs, der Lautstä rkereg ler sol lte dabei
-
Hiet ist gute Löterfahrung nötig.
zu rückgenommen werden . Al le Reg ler an der G ita rre auf Vol lansch lag ste l len und dann vol le Pu l l e in d ie Sa iten langen - h ierbei so l l ten keine hörba ren Verzerrungen auftreten .
Platinenbestückung
Auf beiden P lat inen kom men sowoh l bed rahtete a l s auch SMD-Baute i le zu r Verwendung , letztere a ber nu r i n hand l ichen Größen, sodass der Aufbau jedem bega bten Löter ge l i ngen sol lte. Aufpassen sol lten Sie nur bei den SMD-Kondensatoren, da d iese keinen Werte-Aufd ruck besitzen und leicht zu verwechseln sind hat man s ie erst e i nma l der Verpacku ng entnommen. Die Kondensatoren der F i lter und Signa lwege s ind dagegen a l s bedrahtete Fol ienkondensatoren oder E l kos ausgefü h rt.
Der erste Test sol lte nach dem Flashen der F i rmware tun l iehst nicht d i rekt an der Bleibatterie erfolgen, sondern erst e inmal an einem regelbaren Labornetztei l a l s Akku-Ersatz. Bleiakkus neigen bei Ku rzschl üssen du rch Lötfehler oder dergleichen zur Gewa lt und lassen Leiterbahnen oder IC-Bei nchen e i nfach verdampfen. Die Ruhestromaufnahme des kompletten Amps sol lte nicht sonderl ich über 20 mA l iegen.
Die vol l ständigen U nter lagen wie Scha lt- und Bestückungsp läne sowie d ie Stück l i ste fi nden Sie auf der be i l iegenden Heft-DVD, Aktua l i s ierungen wie ü bl i ch auf www.g ithu b.de/heise. Die Leerp lat inen können Sie bei ct.eu roci rcu its.de beste l len . (cm)
Literatur
[ 1 ] Die Baumarkt-Orgel, Hammond-Cione zum Selbstbau,
c't Hacks 2/1 2, 5 . 80 (t
c't Hacks 3/20 1 2 1 1 23
Niemand lötet gern Hunderte von SMT-Bauteilen auf e ine Platine - und schon gar n icht, wenn mehr a ls e in Exem plar zu bestücken ist. Sel bst bei Kleinserien lohnt es,
bei einem Bestücker Preise und Konditionen anzufragen. Wir haben bei ASPro, einem schwä bischen 40-Ma nn-Betrieb, e inmal in die lötbäder gescha ut.
Jedes Bautei leband wird mit einem kodierten Halter eingespannt. Die Maschine sucht sich so das jeweils passende Bautell automatisch, die Reihenfolge der Rollen ist nicht relevant. Bei der MY1 2 reichen wenige Zentimeter Band-Vorlauf.
Der Bestückungsautornat Mydata MY1 2E schafft mit seinem "Hydra"Mehrfachkopf im Schnitt 8000 Bauteile pro Stunde.
Bändern nimmt das Gerät in speziellen Schächten
auch Trays (BauteilePaletten) und Stangen
ware auf.
D ie ungewissen Kosten s ind der Hauptgrund , warum Klei nserienherste l ler l ie
·ber sel bst den Lötko lben schwingen, a l s e inen Loh n bestücker zu beauftragen. Tatsäch l i ch sch lagen d ie Masch i nen-E in richtungskasten ein ziem l iches Loch i n d ie Kasse, was a l s e inma l ige Ausgabe aber trotzdem e ine ü berschau ba re I nvestit ion ble ibt. Größere P lat inen können a l lerd i ngs schon e inma l auf 500 bis 1 000 Eu ro E inma lkosten kommen - je nachdem, wie vie l Arbeit der D ienst le ister mit den ange l ieferten P länen noch hat. Am teuersten s ind mith in Klei nstser ien von 1 b is 1 0 Stück, da rüber kommt man sch ne l l wieder auf i rd i sche Kosten pro P lat ine . N u r so a l s Anha ltspu nkt: Bei e iner e i nze lnen , mit rund 300 SMT-Ba utei len bestückten Plat ine in Eu rokarten-Größe verlangen U nternehmen, d ie s ich auf d ie Musterfertigung spezia l i s iert haben, zwischen 250 und 450 Euro - plus Baute i l kosten, versteht s ich.
Der k lass ische Bestücker arbeitet entweder eng mit e inem Leiterplatten-Fertiger zusammen oder macht auch die P lat inen selbst, das s ind dann aber nur d ie g rößeren Betriebe. Ein erstes Gespräch k lärt e in iges: Welche Daten s ind anzu l iefern, welche Bautei le sind zu beschaffen? Um Reibungsverluste zu vermeiden, sol lte man d ie Plat inenfertigung dem Bestückungsdienst leister überlassen; der weiß am besten, welche Nutzengröße, welche Ränder und welche Oberflächen fü r seine An lage passend s ind . Im Pr inz ip kön nen Bestücker natür l ich auch angel ieferte Leerp lat inen vera rbeiten . in jedem Fa l l benötigt er d i e Extended-Gerber- u n d Boh rdaten zur Plati ne, u nter anderem fü r Pastenschablone und Bestückungskoord inaten.
Gleich nach dem Bestücken wird gelötet: Entweder im Konvektions-Durchlaufofen für größere Serien und unkritische Bauteile . . .
Am laufenden Band
Viele Lohn bestücker haben bei Bauteile-Distr ibutoren recht gute Kond itionen und ha lten bei Standardtei len wie 0805-Widerständen und Keram ikkondensatoren einen mitu nter beacht l i chen Lagerbestand vor . Meist rechnet es s ich daher n icht, d ie benötigten Bautei le .,bei Angel ika" (a lte ReicheltKu nden wissen, was gemeint i st) zu beschaffen. Mögl ich ist es aber trotzdem und s in nvo l l vor a l l em dann , wenn man vom letzten Projekt noch ein ige angefangene Rol len übr ig hat.
Bei prog ra mmierten Ch i ps, sehr spezie l len oder abgekü ndigten Bautei len wird der Bestücker d ie Beschaffung seitens des Kunden sogar verlangen. Mit den berüchtigten RS-Brötchentüten und e inze ln verpackten SOT23-Tra ns istoren sol lte man aber tun l iehst n icht auf der Matte des Dienst le isters stehen, da d ie Bestücku ngsautomaten nur Gu rt-, Stangenund Tray-Ware annehmen; E inze lbautei le müssen dagegen manuel l nachbestückt werden . Ka lku l ieren Sie fü r die Produktion ruh ig e in paa r gegu rtete Baute i le mehr e in - Bestücku ngsautomaten verlangen e inen gewissen Vorlauf Ue nach Gerät 5 bis 30 cm), um das Bautei le-Band einzuspannen .
. . . oder in der Dampfphase für Kleinserien und empfindl iche Teile. Hier sorgt die Kondensationswärme einer exakt bei 230 •c siedenden, absolut inerten Spezialflüssigkeit (Galden) für ein besonders schonendes Löten. Angeblich soll man im Galden-Dampf auch Würste braten können.
Bedrahtete Bauteile auf gemischt bestückten Platinen werden mit der Selektiv-Lötanlage "gefluxt" (mit Flussmittel eingesprüht) und eingelötet. Das aus
einer steuerbaren Düse strömende Lötzinn benetzt nur eine minimale Fläche.
Durch die Inspektion gefallene Baugruppen werden an speziell ausgerüsteten Arbeitsplätzen nachgearbeitet. Hier können gegebenenfalls auch kleine Nachbestückungsarbeiten erfolgen. Die minifitzeUgen Arbeiten erledigen geschickte Frauenhände - Grobmotoriker haben hier n ichts zu suchen.
Feuchtigkeitsschäden
Bei teu ren ICs auf (zu ku rzen) Bändern ist es du rchaus zweckmäßig, d iese von Hand auf ein Tray zu sortieren - entsprechende Sorgfa l t bezüg l i ch Antistati k-Maßnahmen vorausgesetzt. Das sol lte aber erst unm itte lbar vor Fertigu ngsbeg i nn geschehen: Ansonsten können die Kunststoff-Gehäuse Luftfeucht igkeit aufnehmen und d ie Ansch lussp ins oxid ieren .
Das hat be i der heute fü r Konsumgüter vorgesch riebenen bleifreien Lötung mit i h rer höheren Temperatu r una ngenehme Fo lgen: Berüchtigt ist der Popcorn-Effekt, der d ie IC-Gehäuse d u rch d ie p lötzl i ch verdam pfende I n nen-Feucht igkeit aufplatzen lässt. Empfind l iche Bauteile aus geöffneten Verpackungen werden daher e in ige Stunden be i 1 25 oc vorgebacken.
Die Bestücku ng beim Dienst leister sch l ießt in der Regel eine manue l le oder automatische optische I n spekt ion (AOI) e in ; mit besonderen Vereinbarungen wird er d ie Baugruppen auch einer elektrischen Prüfung unterz iehen, was wegen der u mfa ngre ichen Vorbereitu ngen bei Kleinserien aber recht kostspie l ig ist.
Unsere B i lderstrecke zeigt die d rei Fertigungsstraßen bei ASPro: e ine fü r SMT-Piati nenser ien, e ine fü r Kle inser ien und gemischte Bestückung und d ie g roße Wel len lötanlage fü r bedrahtete Bauelemente. (cm) �t
Geschafft: fertig bestückte und geprüfte Baugruppen zur Auslieferung an den Kunden
C 2 D D D Picco lo La u n c h Pad
Das Streuen sehr preiswerter Entwicklungskits ist besonders bei den gan:z großen Halbleiterherstel lern beliebt. Tl wartet hier zum Beispiel mit dem (2000-LaunchPad a uf, das m it einem Abköm mling der TMS320-Signalprozessoren bestückt ist.
Mit dem C2000 P iccolo LaunchPad lässt Texas I n struments ein komplettes Entwicklungsboard fü r gerade e inma l 1 7 US-Do l la r auf d ie Embedded-Entwickler los . Der enthaltene TMS320F28027 ist e in U n iversa l Control ler aus Tls Piccolo-Fam i l i e m i t 64 KByte Prog ramm-Flash, acht PWM-Kanälen, Event-Ti mer, 1 2-B it-ADC, 12C, SP I und UART. Auf dem Board ist bereits e in JTAGEmu lator/Debugger mit optisch iso l iertem USB-Ansch luss entha lten, über den der Pie-
colo auch mit F i rmware beladen wird. Der k le ine, sehr sparsame 32-Bit-Contro l ler a rbeitet mit b i s zu 60 MHz. Von den DSPs hat er sei ne hervorragende E ignung fü r Echtzeit-Anwendungen (z. B. Motorsteuerungen) geerbt, für Aud ioAnwendu ngen feh len i h m a l le rd i ngs passende Ports und e ine F l ießkomma-E inheit
Vor dem E insatz des Lau nchPads hat Tl a l lerd ings eine Hü rde gesetzt: die I n stal lat ion des (h ierfü r kosten losen) Gigabyte-g roßen Entwickl u n gssystems CodeComposer 5, das auf der Ec l i pse-P iattform basiert. Für den Download und die I nsta l lat ion darf man gut zwei , d rei Stunden ansetzen, dann noch e i n ige Tage fü r d ie E inarbeitung i n das seh r mächtige (he ißt fü r den E insteiger: das komplexe und u n übers icht l iche) Werkzeug. D ie ersten Sta rtversuche er le ichtert d a n n
..;)jt;.o
S c h a ltp l a n-D esign e r s P i a n 7 . D 0 � 0: X 1 {2;;] X
Sch nel l mal einen Schaltplan für eine I l lustration erstel len? Wer sich bis lang mit ASCI I-Art oder Handskizzen begnügte, sol lte viel leicht doch auf sPian von Abacom umschwenken.
Der übersichtl iche und sel bst mit Rechner
"Möhren" zufriedene Schaltplan-Ed itor von Abacom l iegt n u n mehr i n Version 7 vor. Eigentl ich kei n Grund, i hn h ier vorzuste l len , wären da n icht se ine eher u nterd u rchschn itt l iche Bekannthe it, d ie u nsch lagbar einfache Bed ienung und d ie sauberen, hervorragend lesbaren Schaltp läne, d ie er l ie-
Cl rl liii • • • • •1 t " ,., c " :::; (11 "' 0 • €i 12'1
fert. Sowoh l von der Anwenderfreund l ichkeit a l s auch von der Ästhet i k der Scha l tp läne her kön nte s ich so manches "g roße"
EDA-Paket h ier e ine d icke Scheibe abschneiden.
Bei der neuen Vers ion kön nen Projekte auch auf versch iedene B lätter verte i l t werden, zudem
6 �
/so Jso .r I � �
6' ·� .
kfso �0 X': 0'• �
wurde d ie Druckfu nktion u m e ine komfortable Seitenauftei l ungs-Funkt ion erweitert. Ganz pfiffig sind auch die "aktiven Verknüfu ngen", so dass man beisp ie lsweise zu einem Spezi a lba utei l g le ich den Li n k zum Lieferanten h i nterlegen kann . H inzugekom-
men s ind ebenso Bemaßun-
vr;;;- � ! ";'":...........L...---CI.�-L----L-L'" -'"'-" ___:�r........-.J'"'------"'-----":.::1 1 gen, Spezia lformen, automat ische, praxisgerechte Stückl i sten und frei defin ierbre Paletten mit den persön l ichen Baute i l - und B ib l iotheks-Favoriten . Kostenlos ist e in Viewer fü r sP ian-Orig ina ldateien, der d ie Pläne zwar nicht edit ieren kann , aber doch fü r den Ausdruck aufte i l t u n d aufbereitet.
-P- -ib- 0 . � .
"'
� � {_ ,_, ; �i,
-w- v .. � � !
* "
� "' !
1 28 1 c't Hacks 3/20 1 2
d i e Tl-contro iSU ITE, e ine Art F ramewerk mit Beispie len, Treibern und Libraries. (cm)
C 2 0 0 0 Piccolo LaunchPad
Controller-Entwicklungskit
Hersteller
Vertrieb
Systemanf.
Preis
Texas Instruments, www.ti .com
z. B. Watterott, www.watterott.com
Windows (32 Bit) oder Linux
20 €
:1� 0� 0
l x .. "' <. �
,__, >< Q "· + ... 6 "
'"' jso " =
6so '\(oo � 0••
!;P_,..
Mit sP ian kan n man a l lerd i ngs nu r P läne zeich nen, e ine Netzl i sten-Verbi ndung zum M in ima i-P iat inen layouter Spr int aus g le i chem Hause existiert n icht . Also das Richtige fü r a l le, die nur i h re Loch raster-Projekte oder Prototypen doku mentieren wol len - mehr kan n und wi l l sP ian n icht le isten. Fü r d iesen E insatzbereich ist der Preis von knapp 40 Euro gerade noch angemessen. (cm)
sPian 7 . 0 Schaltplan-Editor
Schaltplan-Editor
Hersteller
Systemanf.
Preis
Abacom, www.abacom-online.de
Windows NT bis Windows 7
40 €
M a ke r B ot R e p l i c ator 2 & C o .
Der Replicator 2 ist der erste 3 DDrucker von Ma kerBot l n d u stries mit Stah lgehäuse u n d ohne Open-Sou rceLizenz. E ine M IT-Au sgründung wi l l h ingegen einen bezah l baren 3DDrucker herausbringen, der Stereolithog rafie beherrscht.
MakerBots Repl icator 2 fü r 2200 US-Do l l a r erreicht e i ne Auflösung von 0, 1 M i l l imetern und kan n Objekte bis zur G röße von 284 m m x 1 55 mm x 1 52 m m d rucken . Als Mater ia l kommt au ssch l ieß l i ch der Kunststoff PLA zum E i nsatz, der wie bei a l len Vorgängermodel len geschmolzen und sch ichtweise a ufgetragen wi rd ( FDM-Verfah ren) . MakerBot rät vom b isher oft verwendeten ABS als Druckmateria l ab, weil es s ich beim Abkü h len verformen kan n . E i n Model l mit zwei Druckköpfen w ie be im Repl icator 1 sol l ab 201 3 als Repl icator 2X fü r 2800 US-Do l l a r angeboten werden .
Die bisher ige Drucksoftware Repl icatorG ersetzt MakerBot d u rch eine namens MakerWare, d ie d ie Berechnung der Steuerdaten aus 3 D-Vorlagen b is zu 20-ma l schne l ler erled igen sol l . Mit MakerWare lässt s ich auch der im Januar 20 1 2 erschienene Repl icator 1 ansteuern, d ie Unterstützung fü r dessen Vorgänger Thing-0-Matic ist angekünd igt.
Repl icator 2 und MakerWare sind keine Open-Sou rce-Produkte - das bedeutet e i ne Abkehr von der b i sherigen F i rmenpol i t ik.
Krit i ker, darunter der i m Streit ausgeschiedene M itg ründer Zach Hoeken, warfen MakerBot im I nter-net vor, mit den neuen Produ kten d ie Open-Source-Bewegung zu verraten , da diese auf Entwicklun-gen aus der Comm u n ity bas ierten . Make rBot-CEO B re Pett i s konterte, dass se ine F i rma den Ma rkt fü r beza h l ba re 3 D-Drucker erst begründet habe und versprach, auch in Zukunft "so offen wie mög l ich" zu sei n . I m August 20 1 1 waren d i e R i s i kokap ita lgeber Faundry Group mit 1 0 M i l l ionen US-Do l l a r be i MakerBot e ingestiegen .
MakerBot hat a ußerdem i n New York einen Laden eröffnet, in dem der Repl icator 2 präsentiert und verkauft wi rd . Käufer kön nen mit dem neuen Gerät erstma l ig e in e i nj äh riges Service-Paket namens MakerCare für 350 US-Do l l a r erwerben. I n sgesamt vera bsch iedet s ich MakerBot l n d u str ies damit aus dem Do-it-you rself-Segment und von den e igenen Wurze ln i m que l loffenen RepRap-Projekt . Das weckt E r i n nerungen a n d ie Anfänge von App le, d i e 1 977 mi t dem App le I I d i e PC- I ndustr ie m itbegründeten .
Stereolithografie Das M IT-Sta rt-up Formlabs macht mit dem 2700 US-Dol l a r teuren Drucker Form 1 e ine Stereol ithog rafie-Masch i ne fü r den semiprofess ione l len Anwender erschwin g l ich . Bei der Stereol ithog rafie hä rtet e i n Laser einen flüss igen Kunststoff punktweise. Laut Herste l l e r d ruckt der Form 1 Model le m i t e iner Sch ichtd icke von 25 M ikrometern (0,025 mm), die maximale Objektgröße beträgt 1 25 mm x 1 2S mm x 1 65 m m .
D i e Produ kt ion der ersten Seriengeräte hat Formlabs ü ber die Crowdfund ing-P iattform Kickstarter finanziert - (und sammelte dort 3 M i l l ionen US-Do l l a r e in , 30-mal mehr a l s angesetzt) . Maxim Lobovsky, e iner der d re i Gründer, le itete früher das Open-Source-Projekt Fab@Home, das zwei RepRapä h n l iche 3 D-Drucker zum E igenbau entwickelt hat.
Zur Aus l ieferung des Form 1 im Februar 201 3 hat Formlabs nur e in g raues Kunstharz a l s Druckmaterial fü r rund 1 50 US-Dol lar pro Liter im Angebot - laut Aussage der F irma i st das immer noch b i l l iger a l s Materia l anderer Herstel ler. Fü r d ie Zukunft s ind weitere Kunststoffe angekü n d igt, d ie fa rbige, transpa rente und flex ib le Objekte ermög l i chen so l len .
Made in Germany
Fü r 1 000 Euro bietet das deutsche Start-up iRap id se inen 3 D-Drucker i Rap id compact a n . Ged ruckt wi rd im FDM-Verfah ren mit e iner Sch ichtd icke von 0,25 M i l l imetern, d ie Ansteuerung er led igt wie beim RepRap e in Ardu ino Mega m it RAMPS-Motortreiber-Piat ine. Der Bau ra u m von nur 1 0 Zentimetern in a l len d rei D imens ionen ist so klei n wie beim ersten MakerBot, dem Cu pcake von 2009. Bei F i rmware und Drucksoftware setzt i Rap id auf d ie Open-Sou rce-Anwendung Repetier. Die I nnovation des i n Deutsch land gefert igten Geräts ist mög l icherweise der
"patent ierte Zahnstangenantr ieb" des x-yTisches, der be im i Rap id den bei a nderen Geräten vielfach verwendeten Zahnriemenantr ieb ersetzt. (phs)
Replicator 2 Mittelklasse-3D-Drucker
Hersteller
Systemanf.
Preis
MakerBot, www.makerbot.com
Windows, Mac OS oder Linux
2 200 US-$
c't Hacks 3/20 1 2 1 129
Ste l laris La u n c h Pad
Das Stel lar is Lau nch Pad erweitert d ie Entwicklungskit-Fami l ie Stel laris von Texas Instruments um ein Mod u l m it ARM-Cortex-M4-Prozesor.
Mit dem Entwickl ungskit Ste l l a ri s Lau nchPad (EK-LM4F1 20XL) wi l l Tl den E instieg in d ie Programmierung seiner Ste l l a ris-Mikrocontro l ler mit Cortex-M4-Kern verei nfachen. Der 32-Bit-Prozessor LM4F 1 20HSQR taktet mit 80 MHz, hat e ine G leitkommaeinheit, 32 KByte SRAM und 256 KByte F lashSpeicher sowie d iverse Schn ittste l len von UARTs ü ber SP I , 1 2C b is zu USB (Device). Ana loge S igna le erfasst der zwölfkana l ige A/D-Umsetzer mit 12 Bit.
Auf der kompakten La unchPad-P iat ine sitzen g leich zwei d ieser Prozessoren. A l lerd ings steht fü r Experimente nu r einer davon zur Verfügung, der andere d ient als Debuglnterface. P rog ra m miert wird das Lau nchPad per USB, es br ingt fü r erste Experimente
Teensy 3 . 0 Das Arduino-kompatible Entwicklungsboard Teensy macht den Sprung auf 32 Bit und kommt i n der Version 3.0 m it einem ARM-Cortex-M4-Prozessor. Bei verg leich baren Leistungsdaten ist es sehr viel kleiner als das lang erwartete ARM-Board Arduino Due.
Wie d ie bisherigen Teensy-Mode l le i st d ie vier lagige P lat ine sehr kompakt ( 3 , 5 x 1 ,8 cm) und kan n d i rekt auf Breadboards gesteckt werden . A ls P rozessor kommt der MK20DX 1 28VLH5 mit 48 MHz aus der Kinet is-Serie von F reesca le zu m E insatz, der wah lweise auf 96 MHz ü bertaktet werden
1 30 I c't Hacks 3/20 1 2
zwei Taster u n d e ine RGB-LED m it. Fü r E rweiteru ngen fü h rt es i n sgesamt 40 Konta kte heraus : Auf der Oberseite der P lat ine g ibt es zwei 20-pol ige Stiftleis-ten u n d auf der Unterseite dazu passende Socke l . Somit ka n n man mehrere Lau nchpads - du rchaus auch m i t anderen Prozessoren - stape ln oder e i ne Bas isplat ine darunter setzen .
Außerdem bietet T l d iverse sogenannte BoosterPacks an . Die Pa lette re icht von einer Loch rasterplat ine über eine LED-Matrix b is zu Disp lays, Karten lesern und Funkschn ittste l len . Beim Entwurf e igener BoosterPacks sol len ein Design Gu ide sowie e ine B ib l iothek fü r d ie Layout-Software Eag le he lfen . P rog ra mmiert wi rd das Ste l l a ri s Lau nchpad wah lweise mit dem CodeComposer Stud io von Texas I n st ruments, Kei l Rea lv iew, IAR Workbench oder Sou rcery CodeBench. Wäh rend Ersteres fü r d ie Ver-
kann . Der Bootloader i st auf e inem zusätz l i chen Chip u ntergebracht, so dass der gesamte F lash-Speicher von 1 28 KB fü r P rog ramme zur Verfügung steht.
Die Programmierung ist in C/C++ oder Arduino möglich, letzteres über das plattformübergreifende Add-on Teensyduino, das die nötigen Änderungen an der Arduino-IDE vornimmt. Derzeit ist die Software noch im Beta-Stadium, später sollen al le Ardui no-Befehle und Sta ndard-Librarys ohne Code-Anpassungen funktion ieren u nd dabei auch vom schne l leren Prozessor profitieren. Programmierung und Kommunikation erfolgt über eine Micro-USB-Buch se, über die später auch USB On-the-go möglich sein soll.
Die acht Hardware-Timer fu n ktionieren anders als bei Arduino-Boards unabhängig von den zehn PWM-Ausgängen. Zwölf Pins lassen s ich über den Befehl touchRead als berührungsempfindl iche kapazitative Eingänge auslesen. Rüstet man die Platine mit einem Uhrenquarz und einer Knopfzelle
wend ung mit Ste l l a ris kosten los ist, g ibt es von den ü brigen Tools nu r Demoversionen zum Down Ioad. Wer bereit i st, rund acht b is zehn Wochen auf sei n Ste l l a ri s Lau nchPad zu warten, kan n es fü r 1 3 US-Do l la r im Onl i ne-Shop von Tl beste l len . (bbe)
Stellaris LaunchPad
Entwicklungsboard mit Stellaris-M4-Prozessor
Hersteller Texas I nstruments, www.ti.com
Systemanf.
Preis
Windows oder linux
13 US-$
nach, l äuft die entha ltene Echtzeituh r auch ohne externe Stromversorgung weiter, wod u rch s ich das Teensy auch zum Bau kompakter Datenlogger empfieh lt. Dank der 1 6-Bit-A/D-Wand ler a n den Ana logei ngängen und seines 1 2S-Busses eignet s ich das Modu l auch fü r Audio-Anwendungen .
Nach der erfo lgreichen Kicksta rter-Kampagne, mit der der Entwickler Pau l Stoffregen d ie Herste l l ung der ersten 3000 Boards finanziert hat, kan n man das Teensy 3.0 reg u l ä r fü r 1 9 US-Do l l a r auf Stoffregens Hornepage beste l len . (phs)
Teensy 3 . 0 Arduino-kompatibles Entwicklungsboard
mit ARM-Cortex-M4 Prozessor
Hersteller
Systemanf.
Preis
PJRC. www.pjrc.com
Windows, Mac OS oder linux
19 US-$
Ard u i n o D u e
Der 32-Bit-Erst l ing von Ard u i n o bietet jede Menge Sch n ittstel len und sch l ießt die Lücke zwischen Ard u i n o Uno u n d Raspberry P i .
Er i s t seit mehr a l s e inem Jah r angekündigt - und jetzt end l ich verfügbar: Der Ardu ino Due, das erste 32-B it-Board des Ard u i noTeams. Als Prozessor kommt Atmels CortexM3-Ch ip SAM3X8E mit 84 MHz und 5 1 2 KB F lashspeicher zum E insatz. Im Ard u inoStore kostet der Due rund 40 Eu ro netto, zum Redaktionssch luss war er dort bereits ausverkauft. Bei den deutschen Distr ibutaren ist er mit rund 46 Euro ge l i stet.
Das Board spart n icht an E in - u n d Ausgängen : 54 d ig ita le 1/0-P ins (dabei v ier Hardware-UARTs, zwei 1 2(-/TWI-Busse, 1 2 PWM-Ausgä nge) , 1 2 Ana loge ingänge mi t
1 2-Bit-ADC, SP I - und JTAG-Header. Erstmal ig sind auf e inem Ardu ino-Board auch zwei ana loge Ausgänge mit 1 2-Bit-DACs (fü r Soundausgabe mit der neuen Audio-Libra ry) sowie e in CAN-Bus enthalten. Neu i st auch der "Erase"-Taster, m it dem s ich der vorhandene Sketch aus dem F lashspeicher löschen lässt.
USB-Host-Mod us fü r USB On-the-go verwenden.
Vor dem Aufstecken von vorhandenene Ardu i no-Zusatzplat inen (Sh ie lds) auf den Due sol lte man sich vergewissern, dass d iese mit der geänderten Betriebsspan n u ng von 3,3 Volt funktionieren und vor a l lem keine 5 Volt an d ie 1/0-Leitungen an legen. Wer neue Sh ie lds entwi rft, kan n anhand des neuen P ins IOREF erkennen, welche Spannung der jewei l ige Ardu ino verwendet. (phs)
Der Ard u i no Due hat a u ßerdem zwei USB-Ports. Der "P rogramming"-Port w i rd wie üb l i ch zum Prog ra m mieren benutzt u n d verbi ndet den ersten Hardware-UART ü ber e inen ATmeg a 1 6U2-Ch ip mit dem Computer, wo er a l s s i ch a l s v i rtuel le r serieller Ansch lu ss zeigt. Der zweite "Native"-Port ist d i rekt mit dem SAM3X-Prozessor verbunden und kan n zum Debuggen oder für e ine H I D-Emu lat ion benutzt werden, bei der s ich der Ardu i no wie e ine Maus oder Tatstatur verhält . Darüber h inaus lässt er s ich auch im
Arduino Due
Entwicklungsboard ARM-Controller
Hersteller
Systemanf.
Preis
Arduino
Windows oder Linux
46 € ct
@heise
Hoax, c"'t-Lab, c"'t-Bot M i t d e m i n diesem Heft beschriebenem HOAX-Bausatz wird ein täuschend echter Hammond-Klang erzeugt. Steuerbar über M I D I oder e ine angeschlossene Klaviatur. ln der kostenlosen Basis-Firmware sind alle Funktionen bis auf einen Ton und Leslle enthalten.
Sie e rh a lten von uns e i ne vo rgefertigte. mit a l len SMD· Te i len vorgelötete und getestete Plati n e sowie die konvent ionel len Bautei le zum Selbstbestücken . Weitere I n formationen und Preise s iehe www.segor.de
Hoax 3.2
A/D und DIA-Wandler in hoher Qualität, Frequenzgenerator, gesteuerte Stromversorgung, elektron ische Last und vieles mehr - die Palette an Moduln für das c't-Lab ist umfangreich.
Über Ethernet, USB oder seriell an e inen Rech ner anzusch ließen und auf Wunsch mit LabView von Nat ional i nstru ments zu steuern oder auch re in m a n u e l l zu
bed ienen : e i n Labor-Meßsystem i m Selbstbau, das den Vergleich mit sehr viel teureren Fertiggeräten n i cht scheuen m uss. Als ko m plette Te i lesätze oder auch i n E inzelte i len l ieferbar. Schwier ig zu lötende ICs s ind auf den Plati nen vorbestückt Alle Schaltpläne und d ie Firmware-Que l ltexte s ind von der c't veröffentl icht .
Voll unter Kontrolle - der c't-Bot ist ein Bauprojekt, das als Ergebnis einen zu 1 00% selbst programmierbaren Roboter hat, der auf der Stelle drehen kann, seinen Weg durch Irrgärten sucht oder kleine Objekte transportiert. Das gesamte Hardwaredesign ist offengelegt, ebenso das Software-Framework und viele Beispielanwendungen.
• bequeme Kom p lettsätze (Basis-Satz + Erweiterungen) • I n d ustriequa l ität mit Fa u lhaber-Getriebemotoren • alle E inzeltei le auch separat l ieferbar
Basissatz € 249,-
Open Source
c't Hacks 3/20 1 2 1 1 3 1
Zutaten 1 . Sphero-Roboter
2. Androld SDK
Roboter kom men i n vielen Erschein u ngsformen daher, u nter anderem a l s Kugel. Sphero kostet 1 30 US-Dol lar, sieht aus wie eine B i l lard kugel und lässt sich mit dem
Smartphone steuern. Wen n man das dazugehörige SDK nutzt, kan n man i h m auch beibringen, den eigenen
Anwendungen zu folgen.
� Zeitaufwand:
1 -3 Stunden
� Kosten:
1 30 US-Do l l a r
� Programmieren:
Java
E lektron ische Sp ielzeuge mit dem Smartphone zu kontro l l ieren ist für v ie le Besitzer e ines iPhone
oder eines And roid-Geräts se it Längerem e in Kaufargu ment. Bereits 20 1 0 wa r Pa rrots Aug mentedRea l ity-Droh ne, e in Quad rokopter, der d u rch das iPhone (später per Android) gesteuert wurde u nd ü ber zwei Kameras per WLAN B i lder a n das Endgerät fu nkte, e in spa nnender Zeitvertreib fü r Techn i kbegeisterte.
in d iesem Jah r ist e ine Kugel namens Sphero der Hauptakteur der Smartphone-gesteuerten Roboter. U nter dem Motto "The ba l l , evolved" bietet Orbotix, e ine klei ne F i rma aus den USA, d ie steuerbare Kugel mit i nteressa ntem I n nen leben fü r knapp 1 30 US-Do l l a r an .
Sphero faszi n iert u nter anderem d u rch se in mi n ima l i st isches I nterface. I m Aussehen eri nne rt es eher an eine B i l l i a rd kuge l als a n einen fa h rbaren Roboter. Keine Ansch l üsse, Knöpfe oder Schalter Sphero ist zunächst e infach n u r e ine Kugel , d ie über e i nen i nduktiven Ansch luss aufgeladen wird und d ie man d u rch Schütte ln zum Leben erweckt.
E ine Reihe von Apps ermög l icht die Kommun ikation mit dem Roboter ü ber Smartphones mit iOS oder Android-Betriebssystem. Orbotix bietet d iverse kosten lose Apps an, weitere von Fremdanbietern s ind im App Store fü r iOS verfügbar und via Goog le Play für Android (s. Kasten "App mit dem Ba l l") .
Wer s ich dam it n icht beg n ügen und e igenes Verha lten fü r den Sphero entwicke ln wi l l , kan n a uf das kosten lose MacroLab zurückg reifen , das e ine ei nfache Prog ra mmierung des Sphero d u rch Macros er lau bt. Dabe i ste l lt d ie App d ie notwendigen Bas isbefeh le zu r Beweg u n g und Rotat ion sowie zum Leuchten der LED und zum Paus ieren bereit, außerdem ei nfache Kontro l l strukturen wie Schle i fen . Fortgesch rittene Kommandos er la u ben das d i rekte Ansteuern der beiden Räder des im I nneren befi nd l ichen M in i roboters mit u ntersch ied l i chen Geschwind igkeiten . Der Benutzer kan n e ine erste l l te Seq uenz so lcher Bas isbefeh le a l s Ma kro speichern und über das Smartphone ausfüh ren . Das erl aubt komplexe Manöver wie das Abfa h ren e iner
"Acht" be i g le ichzeitiger Farbänderung .
Eigene Anwendungen entwickeln
Vor a l l em dadu rch, dass s ich Va riab len zum Zwischenspeichern von Werten n utzen lassen, bietet MacroLab e inen komp lexen Sa ndkasten, in dem man m i t den Funktionen des Sphero exper imentieren und d iese testen kann . Entwickler stoßen a l lerd ings schne l l an G renzen, wenn s ie dem Roboterba l l komplexere Log i k be ibr ingen wol len, wie s ie beispielsweise d ie Steueru ng du rch d ie Besch leun igungssensoren e ines mobi len Endgerätes erfordert. An d ieser Ste l le setzt das von Orbotix angebotene Software Development Kit an. Für iOS, And roid und das p lattformü bergreifende, auf HTML/ 5 bas ierende PhoneGap verfüg ba r, b ietet das SDK Zugriff auf d ie Objekte und F u n kt ionen der Robolibrary, d ie d ie Arbeit mit den Ha rdwarekomponenten des Sphero ermög l icht.
Im Inneren der lenkbaren Kugel verbirgt sich ein programmierbarer Miniroboter.
Tip p
I m August wurde e in g rößeres F i rmware-Update freigegeben. Wäh rend d ie meisten Änderungen das SDK und dam i t Entwickler a nsprechen, so gab es fü r Endben utzer d re i wichtige Neuerungen . Der Sphero kan n jetzt d i rekt a u f e iner geraden Linie fah ren (Vector Drive), indem er s ich auf der Ste l le d reht. Bisher m usste die Kugel i m mer in e inem g rößeren Ha lbkreis fah ren, u m d ie Richtung zu ä ndern . Zu Beg i nn e iner Fahrt muss der Sphero zum Benutzer ausgerichtet werden, sodass der blaue Leuchtpunkt nach h i nten zeigt. Diese Prozedu r ist jetzt deut l ich besch leun igt worden, nach Aussage von Orbotix b is zur 1 0-fachen Geschwind igkeit (Fast A iming) . Bei der d ritten Mod ifi kat ion (Auto-Leve l ing ) rotiert der Sphero automatisch i n d ie korrekte Posit ion, wenn er i n d ie Ladescha le gelegt wird .
E ine zusätz l iche B ib l iothek, d ie RoboU ILibra ry, ermögl icht darüber h inaus d ie Nutzung einer Reihe vorgefertigter U I -E iemente, die die Arbeit mit dem SDK erleichtern. Beispie lsweise enthält d ie B ib l iothek Kom ponenten, d ie den Benutzer du rch den Verbi ndungsa ufbau und d ie Ka l i br ieru ng des Sphero leiten.
Im Folgenden erläutert der Artikel anhand des Sphero-Android-SDK i n Java e ine Auswah l der angebotenen Steuerungsfu n kt ionen . Weitgehend lässt s ich d ie Nutzung der Sphero-eigenen B ib l iotheksfu n kt ionen auf d ie Objective-C-Syntax des Sphero- iOS-SDK ü bertragen . Zu r E i n richtu ng der Entwickl u ngsumgebung Ec l i pse bezieh ungsweise Xcode sowie der I nsta l lation der SDKs stel l t Orbotix mit dem Down load ein "Gett ing Sta rted"-Tutoria l sowie weitere Dokumentation zur Verfügung.
S ind d ie jewei l igen B ib l iotheken i n d ie Entwickl u ngsumgebung e ingebunden , ka n n man auch schon mit der Prog rammierung beg innen . l n den G IT-Repositories der versch iedenen P lattformen fi ndet s ich darüber hinaus e ine Reihe ei nfacher Beisp ie la nwendu ngen, die weitere F u n kt ionen der B ib l iotheken demonstrieren .
Ein Blick ins Innere der Kugel
Zu nächst aber g i lt es, den Ba l l i n s Rol len zu br ingen . Dazu muss man ihn m indestens d rei Stunden a ufladen . Das genügt fü r c i rca eine Stu nde Fah rspaß. Dazu legt man d ie Kugel mit dem schwereren Tei l nach u nten in d ie mitge l ieferte Schale . Ü ber I ndukt ions ladung wird der wasserd ichte Roboter dann zum Leben erweckt. Das mitgel ieferte Netzte i l ist jedoch nu r mit e inem US-Stecker ausgestattet, sodass s ich Anwender h ierzu lande einen Adapter oder e in passendes Netztei l besorgen müssen.
E in Vorte i l der kabel losen Strombetankung ist vor a l lem, dass der Sphero i m Wasser schwi mmt und bis zu fü nf Meter Tiefe wasserd icht ist . Die beiden robusten 20 Gra m m schweren Ha l bkugeln wurden beim Produkt ionsprozess mit einem spez ie l len Kleber verschweißt, und es g ibt keine Mögl i chkeit, die Kugel zu öffnen, außer sie - wie i n den
c't Hacks 3/20 1 2 1 1 3 3
Kugelroboter Sphero steuern und prog ram m ieren
ARM 32"Bit MCU STM32 .
F 1 03CB TL
Verb indungsstecker fü r Motoren u n d Ladespu le
Spannungsregler TPS76633
8 MHz Quarz 2,4-GHz-Antenne
B luetooth Mod u l RN - 42N
Programmieranschluss
Batterie-Verbi n d u ngsstecker
RGB-LED
Lade IC fü r Akku
Abbi ldungen zu sehen - aufzusägen. Damit verl iert man jedoch d ie Garantie, und Orbotix weist darauf h in , dass s ie das Gehäuse n icht separat verkaufen und der Sphero gegebenenfa l l s n icht mehr korrekt fu nktion ieren wird.
Das Sphero-Board von oben fast im Maßstab 1 :1 .
I ebens wi rd d ie ha lbtranspa rente Außenhü l l e i n a l l e R ichtu ngen a ngetr ieben, Orbotix spr icht von bis zu 1 ,2 m/s. Ü ber eine Rei he von Sensoren kan n d e r k leine Roboter sei ne aktue l le Lage bestimmen. Neben Besch leu n i gu ngssensor und Gyroskop nutzt der Sphero e inen Mag netometer zur Messung des E rd magnetfe ldes und ka n n pr i nzi p ie l l auch a l s 3 D-E ingabegerät fu ng ieren.
Im l nnern befi ndet s ich e in k le iner Roboter mit zwei e inze ln ansteuerbaren, g u m m ibereiften Rädern, der s ich fre i i n der Kugel bewegen kan n und durch e ine Feder stets Kontakt mit der Kuge l in nenfläche hat . Im Pr inzip i st der Sphero damit e ine Art
"M in i-Segway" m it umhü l lender Kugel . Durch das Gewicht des knapp 1 00 Gramm schweren I n nen-
App mit de·m Ba l l Wer den Sphero i n Bewegung br ingen wi l l , braucht e ine geeignete App fü r sein Smartphone. E ine k le ine Auswah l ist bereits verfügbar.
Fü r den E inst ieg b ietet s ich d ie Sphero-App an , d ie a l l e g rundlegenden F u n kt ionen testet. Au ßerdem prüft s ie a uf Aktua l i s ierungen der F i rmware und sorgt gegebenenfa l l s fü r deren I n sta l lat ion .
Mit SpheroDrive hat Orbotix den Fokus auf versch iedene Fahrmod i gelegt. Neben der Steuerung per Touch-Joystick kan n der Anwender den Ba l l d u rch d ie Neigung des mobi len Geräts d i rig ieren oder klassisch mit zwei Joysticks fü r Lenkung und Besch leun igung man ipu l ieren .
Draw'n'Drive l ässt den Benutzer d ie Bewegung des Sphero entlang e iner L in ie zeichnen . So kan n er auf zunächst leerer F läche be l ieb ig komp l iz ierte Wege vorgeben, d ie d ie Kugel da ra ufh i n abfäh rt.
1 34 1 c't Hacks 3/20 1 2
Angescha ltet wird der Roboter d u rch kräftiges Sch ütte l n . E r me ldet sich ( im a ufge ladenen Zusta nd) d u rch e in fa rbenfrohes B l i n ken der e ingebauten RGB-LED. Zu nächst muss man e ine B lue-
Bei SpheroGolf dient das Endgerät a l s Sch lägerersatz, mit dem
der Anwender den Roboterba l l i m Wohnzimmer e in lochen kann . U m d ie Geschwind igkeit zu bee infl u ssen, kan n er zwischen verschiedenen Schlägertypen wäh len .
C h r o m o i st e i n Gesch ickl i chkeitsspie l , bei dem der Sphero a l s E ingabegerät d ient, m i t dem s i ch vorgegebene Bewegu ngssequenzen ausfüh ren lassen . Der Anwender hä l t d ie Kugel a l s E ingabegerät i n der Hand u n d d ie b l aue Ka l i b rierungs-LED d ient a l s F ixpu n kt fü r den Daumen , u m d ie Or ient ieru ng der Bewegu ngen zu bestim men .
Mit SpheroCa m l ä sst s i ch der Roboter steuern , u n d g leichzeit ig kan n i h n die Kamera des mob i len Gerätes aufnehmen .
D ie e rsten zwei i m App Store e rhä l t l i chen Anwendu ngen, d ie n icht von Orbotix sta m men, s i nd das Mus i k- I nterface sha pe
synth u n d das ganz in Schwarzwei ß geha ltene Last Fish, das fü r 79 Cent i n Apples App Store erhä l t l i ch i st .
- -
tooth-Verb indung mit e inem i n Reichweite befindl ichen Smartphone ( iOS oder Android) e in r ichten. Das geht recht schne l l , auch wen n i n versch iedenen Foren zu lesen ist, dass gegebenenfa l l s mehrere Versuche notwendig s ind . Zurzeit er lau bt der
$ Verb indungsaufbau mi t iOS-Hardwa re n u r e ine 1i bid i rektiona le Kopp lu ng, das he ißt, e i n iOS
Gerät ka n n s ich m i t genau e inem Sphero koppe ln . Android ermög l icht auch d ie Steuerung mehrerer Spheros mit demse lben Gerät. M u lt i User-Aktionen, zum Beispie l e in gemeinsames B i l l a rdspie l , erl aubt d ie aktue l le Software noch n icht, es sei denn, e ins der betei l igten Endgeräte d ient a l s Server fü r d ie Kontro l le des Sphero. Die Reichweite der B luetooth-Verbi ndung g ibt der Herste l le r mit b is zu 1 5 Meter an .
Damit s i ch der Sphero i n Bezug zum Benutzer korrekt bewegen kann , i st eine Ka l i br ieru ng erforder l ich . Dafü r legt der Anwender d ie Kugel auf den Boden und r ichtet s ie so aus, dass e in Leuchtpunkt in sei ne Richtung zeigt. Diesen Punkt emitt iert e ine weitere i nterne b laue LED, d ie a nzeigt, wo s ich d ie Rückseite des Roboters befi ndet. Ansch l ießend bewegt sich der Sphero vom Ben utzer weg u n d ist nach Bestätigung der korrekten Richtung ka l i br iert und e in satzbereit. Wä h rend der N utzung ka n n m a n d iesen Prozess m i t wenig Aufwand bei Bedarf wiederho len . Der Kugel roboter reag iert recht genau auf Steuerbefeh le, jedoch s i nd die Werte der Sensor ik zum Tei l verra uscht u n d zeigen bei l ängerer Ben utzu ng Abweich u ngen . E i n d i rektes Rückwärtsfa h ren ist mit dem k le inen Fahrwerk n icht mögl ich, h ierzu 'muss s ich der Sphero um 1 80 Grad d rehen und s ich weiter vorwärtsbewegen.
Den Ball ins Rollen bringen
Tip p prog ra m m zunächst e ine Verb indung mit dem Roboter a ufbauen und i h m daraufh i n Kommandos
Die Spheroverse ist e in Por- zum Bewegen sowie zum Verändern der LED-Farbe
ta l (www.spheroverse.com), übergeben. Das vol l ständ ige Listi ng fi ndet s ich auf
wo Entwickler e igene Pro- der Heft-DVD.
jekte hochladen kön nen, u m Mit dem StartupActivity-Objekt der RoboUILibrary
d iese mit anderen zu tei len . l ässt s ich e ine Verb indung zwischen App u nd
Dabei kan n man s ich n icht Sphero etab l ieren . Die F u n kt ion startActivityFor-
n u r fü r e igene Projekte in - Result() ruft die Maske auf, über die der Benutzer den
spi rieren lassen, sondern Verbi ndungsvorgang mit dem Sphero leitet. Liefert
lernt auch, wie a ndere Ent- StartupActivity ein positives oder negatives Ergeb-
wickler i h re Projekte a nge- nis, löst die App ein Ereign i s aus, das d ie Funktion Um d ie Basisfu n kt ionen des Sphero und den Ein- hen. onActivityResult() aufruft, und ü berg ibt ihr die st ieg i n das SDK zu demonstrieren, so l l e in Beispie l- -tl-===========:::f:. benötigten Verbi ndungsdaten zur Vera rbeitung .
c c L i s t i n g ( (' c (' ('
0
('
p r i va t e vo i d r o l l en ( ) ( l f (mRobo t ! = n u l l ) i f ( i >0 ) (
ro t = r o t - 25 5 / i . g r ue n = g ru e n + 2S5 ! i , . 1 /Ne ue n Fa rbw e r t
' RGBL ED O u tpu t Comma
a; Sph e ro s en den I /Komman do z um Ro rl �: e�:Comm
ba nd fmRobo t, r o t , g r ue n O J ,
Ro l l Co d · e rg e en ' ,
i - - · mman . s e n dC omman d (mRobo t , 0 0 5 ) .
I! F�n k t i o n na c h ku r z e r I e i
' , . '
f J n a l Ha n d l e r h a n d l e r -! spa nn e W l e de r a u f ru fen
h a n d l e r . p o s t D e l ayed ( - n e w Ha n d l e r ( J ;
p ub l i c vo i d ru n ( J � e w Run na b l e ( J (
ro l l e n ( ) . J ' J ' 1 00 ) ;
e l s e ( : 'tomman do z um S t oppe n g e be n J
o l Comman d . s e nd Comman d (mRobo t 0 O J . )
I I I
und Konb'ollstrulduren zur Steue
rung des Sphero lassen sich in Macrol.ab als
Makros speichern.
c't Hacks 3/20 1 2 1 1 3 5
Kugelroboter Sphero steuern und progra m mieren
Verwandte Ansätze: Kugel in groß und in M etamorphase Die Idee, i n tera ktive Kuge ln zur MenschMaschine-Kommun i kat ion zu nu tzen, hat Orbotix n icht erfunden . Bereits 20 1 0 wu rde a n der Ku nsthochschu le Zürich e ine Arbe it vorgeste l lt, bei der e in Schwarm von 16 Kuge ln d ig ita le E r innerungen e iner Person repräsent iert. E i ngebettet i n e i n la ngfrist iges Projekt des Künst lerko l lektivs etoy wu rden d ie sogenan nten TAMATAR-Objekte entwickelt . TAMATARS s ind ci rca 40 b is 50 cm g roße Styroporkuge ln , d ie d ie d ig ita len Er in nerungen e iner Person (h ier des Schweizer M ikrofi l mp ion iers Sepp Keiser)
a l s Aud iod aten bewah ren u n d auf Wunsch wiedergeben. E inze lne Kugel n bei nha lten e inen Roboter, de r d ie Außenhü l le ä h n l ich dem Pr inz ip der Spheros a ntreibt, sowie eine Aud ioschn ittste l l e fü r d ie Wiedergabe der d ig i ta len E r innerungen. Videos auf der Webseite etoy.com besch re iben das kü n st ler ische Projekt der Schweizer.
den Betrieb von einer Kugel in einen Hexapoden (sechsbein iger Roboter) verwande ln . Das Projekt i st noch i n einem frühen Stad ium - so bewegt s ich der rol lende MorpHex i n der aktue l len Vers ion aufgrund seines asymmetrisch gesta lteten I n nen lebens nu r im Kreis . Jedoch demonstr iert e i n Video auf YouTu be seh r schön die Mög l i chkeiten, die ein solches System bieten könnte, i nsbesondere wenn es d ie Sensor ik des Sphero besitzt und e ine verg le ichba re Prog rammiersch n ittstel le erhä lt . Der norwegische Tüft ler besch re ibt das System a usfü h rl ich i n seinem Blog.
l n se iner F reizeit entwickelte der norweg i sche I ngen ieur Kare Ha ivorsen e inen weiteren spannenden kugelförmigen Roboter: den MorpHex. E r kan n sich im laufen-
--- -- - - - -- --
Nachdem d ie App das Ergebnis auf Erfolg geprüft hat, ka n n s ie auf den Sphero zug reifen und die Hauptanwendung sta rten .
Ziel i s t es, das s s i ch der Sphero zwei Sekunden lang vorwärtsbewegt und dabei d ie Farbe von Rot nach Grün wechselt . Dazu werden i h m i n regelmäßigen Abstä nden Befeh le ü bergeben, e ine Aufgabe, d ie d ie Funktion rollen() mith i l fe der Rob9tLibrGiy-Funktionen übern immt. RGBLEDOutputCommand.send Command(mRobot, rot,gruen,o) überg ibt e inen Fa rbwert fü r d ie LED und Roi/Com
mand.sendCommand(mRobot, 0, 0.5) sch ickt einen Auftrag an das Fah rwerk (s iehe Listi ng auf S. 1 35) . Dabei steht der zweite Pa rameter 0 fü r die R ichtung, in d iesem Fal l vorwä rts. Der d ritte Parameter bestimmt die Geschwind igkeit und wi rd d u rch e inen re lat i-ven Wert zwischen 0.0 und 7.0 angegeben. Der Ba l l so l l s ich m it ha lber Motor le istung bewegen, daher wird a n d ieser Ste l l e 0.5 übergeben.
A ls Nächstes so l l eine ei nfache Anwendung das Aus lesen von Sensordaten des Sphero demonstrieren. Dies ist unter anderem von Bedeutung, wen n man d ie Kugel i n der Hand ha lten und als E inga begerät nutzen möchte.
Das Grundgerüst der Anwendung mit dem Verb indungsaufbau g leicht dem ersten Beisp ie l . Darauf fo lgend sol lte man i n d iesem Fa l l jedoch e in ige weitere E igenschaften des Roboters konfigu r ieren . Da der Benutzer den Ba l l i n der Hand ha lten sol l , i st es wünschenswert, dass der Sphero sich n i cht konti n u ier l i ch se l bst ausrichtet, um wie beim Fahren die Lage zu halten. Dazu scha ltet der Aufruf Sta-
1 36 1 c't Hacks 3/20 1 2
("
(' L i s t i n g
bilizationCommand.sendCommand(mRobot, fa/se) d ie Stab i l i s ieru ngsfu n kt ion au s. Zudem aktiv iertFrontLEDOutputCommand.sendCommand(mRobot, l f) d ie zweite LED, d ie anzeigt, wo s ich d ie Rückseite des Ba l l s befi ndet. Damit man , auch wen n der Sphero i n der Hand geha lten wird, d ie korrekte Or ient ieru ng aus lesen ka nn , n utzt man d ie k leine b l aue LED als Referenz p u n kt fü r die Auflage des Da u mens . So ist s ichergeste l lt, dass d ie Sensordaten des Sphero mit den Handbeweg u ngen des Ben utzers ü berei nst i mmen .
for(DeviceSensorsData datum : data list) . . AttitudeData spheroRot�tion � d t
//Rota�JOnswmkel des Spheros
if(spheroRotation != null)( - a um.getAttltudeData();
pitchValue setText( "
+ h R .
rollValue s�tText(
,;· + s: er� ot�tJOn.getAttitudeSensor(J .pitch);
yawValu� T "
" sp ero otatlon.getAttitudeSensor(J . roll);
J . .set ext(..
+ spheroRotation.getAttitudeSensor(J .yaw);
I /Beschleunigung des Spheros AccelerometerData spheroßeschleuni un -if(spheroßeschleunigung != null)(
g g - datum.getAccelerometerData(J;
acc_x.setText(String.format(.. %.3f', spheroBeschle .
. acc_y.setText(String.format( % 3f' h 8 un�gung.get fllteredAcceleration(J.x) J · " · , sp ero eschleumgu F"l
' acc_z.setText(String.format( 9t 3f' h 8 .
ng.get I teredAcceleration(J.y)); 1 " o. ' sp ero eschleumgung.get FilteredAcceleration(J.z)); I /Daten des Gyroskops ?yroData spheroGyroskop = datum.getGyroData(J · lf(spheroGyroskop != null) { '
gyr _x.setT ext(String.format(.. %.3f', spheroBeschle .
. gyr_y.setText(String.format( oL 3f' h 8 un�gung.get fllteredAcceleration(J.x)) · " '"· ' sp ero eschleun1gun t F"l
' gyr_z.setText(String.format( 9t 3f' h 8 .
g.ge I teredAcceleration (J .y)); 1 " o. ' sp ero eschleumgung.get FilteredAcceleration (J .z));
Nach der Defin it ion d ieser E igenschaften ist es an der Zeit, den Datenstrom zwischen Sphero und App zu öffnen. Zu d iesem Zweck wird d ie F u n ktion startStreaming() defi n ie rt. E ine Anforderu ng zum Strea ming erfordert e in ige Parameter, d ie d iese Funktion setzt. Ü ber eine Bitmaske g ibt s ie an , welche Daten sei ner versch iedenen Sensoren der Roboter senden so l l . Beispie lsweise die a bsol ute Rotation in x-Richtu ng (Roll, DATA_STREAMING_ MASK_IMU_ROLL_ANGLE_FIL TER ED) oder y-R ichtung (Pitch, DATA_STREAMING_MASK_IMU_PITCH_ ANGLE_FIL TERED).
Des Weiteren g i l t es, d ie F req uenz der Aufrufe, d ie Anza h l der Frames pro Aufruf und d ie Dauer des Streams zu besti mmen. SetDataStreamingCom
mand.sendCommand() sendet d iese Parameter an den Sphero, u m den Strea m zu sta rten . Zu letzt muss d ie Anwend u ng e inen Listener zum Vera rbeiten der Anfragen defi n ieren. Der DeviceMessen
ger.AsyncDataListener erhält ü ber das Ereign i s onDataReceived die angeforderten Daten zur Weitervera rbeitu ng.
D ie Beispielanwendung g ibt s ie a l s Stri ng fü r d ie Ausgabe i n e inem Textfe ld weiter. Die pro Aufruf erha ltenen Frames speichert sie in e inem ListenE lement, ü ber das s ie d a n n iter iert. getAttitudeData() l iefert d ie zuvor maskierten Rotationsdaten zurück (siehe Listi ng S. 1 36). Um die Anwendung sa u ber zu beenden, muss zu g uter Letzt noch e ine onStop()-Funktion erste l l t werden, d ie d ie zuvor defi n ierten E igenschaften zurücksetzt und sch l ieß l ich d ie Verbindung zum Sphero trennt.
Neben den im Beisp ie l besch r iebenen Rotationsdaten ste l l t der Sphero ü ber eine Reihe von Sensoren weitere Zustands i nformat ionen bereit. So ka n n eine Anwendung auf d ie gleiche Weise die Daten weiterer verbauter Sensoren, etwa des Besch leunjgungssensors, a nfordern.
Darüber h inaus lassen s ich d ie Zustä nde der Antr iebsmotoren i n Echtzeit a bfragen . Leider s ind e in ige d ieser Daten trotz F i lteru ng verra uscht, was deren praktische N utzu ng erschwert. Abhi lfe könnte das Modding (techn ische Mod ifi kat ion) des Roboterba l l s schaffen .
Dank seiner Gyround Beschleunl· gungssensoren kann man den
Sphero auch als Gamecontroller
nutzen.
Ti p p
Da dem Sphero sonstige Ausgabemög l ichkeiten wie Display oder Audio feh len, werden Systemzustände d u rch Farben und B l in kfreq uenzen doku mentiert. Rotes Pu l s ieren bedeutet e inen n iedr igen Batteriestand . Bei e in igen Systemzustä nden wie völ l iger Entl�erung des Akkus und g rü nb lauem Bl itzen muss man mit e inem starken Magneten über die Oberfläche fah ren, um den Roboter komplett zurückzusetzen .
Fazit
Sphero i st e in nettes Spie lzeug, das e ine gute Idee techn isch ge lu ngen u msetzt. Mit den b isher verfügbaren Apps verpufft jedoch das anfä n g l i che In teresse recht schne l l u n d man muss genau beobachten, we lche Anwend u ngen fü r i h n entwickelt werden . E in M a n ko s ind derzeit noch d ie F i l terung der Sensordaten und d ie E inschränkungen bei der s i m u lta n e n Ve rb i n d u n g mehrerer Endgeräte mit mehreren Spheros. Derzeit i s t das n u r ü b e r U mwege m it e i n e r i noffiz ie l len Desktop-API mög l i ch . Das frei verfügbare SDK er l aubt es jedoch, sch n e l l se l bst i n die Prog ra m m ierung der
"i nte l l igenten" Kugel ei nzusteigen, sodass zukü nft ig spannende M ixed-Rea l ity-Anwendu ngen zu erwa rten s ind .
Das hat auch Orbotix erkannt und i n d ieser Richtung weitere Entwickl ungen angekü ndigt. Vor Kurzem gab d ie F i rma e inen ersten E inb l i ck i n e ine
Ober Smartphone-Apps und einen virtuellen Joystick lllsst sich der Kugelroboter fernsteuern.
c't Hacks 3/20 1 2 1 1 3 7
Kugelroboter Sphero steuern und prog ra m mieren
Weitere Apps
Color Grab ist e in einfaches Rea ktionsspiel , bei dem d ie Spieler so schnel l wie mög l ich nach dem Sphero g reifen m üssen, wen n er in e iner besti m mten Farbe b l inkt. Durch d ie i ntegrierten Sensoren kan n der Sphero messen, wie schne l l der Gewi nner i n e iner Runde gewesen ist und das auf dem mob i len Endgerät a nzeigen. Tag ist e in ebenso s imples "Fang"-Spiel mit mehreren Spheros. Leuchtet e iner der mitspielenden Spheros rot auf, so kan n er von den anderen angestoßen werden und verl iert e in Leben. Gewi nner ist, wer a ls Letzter übrig b le ibt.
Die Appl ikation Sphero Golf war schon vorher e ine nette Variante fü r Office Golf. Mit dem mobi len Endgerät in der Hand a l s Griffstück e ines sonst v i rtue l len Golfschlägers kon nte man den Sphero i n der Wohnung oder dem Büro auf einem selbst ge-
'
bauten Parcours "e in lochen". l n der Vers ion 2 bietet d ie App e ine genauere Steuerung des Roboterba l l s d u rch präzisere Auswertu ng der Sensoren und neuer Schlagvar ianten, z. B. der Mög l i chkeit, den Ba l l a nzuschneiden.
Die N utzu ng des Sphero a l s 3 D-Ei ngabegerät wurde schon d i skutiert, Exi le i st das derzeit komplexeste Spie l , das den Sphero so e insetzt. A ls Weltra u mspie l kon stru iert nutzt man den Sphero dabei a l s Gamecontrol ler . Kippen des Sphero steuert dann das Rau msch iff d u rch versch iedene Level . I m Verg le ich mit der d i rekten Steuerung d u rch Kippen des Smartphones ist die Spherova riante zu spie len, da man s i ch g le ichzeitig a uf beide Hände konzentr iert, wen n man das Smartphone in der Hand behä lt. Es g i bt auch die Mög l i chkeit, Exi le ohne Sphero n u r mit dem Smart-
phone zu steuern. Weitere Spie le und Anwendungen s ind fü r die nächsten Monate angekündigt
E ine Vorschau auf e ine neue Entwicklung gaben d ie Orbotix-Entwickler i m Ju l i i n Los Angeles a uf der E3 (E iectronic Enterta inment Expo), e ine der bekanntesten Messen für Video- und Computerspiele. ARE i st die eigens entwickelte Augmented Rea l ity Eng ine für den Sphero. Da der Sphero recht einfach auf einem Fußboden zu erkennen und zu tracken ist, benötigt man keine speziel len Marker dafür. ln den ersten Demos zeigte Orbotix ein i Pad, das den Sphero aus dem Kamerabi ld löscht und statt dessen eine Spielfigur e inblendet. Die Grafikumgebung des Spiels "Sharky, der Biber" wurde laut Orbotix mit U n ity3D entwickelt , einer weit verbreiteten GameEngine, d ie sich besonders für mobi le Endgeräte empfieh lt.
--r----------------����::":":������::"::::::"::::�::::':��==- - - -- - -1---
kommende App namens SpheroExi le . Der Asteraids-Klon setzt den Roboterba l l als 3D-E ingabegerät ein, um ein Raumschiff zu steuern. Au ßerdem hat d ie F i rma eine frü he Version einer AugmentedRea l ity-Engine vorgeste l lt, die zu künftig Ei nzug i n d a s S D K finden so l l .
Außer fü r den fast obl igatorischen Spielebereich bietet der Sphero i nteressante Perspektiven a l s E ingabegerät, zum Beispiel fü r Desktop-App l ikationen oder t ischbas ierte Mu lt itouch-Disp lays. E ine weitere Verbesserung der a ktue l len Vers ion wä re es, wen n d ie inte l l igenten Kugeln auch e ine Audio-ausgabe böten . B isher ist Sound-Wiedergabe n u r Das Sphero-Controllerboard über das mobi le Endgerät mögl ich . (dab) von unten
Batterie-Verbi n d u ngsstecker
1 38 1 c't Hacks 3/20 1 2
Tip p
Seit Ku rzem können Kunden i n den USA den Sphero fü r knapp 1 30 USO d i rekt über d ie Amazon, Thi n kGeek und weitere Händler erwerben. Sogar Apple bietet d ie rol lende Kugel in seinem Onl ineshop an und zeigt, dass man sich einen Markterfolg von der rol lenden Kugel verspricht. Für Kunden außerha l b der USA ble ibt jedoch a ktuel l nur der Bezug ü ber den Webshop von Orbotix -zumindest l i stet die Webseite nur Distr ibutaren in den USA auf.
Verbi n d u ngsstecker fü r
Motoren u n d Ladespule
1!11• � [!] . www.d.de/cs 1208132
SCANBYBLAC KBURNER 2012
' Elektronik S M D-Löten i n der F riteuse
Ca rsten Meyer
D a m pfp h a s e n l öte n i n d e r Frite u s e
Unser Testgerät: die aus Erfahrung gute FFR 5551
mit Musterplatine und Bestückungsutensil ien
AC HTU N G ! Verbrennungsgefa h r
1 40 I c't Hacks 3/20 1 2
8 augruppen-Massenware wird gemein h i n i m I nfra rot-Ofen gelötet (s iehe Seite 1 24) : Das wi rd
gut beherrscht, ka n n kont inu ier l i ch d u rch la ufend geschehen und i s t mit relativ wen ig Aufwa nd verbunden. Nachtei le g ibt es a ber auch: Im Infrarotl icht heizen s ich a usgerechnet die empfind l ichsten Bautei le (d ie schwarzen ICs) a m meisten a uf. Außerdem können Schatten auftreten, die dann zu kühl b le iben und i n denen Ba utei le mögl icherweise sch lecht gelötet werden.
Besonders empfi n d l iche Baugru ppen lötet man daher gern i n der sogenan nten Dam pfphase. So nennt man n icht n u r das Verfa h ren, sondern auch e in mindesten s küh lschra n kg roßes Gerät, i n dem es wie i n e iner F riteuse brodelt . I m U nterschied zu H ü h n-, R ipp- u n d Wü rstchen kom mt d ie Ware mit dem "F ritt i!'!rfett" a ber n icht i n Berü hru ng, s ie schwebt i n e in igen Zentimetern Absta nd auf Ha lterungen darüber. Auf Löttem peratu r e rwä rmt w i rd
aussch l ieß l ich d u rch den Dampf, den die kochende F l üss igkeit b i ldet.
Luxus-Wässerchen
Geheimn i s des an s ich ä u ßerst s implen Verfah rens ist ebendiese F l üss ig keit, ein Perfl uorpolyether (Hande lsname .Ga lden") mit ganz best im mten E igenschaften, die ihr vom Herste l ler Solvay m itgegeben wurden: S ie i st fast doppelt so schwer wie Wasser, völ l ig i nert u n d in der Handhabung u ngefä h rl ich , g lask lar, d ü nnfl üssig und s iedet erst bei e iner hohen (d u rch i h ren Molekü laufba u exa kt vorbest im mten) Tem peratu r. Zudem weist Ga lden g ute Wä rmeleitwerte u n d e ine recht hohe Verd a m pfungswärme auf, und der entstehende Da m pf i st sechsma l so schwer wie Luft.
Gerade die letzten E igenschaften machen es a l s Wä rmetra nsfermed i u m be i Lötverfa h ren so interes-
sant: Auf e ine hermetische Abd ichtung des Lötgefäßes ka n n man wegen der schweren, i nerten Dämpfe verzichten, s ie sammeln sich i m mer u nten . Die hohe Kondensationswärme des Ga lden-Dam pfs heizt die Bautei le sehr g le ichmäßig und n iemals über die Sie-
• detemperatur (z. B. 200 oder 230 °() a uf. Man muss q n u r dafü r sorgen, dass d i e Höhe des Dampfspiegels
wä h rend des Löten s konstant gehalten wird.
Durchgebraten Unsere Idee war n u n, das Dampfphasenlöten auch dem Klei n löter dahe im zugä ng l ich zu machen. Nach e in igen Experi menten zeigte s ich, dass u n sere dampfgega rten Platinen deutl ich besser und schonender ge lötet w u rden a l s i n u n serer i nzwi schen berühmten P izzapfanne [ 1 ) .
A l s ., Löta n lage" d ient u n s e i n e hande l süb l iche F riteuse i n e iner Ausfü h ru ng, d ie man a uch a l s Fondue ben utzen ka n n . Es eignen s ich a l le Geräte mit Bodenheizu ng - bei solchen m it Heizspira le würde eine enorme Menge Ga Iden und e ine Dam pfphasen., Höhenkontro l l e" benötigt. U n sere rund 30 E u ro teu re AEG FFR555 1 reicht pr i nzi p ie l l fü r P lat inen i n Eu roka rteng röße, der Korb fü r d a s F ri tt ierg ut i st a l lerd ings deut l ich k le iner.
Man g ibt zwei Schnapsg läser Galden HT-200 (wir löten verbleit) i n das Gerät und scha ltet e in (Temperatu r auf Maxi m u m 1 90 °(). Nach ku rzer Zeit kocht das Galden und bi ldet den besagten 200 oc heißen Dam pf, der etwas bedroh l ich i m Gerät wabert. Die Galden-Menge sol lte so bemessen se in , dass der Dam pfspiegel bei vol l stä ndig verdampftem Galden etwa d rei bis v ier Zentimeter u nter dem oberen Rand endet, was dank der scharf beg renzten Dampfoberfläche sehr leicht kontro l l iert werden ka nn . Dass das Galden überhau pt auf 200 oc erh itzt wird, haben wir der Trägheit des Gerätethermostats zu verdanken.
Dann g ibt man d ie mitte ls Lötpaste vorbestückte, zu lötende Plat ine in den F rittierkorb und sen kt d iesen vorsichtig auf ha lbe Höhe (.,Abtropfstel l u ng") ab. Die ersten Dam pfschwaden kondens ieren n u n auf
Beim Vorwärmen ist das Kondensieren des Wärmetransfermediums auf der Platine gut sichtbar. Allerdings auch, dass wir beim Auftragen der Lötpaste etwas sorglos waren.
der noch ka lten Plat ine. I st sie völ l ig nass, senkt man s ie ganz ab . Die P lati n e ist dann .,d u rchgebraten", wenn der Da mpfspiegel wieder seine u rsprüngl iche Höhe erreicht hat und d ie P lat ine relativ trocken i st. Wen n die Dam pftemperatur endl ich den Thermostaten erre icht, scha ltet d ieser ab. Dan n das Gerät a usscha lten und den F ritt ierkorb wieder vors icht ig i n Abtropfste l l ung br ingen.
Noch auf der heißen P lat ine verbl iebenes fl üssiges Ga Iden wird jetzt verd u n sten und s ich wieder im Behä lter n iedersch lagen . Be im seh r langsamen Herausnehmen der Bau g ru ppe sol lte d iese ansch l ießend völ l ig trocken sei n . Der Verbrauch an Galden i st m in ima l , solange S ie n icht gerade i n den Behä lter
c't Hacks 3/201 2 1 1 4 1
S MD-Löten in der F riteuse
1 42 1 c't Hacks 3/20 1 2
pusten (was d ie nähere Umgebung der Friteuse zur Strafe kräftig e in sa ut) und nach Benutzu ng den Deckel wieder a ufsetzen .
Woher nehmen?
Ga Iden i st mit rund 1 00 Euro pro Ki log ram m (rund e in ha lber Liter) n icht nur seh r teuer, es wird a uch ausschl ieß l ich i n 5-Ki logra m m-Kan i stern abgegeben. Wir hatten Glück und konnten i m Rahmen einer Bleifre i -Umrüstung bei einem Bestücku ngsdienst le ister gebrauchtes Ga lden HT-200 fü r rund 30 E u ro pro Ki log ram m ergattern. Vie l le icht erbarmt s ich ja aufgrund d ieses Art ike ls e in Anbieter und fü l lt d ie kostba re F lüss igkeit in fü r den He ima nwender prakt i-
schere Gebinde a b - mit 1 00 M i l l i l iter kom mt man e ine ganze Wei le aus.
Unser Verfa h ren hat best immt noch Verbesserungspotenzi a l - so kön nte man die Dam pfphase temperatu rfü h l e r- und program m gesteuert ,.hochfa h ren", a n ste l l e s ich auf die Träghe it des Gerätethermostats ver lassen zu m ü ssen. Wen n d ieser bei 1 90 oc (seiner Maxima ltemperatur) angelangt ist und a bschaltet, br icht d ie Dampfphase i n wenigen Minuten wieder zusammen, und man muss das Gerät erst abküh len lassen. (cm)
Literatur
[ 1 ] SMD-Löten i n der heißen Pfanne, c't Hacks 1 / 1 2,
� � d
/) •
SCANBYBLAC KBURNER 2012
ü \(J d
Fischerte c h n i k Robo TX Auto m ati o n
Spannende Versuche fü r E insteiger
Der Ergänzungskasten Robo TX Automation enthält Bauelemente zum Nachbau von vier Industrierobotern. Wer bereits Besitzer eines Robotik-Ba u kastens von Fischertechn ik ist, dürfte sich für diese Erweiterung interessieren. Der Kasten enthält insgesamt 5 1 0 Tei le, von denen d ie meisten rei n mechan ische E lemente fü r das Gerüst der Roboter s ind. E ine höhere Standfest igkeit und Belastbarkeit der Model le sol len 20 Zentimeter lange A lumin iumprofi le gewä h rle isten. Fü r den Antrieb sorgen zwei Motoren mit integrierten Encodern zum Zä h len von Umdrehungen sowie zwei weitere Motoren ohne Encoder. Sechs Taster so l len S igna le geben, wenn etwa ein Element eine Endposition erreicht hat. Die dem Kasten beil iegenden Bauan leitu ngen i m DIN-A4-Format zeigen den Aufbau eines Greifroboters, Schwenkgreifers, Hochrega l lagers und eines 3-Achs-Roboters in isometri schen Da rste l l ungen. Die Anle i-
Alter
Hersteller
URL
Preis
ab l O Jahren
Fischertechnik
www.fischertechnik.de
200 €
1 44 1 c't Hacks 3/20 1 2
tungen s ind eigentl ich relativ ausfüh rl ich, an ein igen Stel len ist jedoch e in wenig 3D-Vorste l lungsvermögen erforderl ich, um die Tei le r icht ig zusammenzustecken - man kommt i m Zweifel aber auch du rch Probieren d rauf.
I st d ie mecha n ische Konstruktion fert ig, geht es a n d ie E lektri k. Leider s ind d ie Ka bel n icht vorkonfekt ion iert und m ü ssen erst sel bst auf Länge gebracht, ab i so l ie rt und mit e inem Stecker verbunden werden -reine F le ißa rbeit Das Mode l l G reifarm etwa lässt s ich mit e in wen ig F ischertec h n i kE rfa h ru n g i n v ier Stu nden aufba uen . D ie Ansteuerung der Motoren und Abfragen der Taster übern i m mt der Robo TX Controller, der dem Kasten nicht bei l iegt. Er a l le ine kostet p lus Software und Netztei l rund 230 Eu ro, sodass s ich d ie Anschaffu ng des E rgänzungskastens n u r dann loh nt, wen n man d iese Grundausstattung bereits besitzt.
Zum Prog ra mmieren des Contro l lers benötigt man e inen Windows-PC und die g rafische P rog ra m m ierumgebung Softwa re Robo Pro. Die dem Automation-Kasten beil iegende U pdate-CD ergä nzt die Programmierumgebung um die Komponenten fü r d ie I ndustrieroboter. Steuerprog ramme lassen s ich le icht erste l len , indem man per Drag & Drop lcons fü r Motoren, Taster und Zustandsabfragen p latzie rt und m itei nander verkn ü pft. Wem das den noch zu komp l iz iert erscheint, kan n auch auf die fertigen Demos fü r d ie vier vorgeschlagenen Modelle zurückg reifen und die Abläufe stud ieren.
Zwa r machte der nachgebaute Greifarm trotz der A l u m i n i u m profi le n icht den E indruck, mehr a l s d ie beigelegten k le inen ge l ben Tonnen heben zu kön nen. I m Test bewegte er a ber a uch Objekte bis 200 Gramm mü helos; das sol lte fü r Experi mente i m Kinderzi m mer a usreichen. (dab)
Der Robo TX Controller steuert die Motoren, ist aber leider nicht im Automation-Kasten enthalten.
h •
Electro n i c Sta rt
Spa n nende Versuche fü r E i nsteiger
Der Kosmos-Kasten ,. E i ectron ic Sta rt" hat a l les, was k le ine Hobby-E lektron i ker brauchen: Verb inder und Ka bel , Leuchtd ioden, Trans i storen, Widerstä nde, U m scha lter u n d d a z u e inen Sou nd-Generator u n d e inen La utsprecher. I n n ovativ ist das Stecksystem, m it dem man sofort beg i n n e n ka n n . Zwei Batter ien e ingelegt u n d e i n i g e D inge aus dem Hausha l t zusam mengekla u bt - los gehts.
Das bei l iegende Handbuch zeigt 70 Versuche zu m Nachbauen. Neben den Bereichen Klänge und Verstärker kommen auch Zeitscha ltu h ren, Alarman lagen und Blinker vor. Das letzte Kapitel widmet sich der Logik. Der Stift l iest vor a l lem Versuchsanleitungen und -erkläru ngen vor. An manchen Stel len g ibt er wertvolle Zusatzinformationen, die n icht im Buch stehen. Beim Antippen von Fotos ertönen auch passende Geräusche. Funktion iert etwas nicht, genügt ein Tipp auf den Schaltplan. H ier hi lft der Ting bei der Fehlersuche. Am Ende jedes Kapitels steht ein Qu iz. Der Stift l iest die Fragen vor und kommentiert die gegebene Antwort, bevor er d ie Lösung präsentiert.
I n sgesamt wi rkt das H a n dbuch etwas bunt und über laden. Auf d ie ,.vert ingten"
Strichmännchen und Symbole, d ie beim Berühren noch zusätzl ich Geräusche von s ich geben, hätte man verzichten können . Ansonsten ist der Exper iment ierkasten e ine loh nende Anschaffu ng fü r e lektro n i kbegeisterte Ki nder, d ie - zu nächst mit H i l fe der Eltern, später a uch ohne - exper iment ieren möchten .
Der H örstift Der Ti ng-Stift bri ngt stumme Medien zum Sprechen und den Betrachter zum Zuhören. Im Wesentl ichen i st er ein Lesegerät mit M P3-Piayer. Bücher oder andere bedruckbare Dinge entha lten fü r das menschliche Auge nicht s ichtbare Codes, die jeweils mit einer M P3-Datei verknüpft sind, etwa ein Geräusch oder e in gesprochener Text. An der Stiftspitze befindet sich ein optischer Sensor, der d ie Codes erfasst. Bevor es los-
Alter ab 8 Jahren
Hersteller Kosmos
URL www.kosmos.de
ISBN EAN: 400205 1 61 37 16
Preis 40 €
gehen ka n n, t ippt man auf e in s ichtbares Startsymbol , das s ich etwa bei Büchern vorn auf den ersten Seiten oder h inten auf dem E i n band befi ndet. Fa l l s die zugehör igen M P3-Aud iodaten bereits auf dem Stift gespeichert s ind, ist er nun startk lar. Andernfa l l s fordert er per Sprachausgabe dazu auf, den Stift ü ber e in U S B-Kabel mit e inem Windows-PC oder Mac zu verbi nden . Für den Download der passenden Ting-Dateien benötigt der Rechner einen l nternetzugang. Der Speicher des Ting fasst bis zu 1 ,8 G Byte. Anders a l s beim Konkurrenzprodu kt TipToi von Ravensburger lassen s ich mit dem TingSt ift Prod u kte vie ler Ver lage zum Sprechen br ingen. Aktue l l b ieten 1 8 Herste l le r TingProdu kte an , das Angebot reicht von Wimme!- und Rät-se lbüchern fü r Vorsc h u l kinder
ü ber Geschichten und Wörterbücher für das Schu la lter b is zu Sachbüchern für Erwachsene. Sp ie le oder Exper iment ierkästen s ind b is lang d ie Ausnahme. (Jan ina Hol l/dab)
System
Hersteller
URL
Preis
Windows XP/Vista/7 Mac OS X ab 1 0.4
Himmer AG
www.ting.eu
35 €
c't Hacks 3/20 1 2 1 1 45
Elektron i k F u n ktionsgenerator
Da niel Bachfeld
C D-Fu n ktionsge n e rator
Zum Testen des F req uenzgangs von Aud ioschaltu ngen speist man i n der Regel ein S igna l von einem N F-Fu n kt ionsgenerator e i n und schaut, w a s h i nten herauskommt. Je nach Ausstattung lassen s ich Wel lenform, F requenz und Ampl itude mehr oder m i nder komfortabel und genau e inste l len . Alternativ kann man auch einen ausgemusterten (porta blen) CD-Piayer i n das He im labor ste l l en und damit Wel lenformen d ig ita l -genau mit der r ichtigen F req uenz a bspie len. Al les was man benötigt, i s t e ine CD, d ie d ie gewü nschten Signale a ls Aud io-Sa mples enthä lt. Mit Programmen wie Audacity i st das Erzeugen solcher Sampies e in K inderspie l (s iehe DVD). Dazu ist n icht mal eine Sou ndka rte nötig.
longe<W'Jalor
FreQUenz (Hz): Rechteck Sägezahn
Arnpli1ude (0-1): Rechteck,. kein Aliasing
Dauer der Aufnahme: I o o h o o mi1 3 o . o o o sei OK l I Abbrechen I
Der Tongenerator bietet unterschiedliche Wellenformen an.
1 46 1 c't Hacks 3/20 1 2
Audacity br ingt e inen e igenen Menüp u n kt "Erzeugen" m it, u nter dem s ich Messtöne bel iebiger F requenz (bis 22 050 Hz) und Dauer generieren lassen. Daneben kan n Audacity auch weißes Rauschen erzeugen, mit dem man s ich etwa bei e iner Spektra lana lyse e inen F requenz-Sweep sparen kan n . Im Freq uenzspektrum des Weißen Rauschens i st d ie Leistu ngsd ichte über a l l e F requenzen konstant. Mit der Spektra lana lyse (etwa per F FT) des Ausgangss ig na l s einer Audioschaltung w ü rde man be im E inspeisen des weißen Rauschens p ra kt ischerweise sofort den vol l ständ igen F req uenzgang erha lten . Zusätz l i ch ka n n der Aud io-Ed itor auch Rosa Rauschen (abnehmende Ampl itude) u n d Bra u nes Rauschen generieren.
Für einen S inuston mit der F requenz 1 KHz und der Dauer 1 5 Sekunden kl ickt man u nter
"Erzeugen" den Punkt Ton-Generator 1 , wäh lt S inus aus und g i bt 1 000 Hz a l s Frequenz e in . Die Dauer passt man du rch An kl icken der Sekunden und E ingabe einer 1 5 e in . Mit Kl ick auf OK legt Audacity das Sampie an, das man entweder ü ber den P lay-Button in der Bedienoberfläche über d ie Soundkarte des PC ausge-
Tongenera1or
Start
Frequenz· (Hz): 440
Amplilude (0-1) : 0,8
Ende
1320
0, 1
Interpolation: '-I rne_ar _______ .. _,] Dauer der Aufnahme: [!!ih 0 0 � 3 0 . 0 0 0: d
OK l I Abbrechen I
Der Frequenz-Sweep lässt sich auf Wunsch auch mit abnehmender Amplitude programmieren.
ben oder über die Funktion Datei/Exportieren a l s WAV-Datei speichern kann . Weitere, für eigene Messungen benötigte F requenzen legt man ana log dazu an. Soll es statt S inus mal ein Sägeza h n-Sig na l sein, ändert man im Menü Ton-Generator e infach d ie Wel lenform. Wer statt des weißen Rauschens doch einen echten F requenzsweep benötigt, findet die Mögl ichkeit u nter Erzeugen/Ton-Generator 2.
CD-Piayer können nativ keine WAV-Dateien a bspielen, desha l b muss man aus den Dateien e ine Aud io-CD erzeugen. U nter Windows 7 bekommt man d iese Option beim Einlegen e iner leeren CD standard mäßig angeboten . Mit Drag & Drop p latzie rt man d ie Dateien i m Windows Med ia P layer; den Button "Brennen starten" erzeugt die Audio-CD. Im CD-Piayer kan n man einze lne Tracks du rch d ie Loop-Funktion unendl ich verlängern.
Warum verwendet man n icht g leich Audacity und eine Soundkarte als Funktionsgenerator? Im Audio-Bereich hat man beim PC eher m it nervigen Brummenschleifen zu käm pfen a l s bei CD-Piayern. Und bei batteriebetriebenen portablen P layern kan n es prinzipbedingt gar kein Brummen geben. (dab) c't
e !!ren nen starten liste löschen [{;]
C D- La ufwerk (D:) Au d io- C D
-- _____J 76:03 von 80 m i n . frei
Bren nt is.te
Datenträ g er 1 (3 :54) J ll5000Hz
440hz llOOOirllz lOOOHiz- Sä g.eza h n
20001-fiz 5000Hz lOOOO Hiz 12.000 Hiz
0:29 1 0 :29 0 :29 0 :29 0 :29 0:29 0 :29 0�29
Mit dem Windows Media Player brennt man aus den WAV-Dateien eine Audio-CD.
" "
SCANBYBLAC KBURNER 2012
Akkuschra u ber
Carsten Meyer
Akku s c h ra u b e r-M o d s
1 48 1 c't Hacks 3/20 1 2
I eh besitze meh rere Akkuschra u ber zweife lhafter Prove n ienz - Erbstücke meines Vaters, der a n kei
nem Discou nter-Sch näppchen vorbeigehen konnte . Obwo h l mech a n i sch noch ganz fit, h ie lten d i e Akkus zu letzt n u r noch zwei Spax-Schra u ben d u rch, was selbst e inem Gelegen heitsbast ler e indeut ig zu wen ig i st.
Das ist dann eigentl ich ein Tota lschaden: Die eingebauten B i l l igst-Ze l len d u rch hochwertige N iMHAkkus zu ersetzen, würde ü bersch läg ig 15 x 4 = 60 Euro kosten. Die Alternative, Mignon-Akkus zu einem Paket zu schnüren, wurde ebenfa l l s verworfen : Die handelsübl ichen Exemplare haben keine a ufgepunkteten Lötfahnen, und das Herumlöten d irekt an den Kontakten nehmen sie übel . E in Batterieha lter schied wegen der hohen Ü bergangswiderstände a us.
Durch Zufa l l ka m ich an ein ausged ientes Akkupack eines Dei i-Notebooks. Das Paket habe ich vorsichtig zerlegt und für d ie benötigte Spannung mit Schrumpfschlauch neu zusammengesetzt: Fünf Zel len ergeben i n Reihe rund 20 V. Damit sum mte der
Gefährlicher Ersatz: Notebook-Zellen als Schrauber-Batterie. Bei gleicher Kapazität sind sie deutlich leichter -aber auch brandgefährlich. Nicht nachmachen!
Schra u ber wie am ersten Tag und zog d ickste Holzschrauben in die Hartholzbohle, ausdauernder a l s im Neuzusta nd. Doch Obacht: L i- Ion-Akkus können bei Kurzsch l ü ssen oder Überladung p latzen und u nter Absonderung übelster Dämpfe in F lammen aufgehen.
Obwoh l ich bei m Aufladen a l l e Vors icht walten l ieß (stä n d iges Ü berwachen der Ladesch lu ssspannung von 4,3 V pro Zel le), war es i rgendwa n n doch so weit : Die offens icht l i ch kapazitätsä rmste Zel l e wurde m a n g e l s .,Charge Ba la ncer"-Scha ltung ü berladen. Zum G lück p latzte sie n icht, weil i h re Ü berd rucks icherung die weitere Stromzufu h r (und natürl i ch auch d ie Stromabgabel u nterband.
Netzschrauber
E ine bessere Idee war dann, d ie Akkus komplett zu entfernen u n d e in a ltes N otebook-Netzte i l i n den Batteriebehä lter zu verpfl anzen . H i ntergrund: Meist benutze ich den Akkuschrauber ohnehin eher stationä r, n ä m l ich a l s kompakten Bohrmaschinen-Ersatz.
N ie wieder leere Akkus: Es s i nd ja g a r kei n e mehr d r in !
Das recht k le ine Exemplar von Lenovo aus meiner Restekiste mit i m merh in 65 W bei 20 V passte ganz wunderba r i n den Batter iebehä lter h ine in , nur d ie
• h i ntere Aussparung fü r das " K ieeblatt"-Netzkabel q war h i neinzudrehmeln . Das Ansch l usskabel mit dem
p latt getretenen Koax-DC-Stecker wu rde a bgeschn itten und d i rekt an d ie Ansch lussk lemmen des Akkupacks ge lötet (Kabel-Absch i rmung : M i n uspol ) . Zwei n icht mehr benutzte Zel len verbl ieben i m Ha l s, u m den seit l i ch e ingeklem mten Ansch l ü ssen mehr Ha l t zu geben. Das Gerät le istet seit der Transp la ntation beste Dienste an meiner Werkban k.
Spulenwickler
Bei meinem zweiten Patienten kam wegen e ines Gehäuseschadens jede H i l fe zu spät. A l lerd ings war d ie Motor-Getriebe-E inheit noch gut i n Schuss u n d zum Wegwerfen zu schade. E i n g uter F reun d baute mir daraus a l s Geburtstagsgeschenk e ine Spu lenwickelmasch ine mit Zäh lwerk, das d a n k e iner DoppelReflex l ichtsc h ra n ke und S im pei-Kodierscheibe umd rehu ngsgenau vor- und rückwärts zäh lt. [)ie Schaltung ist ganz k lass isch m it v ier TIL-Zäh le rn 74 1 90 und 7447-Decodern fü r d ie g roße S iebenseg mentanzeige a ufgebaut - kei n IJ( weit und breit!
Das Ga nze erg i bt ein gut b rauchbares Gerät, da ich fü r Hochspa n n u ngs-Scha l tnetztei l e und F re-
quenzwand ler des Öfteren Drosse ln und Übertrager mit exakt vorgegebenen Wicklungszahlen fert igen m u ss. Die stufen lose Drehza h l steuerung h a be ich d a n n noch mit e inem Gita rren-La utstärkepeda l ergänzt. mit dem man pr ima "Gas geben"
kan n . Der DC-Drehzah l stel le r stammt wiederu m aus dem a lten Akkuschrauber, bei dem das Schiebepoti am "Abzug" entfernt u n d d u rch ein externes Potent iometer im Peda l e rsetzt wurde. (cm) ct
c't Hacks 3/20 1 2 1 1 49
Seriel le Schn ittstel le
1 50 I c't Hacks 3/20 1 2
l n Zeiten von SATA und USB 3 .0 scheint d ie Datenü bertragung v ia RS-232 schon fast anachronistisch. Doch i m Elektronikbereich ist die serie l le Schn ittste l le weiterh i n erste Wa h l . Wir zeigen am Beispiel
Arduino/PC, wie man sie u nter C, Ru by, Python, Perl und Co. nutzt.
kommuniziert über eine serielle Schnittstelle mit dem Arduino.
G erade bei der Prog rammieru ng von Mi krocontro l lern sp ie lt die ser ie l l e Ü be rtra g u n g von
Daten noch i m mer e ine g roße Rol le . Mit der steigenden Popu la rität von Projekten wie Ard u i no und Raspberry P i wi rd s ich das a uch n icht so schne l l ändern . Dabei geht es i n v ie len Fä l len n icht n u r darum, d i e serie l le Schn ittstel l e i m Mikrocontro l ler zu prog rammieren. l n der Regel so l l der M ikrocontro l ler mit e inem PC Daten austa uschen und Befehle empfangen. Also wird auch auf dem PC e in Stück Softwa re benötigt, das d ie seriel le Schn ittstel l e anspr icht. l n welcher Sprache man d a be i p rog ra mmiert, sp ie l t keine Rol le . So g ut wie jede Hochsprache br ingt B ib l iotheken fü r d ie e i nfache Konfi g u ration und Datenü bertragung m it.
Ganz unten
Auf der Hardware-Ebene benötigt man fü r e ine ser ie l le Kom m u n i kat ion zwischen zwei Geräten i m Pr inzip n u r d rei Leitungen: Beide Geräte tei len s ich e ine gemeinsame Masse und haben jewei l s e ine Leitu ng zum Empfangen (Rx) und Senden (Tx) von Daten . Die Sendeleitung a uf der e inen Seite wi rd jewei l s mit der E m pfa ngs le itu ng der Gegenseite verbunden. Dies ermög l i cht d ie g le ichzeitige Ü bertrag ung von Daten i n beide R ichtu ngen ( Fu i i Duplex).
Damit sind Sender und Empfänger phys ika l i sch verbunden, a ber zur feh lerfreien Ü bertragung von I nformationen bedarf es e in iger P rotoko l l a bsprachen. Beispielsweise müssen d ie beiden mögl ichen Zustände (0 und 1 ) e ines Daten bits repräsent iert werden. Da beide Pa rteien m ittel s e lektr ischer S igna le kom m u n izieren, l iegt es na he, zwei unterschied l iche Spa n n u ngen fü r 0 und 1 zu verwenden. Bei m TTL-Pegel der M i krocontro l le r repräsent iert e ine Spannung von 0 Volt e ine b inäre 0 wäh rend 3,3 Volt beziehungsweise 5 Volt fü r e ine 1 stehen. Zu r Kom mun ikation m it dem PC muss man d iese Pegel jedoch u msetzen, da die Norm RS-232 a l s H ig h-Pegel - 1 2 V u n d a l s Low-Pegel + 1 2 V vors ieht. Diverse Pegelwa nd le r etwa mit dem Ch ip MAX232 er ledigen d iese Arbeit.
Die ser ie l l e Kom m u n i kat ion e rfo lgt nicht i n Form eines u nformatierten B itstroms, sondern a l s Ane inanderrei h u n g e inzel ner Datenworte. l n der Regel u mfasst e in Datenwort 8 B i ts und wird Byte genan nt. Sender und Empfä nger müssen s ich bezüg l ich des Anfangs und des Endes e ines Datenwortes synchron is ieren. Vor jedem Datenwort wird daher e in Startbit gesendet, das immer den Wert 0 hat. Erst dann folgen d ie Datenbits, e in optiona les Paritätsbit und a bschl ießend e in Stoppbit ( i n seltenen Fä l len g ibt es a uch meh rere Stoppbits) .
Das Pa ritätsbit g i bt Ausku nft darü ber, ob d ie Anzah l der E insen i m Datenwort gerade oder ungerade i st. Es sta mmt aus Zeiten, i n denen d ie Leitungsqua l ität noch nicht sonder l ich gut wa r, und d ient a l s s imp le r Sch utz vor Ü bertragungsfeh lern . Heute wird es ka u m noch verwendet, a l so auch n icht gesendet. Wen n es verwendet wird, müssen sich beide Kom m u n i kat ionspa rtner darüber verständ igen, wie es zu i nterpretieren ist. Be isp ie ls-
G N D -+----�-----r G N D
Gerä t # l TX TX Gerät #2
RX RX
Ein Pin mH der Bezeichnung Rx erwartet immer eingehende Daten, aus dem Pin mH der Kennzeichnung Tx kommen immer Daten heraus.
-
Al le Listings a u f der
Heft-DVD
0 0 0
Startbit
weise ka n n das Pa ritätsbit gesetzt sein, wenn die Anza h l der E i nsen im Datenwort gerade ist.
Die e igent l iche I nterpretation der Datenworte erfo lgt n icht mehr auf der phys ika l i schen Ebene der Kommun ikation, sondern eine Stufe höher. Beisp ie l sweise ka n n das Bitm uster 0 1 00000 1 als d ie dezima le Za h l 65 oder a ber a l s der ASCI I-kodierte Buchstabe ,A' i nterpretiert werden.
Zusätzl ich zu den Parametern Startbit, Stoppbit, Datenwort länge und Parität muss noch die Übertragungsgeschwind igkeit festgelegt werden. Diese wird bei a l len modernen Netzwerktechnologien in B i t s pro Seku nde gemessen, aber i n der serie l len Kom m u n i kat ion wi rd noch oft der Beg riff BaudRate verwendet. Die Baud-Rate g i bt d ie Anzah l der Symbole an, d ie pro Seku nde zwischen zwei Parteien ü bertragen werden . Dabei muss ein Symbol nicht u n bedingt einem Bit entsprechen, sondern ka n n je nach Ü bertragu ngstechn ik fü r deut l ich mehr stehen . Be isp ie lsweise ka n n e in 600 BaudModem d u rchaus 1 200 Bits pro Seku nde übertragen. ln der Praxis hat d iese U nterscheidung kaum Relevanz. Es i st n u r s icherzuste l len, dass beide Seiten mit derse lben Geschwi nd igkeit a rbeiten .
E ine vol l ausgestattete serie l le Schn ittste l le ka n n ü ber d ie S igna l le itu ngen wie CTS und RTS
Daten Parität
0 0 0
Stoppbit
Die am häufigsten anzutreffende Einstellung bei der Übertragung Ist 1 Starlblt, 8 DatenbHs, keine Parität und 1 stoppbH - kurz 8N1 . Wird die Parität übertragen, so l iegt sie vor dem Stoppbit
c't Hacks 3/20 1 2 1 1 5 1
Prog ram m ieren Serielle Schnittstel l e
{dev /tty.usbmodem24 32 1
� Autoserai l ! Newl ine
Ist alles korrekt konfiguriert, kann man über d ie Texteingabezeile Kommandos an den Arduino senden und sieht die Ergebnisse im Textfeld darunter.
oder DTR und DSR den Datenfl uss steuern, fa l l s eine Seite m a l m i t d e r Vera rbeitung d e r übertragenen Daten nicht mehr mitkommt. M ikrocontro l ler besitzen solche Leitungen zwar n icht, aufgrund der hohen Vera rbeitungsgeschwi nd igkeit g ibt es a ber auch kei ne Probleme mehr mit der Vera rbeitung .
Arduino
Auf Hardware-Ebene ist sel bst e ine so e i nfache Tech n i k wie d ie serie l le Kom m u n i kat ion e in igermaßen komplex. Aufgrund ausgereifter Bibl iotheken i st der Aufwa nd auf der Softwa re-Seite aber verg le ichsweise gering. Be isp ie lsweise wi rd d ie Programmierung der ser ie l l en Schn ittste l l e von der Prog rammieru mgebung des be l iebten Ard u i n oBoards hervorragend u nterstützt.
Das Prog ram m in L isting 1 demonstr iert sowohl das Lesen a l s auch das Sch reiben von Daten. Das Prog ramm erwa rtet d ie Komma ndos .,on" und .,off" auf der serie l len Schn ittste l le . Em pfängt es das on-Kommando, scha ltet es d ie Status-LED des Ardu ino e in und sendet d ie Bestätig ung . . LED on"
zu rück. I m Fa l le des off-Komma ndos verhä l t es s ich ana log und scha ltet d ie LED wieder aus . Bei a l len anderen Komma ndos sendet das P rogramm eine Fehlermeldung .
D ie g loba le Var iable command speichert das a ktue l le Kom mando u n d command_available enthä lt den Wert true, wen n e in neues Kommando empfa ngen wu rde. D ie setup()-F u n kt ion i n it ia l i s iert d ie serie l le Schn ittstel l e und setzt d ie Ü bertrag u ngsgeschwi nd igkeit a uf 9600 Baud. Fern�r scha ltet s ie den Mod us des Status-LED-P ins auf Ausgabe. Die loop()-F u n ktion prüft permanent,
1 52 1 c't Hacks 3/20 1 2
: J { 9600 baud
Pin 1
2 3 4
5
L i s t i n g 0
0
Signal
Die übliche RS232-Belegung, hier für 9-polige D-SUb-Buchsen (weiblich) von h inten aus Sicht der Lötanschlüsse oder vom Stecker (miinnllch) von vorne.
2 4 s
• • • • • 0 0 0 0
6 8 9 Pin
0
Signal Data Carrier Detect 6 Data Set Ready Received Data 7 Request to Send Transmitted Data 8 Clear to Send Data Terminal Ready 9 Ring lndicator Si nal Ground
ob ein neues Kom mando empfangen wurde. Fa l l s ja, ste l lt d ie F u n ktion s icher, dass das Komma ndo beka n nt i st, und ändert den Status der LED entsprechend. Andernfa l l s sendet es e ine Fehlermeld u ng . l n a l len Fä l l en wi rd m itte l s Serial .pr intln eine Textzei l e i n kl usive Ze i lenende-Kennung ü ber die
ser ie l l e Schn ittste l l e zurückgesendet. Ferner werden com
mand und command_available zu-rückgesetzt.
{"
(' {"
('
{"
('
('
c on s t un s ! gn ed i n t BA UD R A TE = 96 00 · c o ns t un s J gn ed i n t L EO)I N = 1 3 ; , Den eigent l ichen Em pfang der Komma ndos ü bern i m mt d ie F u n kt ion seria lEvent. Sie prüft m itte l s Serial .available, ob gerade Daten an der serie l len Schn ittste l l e a n l iegen, und l iest s ie so lange m itte ls der read()-F u n kt ion, b i s s ie auf e in Zei lenende-Zeichen ('\n') trifft. Die gelesenen Zeichen werden d a bei an den Stri ng command
angehängt und a bsch l ießend wird command_available auf true gesetzt, sodass d ie loop()-Funktion entsprechend reag ieren ka nn .
(' {"
(' ('
(' ('
c
S t r i ng cosma nd = .. .. . b oo l e a n comma nd_a va lt a b l e = f a l s e ; vo i d s e t up ( ) (
S � r i a l . b e g i n ( BA UO RA TE ) · J
P l nMod e ( L fO_PIN, OU TPUT J;
vo i d l o op ( ) ( i t
. ( c omma n d_a v a i l a b l e ) ( J f � ' ?••a n d == "o n " J ( d J g J t a l W r i t e ( L EO_PI N, H I G H ) . S e r J a l . p r i n t l n ( " L EO o n " J · ' J e � s � i f ( c omma n d == " o f t :. ) ( d J g J t a l Wr i t e ( L EO_P I N, l OW J . S e r J a l . p r i n t l n ( " L EO o f t " ) . , J e i s e ( '
S e r i a l . p r i n t l n ( " Un k n ow n c omma n d · " t · c omma n d J ; C OIIIII!a n d : rr rr ,
J c omma nd_a va i la b l e = fa l s e ;
vo i d s e r i a l Ev en t O ( wh i l e ( S e r i a l . a v a i l a b l e ( ) ) ( :fo n
(s t c h a r c = S e r i a l . r e a d ( ) ·
) )
J ( :: I \ n I ) f
comma n d_a va i l a b l e = t r . e l s e u e , c omma n d += c ;
seria lEvent i st erst se i t Vers ion 1 .0 der Ard u i n o-P iattform dabei und w i rd wie loop( ) konti n u ierl i ch von der Laufzeitu mgebung des Ard u i n o-Boards aufgerufen . Dad u rch hat es den Ansche in , a l s w ü rden d i e ser ie l l en Daten asynchron zum rest l i chen Prog ra m ma b l a uf e m pfangen . Der E insatz d ieser F u n kt ion ist optio-
• IJ
.. �. o o /dev/tty.usbmodem24321 �
� • • ffe<lxdxf<lööoo<l<tOOxöil<! ' • ffödxöxföö<lööil<ze<lxoo ' "' ' • ffäx.,.....oxföooöilil<!e<lxö® ' • ffO.......dxföilö f'l",
� .. ; �
0 ) • •
I 0 Au toserol l ( No l i ne ending I : j ( 19200 baud I : l Sieht das Ergebnis so aus, arbeiten 5ender und Empfänger mH hoher WahrscheinlichkeH mH unterschiedlichen Geschwindigkeiten. l n diesem Fall muss man die Baud-Rate mHtels der Auswahl-
. box unten rechts auf den Wert 9600 setzen.
�a l und wer es vorzieht, ka n n den Zug riff a uf d ie serie l le Schn ittstel l e komplett i n der loop()-F u n ktion er led igen .
Nachdem das Prog ra m m übersetzt und a uf das Ardu ino-Boa rd geladen wu rde, wa rtet es a uf Komma ndos auf der serie l len Schn ittste l le . Um mit dem Ard u i n o zu kom m u n izieren, ist ein Ser ia i -PortMon itor beziehungsweise ein Seria i -Termina l vonnöten. Die Ardu ino-U mgebung stel l t einen solchen Mon itor ü ber das kleine Symbol rechts oben zur Verfügung .
Dieses k le ine Beispie l veranscha u l icht deut l ich noch e in weiteres Problem bei der serie l len Kommun ikation, näml ich d ie Verwendung u ntersch iedl icher Zei lenende-Kennungen. Das Testprogramm erwa rtet, dass jedes Kommando m it e inem e in fachen Zei lenende-Zeichen ( '\n ' ) a bgesch lossen wird. Damit a l les korrekt fu n kt ioniert, muss daher im serie l len Monitor d ie Opt ion ,.Newl ine" a usgewä hlt werden.
Wäh lt man e ine der anderen Optionen, verhä lt sich das Prog ra m m n icht mehr wie erwa rtet. D ie Opt ionen ,.No l ine end ing" und ,.Ca rr iage retu rn "
fü h ren dazu, dass das Testprog ra m m kei n Kommando mehr erkennt und ü berha u pt n icht mehr reagiert. Sch l ieß l i ch wi rd i n d iesem Fa l l das Newl i ne-Zeichen ( '\n ' ) n icht mehr ü bertragen . A l lerd ings werden a l l e überm itte lten Zeichen weiterh in gepuffert. G ibt man zum Beisp ie l das Komma ndo ,.on" bei gewä h lter Option ,.No l ine end ing" an, pass iert erst e inma l ga r n ichts. Wä h lt man d a n n ,.Newl ine" und ü berträgt d a s Kom mando ,.on" erneut, so kommt beim Testprogram ,.onon" an .
S u bt i le r s ind d ie Effekte be i der Verwendung der Option ,.Both N L & CR". H ier sendet der serie l le
--
USB-zu-RS232-Wandler gibts ab etwa 4 Euro im Handel, doch sie
haben meist niedrige Signalpegel und wichtige interne Unter
schiede bezüglich der durchgeführten Steuersignale.
Monitor sowohl ein Carr iage Return ('\r') als auch e in Newl ine ('\n ' ) . I n sbesondere werden d iese Zeichen auch in d ieser Reihenfolge gesendet, obwohl der Name der Opt ion etwas anderes suggeriert . B�im Testprog ram m kommt fü r das on-Kommando a l so d ie Zeichenkette ,.on\r\n" an, d ie dann in den Komma ndo-Stri ng ,.on\r" u mgewa ndelt wird . Dieser ist a ber n icht g leich dem Kommando-String ,.on" und da '\r' e in nicht d ruckbares Zeichen ist, kommt es zur missverständ l ichen Fehlermeldung ,.U n known Com mand: on".
Wer mögl ichst robuste Softwa re entwickeln wi l l , sol lte a l so auf a l l e Kombi nationen von Zei lenendeZeichen prüfen.
Alternative Clients
ln der aktuel len Version ist der serie l le Mon itor der Ard u i no-Umgebung recht komforta bel und fu nkt ioniert auch mit Boards, d ie n icht zum Ardu inoProjekt gehören. Al lerd ings lässt er sich n icht so einfach in eigene Projekte integrieren beziehungsweise a utomati s ieren. Auch setzt er die I n sta l l ation der Ardu ino-Umgebung und damit von Java voraus.
Wer öfter mit Geräten über d ie serie l le Schn ittste l le kom m u n izieren möchte, sol lte s ich mit den Sta nda rdwerkzeugen auf den aktue l len Betriebssystemen vertra ut machen. U nter Windows wa r das lange Zeit HyperterminaL Seit Windows 7 wird es a ber n icht e inma l mehr automatisch insta l l iert und hat auch sonst e ine Menge Defizite. Deutl ich komforta bler und le istungsfäh iger s ind d ie kostenlosen Prog ra mme PuTIY und Rea lTerm (s iehe DVD).
U nter Linux und Mac OS X i st das Tool GNU Screen das M ittel der Wa h l . Beispie lsweise öffnet d ie fo lgende Anweisung e ine Session mit e inem Ard u i n o-Board, das u nter Mac OS X mit dem Namen /dev/tty.usbmodem243 2 1 ins Datei system eingebunden wurde:
screen /dev/tty.usbmodem24321 9600
Ab hier ka n n man mit dem Prog ra mm, das auf dem Ard u i no-Boa rd läuft, genauso kom mun izieren wie mit dem serie l len Mon itor der Ardu i no-Umgebung.
c't Hacks 3/20 1 2 I 1 53
-b.!.iflj:!..iijiij:i Serie l le Schn ittstel l e
Cl javaScrlpt CPS Ruder )( ..
$GPRMC,I 61038 .000,A ,5 1 1 5 .5958,N ,()0632.1 30l ,E,0.10,239.03 , 150912"*0F
Niederheide
Eltp Hc.tel eu ... eldo<f Wf:StWijlich ...
L26
Verlassen kan n man screen mit der Tastenkombinat ion Ctrl-a Ctrl-k.
R ichtig span nend wi rd die serie l l e Kom m u ni kation a ber meist erst dann, wen n man e igene Anwendungen prog ram miert, d ie selbsgebastelte Ha rdwa re ansteuern. Früher musste man dazu mit C oder gar Assem bler auf n iedr igster Ebene a rbeiten. Heute g ibt es fü r so g ut wie a l l e P rog rammiersprachen ausgereifte und komforta b le B ib l iotheken zum Zugriff auf die serie l le Schn ittste l le.
Als Beispielprojekt haben wir einen Ardu ino mit einem GPS-Shield gewäh lt. Damit ist es mögl ich, die geographische Position des Arduino sehr genau zu bestimmen. Der Ard u i no-Sketch steuert das Shield und die seriel le Kommun ikation (siehe List ing 2) .
I nteressanterweise ist das GPS-Sh ie ld mit dem GPS-Mod u l ebenfa l l s über e ine serie l le Schn ittste l le verbu nden. F ü r das Be isp ie lprojekt w i rd a l so an zwei Ste l len e ine serie l le Kom mun ikation benötigt: e inmal vom Ardu ino zum GPS-Mod u l und zusätzl ich vom PC zum Ardu ino.
Al lerd ings bietet der Ard u i no eine d i rekte Hardware-U nterstützung n u r fü r eine serie l le Schn ittstel le. Dazu befi ndet sich auf dem Boa rd ein UART (Un iversa l asynchronaus receiver/tra nsm itter), der mit den P ins 0 und 1 verbu nden ist . Dieser Baustei n er ledigt d ie serie l le Kom m u n i kation völ l i g a utark
1 54 1 c 't Hacks 3/20 1 2
... e
Llß Parkstraße Mit dem SerlalltyPiug-ln kann auch der Browser die GPS-Daten von der seriellen Schnittstelle abholen und ln Google Maps verarbeiten.
WilliCh H t Kattw�-tioapltal Nota\lfnahme
Moos!
c (' ('
L i s t i n g
(' (' (' (' (' c c 0
l i n c l ud e " So t t w a r e S e r i a l . h "
c on s t un s � g ne d i nt ����RR�;� : ��OO ; c on s t uns l gne d l n t
- - 4800 · c on s t un s i gned � nt G P S R AH -
= 90
· 1 c on s t un s i gn ed l n t MX_L!NE I
. l g p s S e r i a l = S ot t w a r e S e r i a l \ 2 1 3 l ; I I RX I n S ot t w a r e S e n a
c h a r b ut t e r mX_L!Ntl ;
v o i d r e a dLi ne O ( . i nt b ut t i d� = 0 ;
('
('
w h i l e ( t r u e l ( . d O · n s t ch a r c = gp s S e n a l . r e a 1
)
C O 1 \ I ) ; t ( c == -1 I I c == n
)
c on t i nu: ; _ _ LI N E _ 1 1 I I ( c :: 1 \ r 1 l l (
i t ( ( bu t f l d� -- m_
bu t t e r (bu t t i d�l = 0 ;
r e t u r n ; ) b ut t e r (but t i d�++l = c ;
v o i d s e t up O (
s e r i a l . b e g i n ( B �UDßT E l ;
g p s S e r i a l . b e g i n ( G P S RH E l ;
p i n�od e ( POm_P IN I OUl PUT l ; .
d i g i t a l W r i t e ( P OW ER_P I N I LOW l I
) vo i d l o op O (
r e a dli n e O ; � C " 6) -- O l
. t ( s t r n c mp ( b ut t e r I " SG P R I --,
S e r i a l . p r i nt l n ( but t e r l ; I
L i s t i ng r e qu i r e l s e r i a l p o r t l
i f A R G V . s i z e ! = 1 pu t s "B i t t e s · ex i t 1 e r J e l i e n Po r t a ng eben . " e nd
a rdu i no = S e r . 1 A RG V[ OJ J a Po r t . n e w (
96 00 1 #
P Or t na me 81
1 # ba ud r a t e
'
1 1 # da t a b i t s S e r i a l Po r t " NONE
##
s t op b i t s J · • pa r i ty
s l e ep 2 wh i l e t r u e I i ne = a r d . i f l i n e t
U J no . ge t s . c h omp a t t r : 51
? r t_w l t h ? 1 $GPR�C 1 . f
- J n e . s p l i t ( 1 1 J J a t t r . l e ng th > 6 I pu t s l i n e U a t t r [2] == 1 A 1 e nd e nd
e nd
und entlastet somit den Prozessor. Das Pr inzip ist ä h n l i ch wie bei Grafi kka rten, die komp lexe 3 DBerec h n u ngen d u rchfü h ren, dam it s ich d ie CPU u m andere Dinge küm mern ka nn .
Dank der Softwa reSeria i -B ib l iothek lassen s ich aber weitere serie l le Geräte auch ohne Ha rdwareU nterstützung an den Ardu ino ansch l ießen. Der Arduino nutzt diese Bibl iothek zur Kommun ikation mit dem GPS-Modu l . Daten werden dabei vom Ardu ino über Pin 2 empfangen und über P in 3 gesendet.
Das GPS-Mod u l sendet a l l e Daten zei l enweise und separ iert die e inze lnen Attribute mit e inem Komma. Die F u n kt ion readl ine( ) l i est e ine so lche Zei le ü ber e in SoftwareSerial-Objekt vom GPS-Mod u l . Als Zei lenende-Kennung dient übrigens "\r\n".
Die setup()-Funktion i n it ia l i s iert d ie beiden serielle Schn ittste l len und scha ltet das GPS-Mod u l e in . loop() l iest konti n u ier l i ch Daten vom G PS-Mod u l u n d g ibt s i e a u f d e r serie l len Schn ittstel l e. des Ardu ino wieder aus . Das Ergebnis sieht im Termina l prog ra m m auf dem PC in etwa wie folgt a us:
SGPRMC, 1 6 1 0 1 7.753,V,""" 1 5091 2"*20
$GP.RMC, 1 61 01 8.653,A,5 1 1 5.601 2,N,00632 . 1 223,E,0.47, 1 60.92,1 50
91 2"*00
SGPRMC, 1 6 1 01 9.000,A,51 1 5 .6006,N,00632 . 1 288,E,0.91 , 1 45.36,1 50
9 1 2"*0A
Diese standard is ierten GPRMC-Datensätze senden so gut wie a l l e N M EA-kompat ib lem G PS-Mod u le und i h r Aufbau i s t denkbar e i nfach. S ie beg innen mit der Ken n u n g $GPRMC und enden mit e iner Prüfsum me. Dazwischen befinden s ich d ie a ktue l le U h rzeit, der Status des GPS-Mod u l s (A bedeutet,
0 I
L i s t 1 ng \ mpo r t sy s
\ mpo r t t i me
\ mpo r t se r \ a l
( r qv ) ' = 2 : b " \ i l en sy s . a
· . l l en P o r t a nqe en .
p r \ nt " 1 8\ t t e s e n e
sy s . Hi t l 1 )
. l o r t = sy s . a r qvt 1 1 se n a
-9 · l seri al ( a r du ino = sen a ·
(I 0
seri a l_po rt ,
9 600 , s e r i a UlG�1S\1 S ,
s e r \ a l . HR l1 1JOMt ,
. l swens oMtl s e n a · -
t i •e . s l e ep t 2 l
wn i l e 1 : d . r e ad l i ne t l . r s t r i p t l
0 l \ ne = a r U 1 nO . ' th ( ' $GPRMC
') :
i i l i ne . st a r t sW 1 . , '
) a t t r = l i ne . s p l 1 t ( d a t t r t21 == · � · : i i l e n ( a t t r ) > b an
p r i n t l i n e
dass das Mod u l e ine Posit ion erm itte ln konnte), Breitengrad, Lä ngengrad, Geschwi nd igkeit, R ichtung und das aktuel le Datum. Trotz des einfachen Aufba us sind solche Daten sätze auf dem PC mit C/C++ n u r u n bequem zu vera rbeiten. Mit dynamischen Sprachen wie Ruby oder JavaScr ipt geht das deutl ich ei nfacher von der Hand und so bietet es s ich an, die Daten in Rohform an der serie l len Schn ittste l l e a bzu l iefern und s ie von dort dann weiter zu verarbeiten.
Ruby, Python, Perl
Ruby u nterstützt d ie serie l le Kom mun ikation zwar n icht in der Sta ndard-Bib l iothek, aber mit der Paketverwa ltung RubyGems lässt sich die serial portB ib l iothek mit dem Befeh l sudo gern installserialport
le icht nach insta l l ieren. U n ser Beispie l in Listing 3 ze igt, wie e i nfach serie l le Kom m u n i kation mit Hochsprachen sein kann . Das Prog ramm erwartet den Namen der serie l len Schn ittstel le a ls Kommandoze i lenpa rameter und erzeugt dann e in Objekt der Klasse SerialPort. Dieses wird mit a l len wichtigen Parametern bestückt; danach l iest die gets()-Methode die GPS-Daten in e iner End losschleife zei lenweise aus . E ine korrekte u n d a ktive Nach richt wird auf der Konsole ausgegeben.
Ana log zu dem Ru by-Code sehen C l ients in Python wie im Listi ng 4 aus . l n Python benutzt man zur Prog rammierung der serie l len Schn ittstel le d ie pyseria i -B ib l iothek. S ie lässt s i ch etwa unter Ubuntu über d ie Pa ketverwa ltung mit sudo apt-get install
pyserial oder u nter Mac OS X wie folgt insta l l ieren:
c't Hacks 3/20 1 2 1 1 55
L i s t i n g u s e s t r i c t ; u s e w a r n i n g s ;
Seriel le Schnittstel l e
u s e D e v i c e : : S e r i a l Po r t ;
IY Snum_a rg s : S H A R G V + 1 ; i f ( S n um_a rg s ! = 1 ) {
) d i e " B i t t e s e r i e l l e n P o r t a n g e b e n . " ;
IY S s e r i � l_p o r t : S A R G V [ O J ; Smy Sa � d u 1 n o = D e v i c e : : S e r i a l Po r t->n e w ( S s e r i a l p o r t ) · a r d u 1 no->baudr a t e ( 96 00 ) . - ' S a r d u i no->da t a b i t s ( 8 ) . ' S a rdu i no->pa r i t y ( " non ; " ) . S a r d u i no-> s t o pb i t s ( 1 ) . ' S a r d u i no-> r e a d_con s t_ t i • e ( 1 ) i S a r d u i no-> r e a d_ c h a r _t i m e ( 1 ) ;
s l e e p ( l ) ; • w h i l e ( 1 ) { �y ( S c o u n t , S l i n e ) = S a r d u i n o -> r e a d ( 1 5 5 ) . 1 1 ! S l 1 n e =- nmmn { '
('I ('I 0 0 ('I 0 0 0 () 0 (I)
Li s t i n g i mpo r t j av a . i o . • ;
i m po r t gnu . i o . • ;
c l a s s G p s Re a d e r (
p r i v a t e BuH e r e dRe ade r _gp s D a t a ;
pub l i c G p s R e a de r ( .
f i n a l S t r i ng po r t Name ) t h r ow s E x c ep t 1 on
( f i n a l i n t t i meou t = 1 00 0 ; f i n a l S t r i ng a ppNam e = " G P S r e a d e r " i c Po r t l d e nt i f i e r po r t l d =
1 o��mmP o r t l d en t i f i e r . g e t P o r t ! de n t i f i e r ( po r t H arne i
S e r i a l P o r t po r t = ( S e r i a l P o r t l po r t l d . o p e n (
a p pN at e , t i m e out
l ; - B f f e r e dR e a d e r ( n ew l npu t S t r mRe a d e r ( po r t . g e t l npu t S t r e am ( ) l l ;
g p s D a t a - ne w u
po r t . s e t S e r i a l Po r t P a r a m s (
9600 , S e ri a ! Po r t . D AT !B!TS_8, S e r i a ! Po r t . STOPB!TU, ser i a l Po r t . m mJONE
l ; }
�Y i a t t r = s p l i t ( ' , ' , S l i n e l ; . 1 1
. ( S #a t t r > 6 && S a t t r [ I J e q " A " ) { p m t S l 1 n e ; )
0 0
pub l i c v o i d r un O t h r ow s E x c ep t i on (
w h i l e ( t r u e l ( . ( ) ) · Sy s t e m . out . p r i nt l n (_gp s D a t a . r e a dl 1 ne '
---}-) -----�-· ------�J � ('I
tar -xf pyserial-2.6.tar.gz
cd pyserial-2.6
sudo python setup.py inslall
Auch in Perl ist die Kom m u n i kation dank des Modu ls Device: :SerialPort ein Kinderspiel , wie i n Listing 5 zu sehen ist.
Das Mod u l i n sta l l ie rt man am ei nfachsten mit dem Befeh l sudo perl -MCPAN -e ,install Device::SerialPort'
nach.
Java, C #
Etwas geschwätziger, a ber n icht wesent l ich kompl izierter geht es i n Java zu. Am ei nfachsten i st es, die RXTX-B ib l iothek (s iehe DVD) zu verwenden, wei l s ie auch von der Ardu ino-U mgebung verwendet wird . Wer a lso d ie Ardu ino-U mgebung bereits insta l l iert hat, muss RXTX n icht mehr i n sta l l ieren, sondern nur noch i n den CLASSPATH packen . Tipps zur Konfigu rat ion und zum E insatz fi nden s ich auch im Ardu ino-Wi ki u nter http://a rdu i no.cc/ playground/l nterfac ing/Java. ln seltenen Fä l len , insbesondere unter Mac OS X, ka n n es zu Schwier igkeiten kommen. Be isp ie lsweise erwa rtet RXTX manchmal ein /va r/lock-Verzeichnis - ohne steigt es mit einer PortlnUse-Exception aus . Abhi lfe schaffen die fo lgenden Befehle :
1 56 1 c't Hacks 3/20 1 2
0 0 () �
} }
. . . d m a i n ( S t r i ng U a r g s l t h r o w s E x c e p t i o n ( pub l 1 C s t a t 1 C V 0 1
i f ( a r g s . l e ngt h ! = 1 l {
} }
Sy s t ee . ou t . p r i nt l n ( ,. " B i t t e s e r i e l l e n P o r t a ngebe n .
l ; S y s t e m . e x i t ( l l ;
�p s R e a d e r g p s R e a d e r = new Gp s Re a de r ( a r g s [ Ol l ;
g p s R e a d e r . r un ( l i
sudo mkdir /var/lock
sudo chmod 777 /var/lock
Die Prog ra m mierung u nter Java erfolgt gewohnt objektorientiert: Zunächst erzeugt das Prog ramm in List ing 6 e in CommPortldentifier-Objekt fü r d ie seriel le Schn ittstel le. M i t dem Objekt lässt s i ch dann das tatsäch l iche SerialPort-Objekt erzeugen. Wie in Java übl ich erfolgt d ie Kommun ikation mit dem Port über Strea ms. Der E inga bestrom der Schn ittste l l e wird aus Gründen der Bequeml ichkeit in e inen Buffered
Reader u mgewa ndelt . Damit ka n n d ie run()-Methode per readline() Zei le fü r Zei le vom Ard u ino lesen.
Auf Microsofts .N ET-Piattform erübrigt s ich d ie I n sta l l at ion weiterer B ib l iotheken, da d ie K lasse System.IO.Ports.SerialPort a l les bietet, was das Prog rammiererherz begehrt (s iehe List ing 7) .
JavaScript
Die b isher igen Prog ra mme haben d ie GPS-Daten n icht a u sgewertet, sondern n u r auf der Konsole a u sgegeben. U nser absch l ießendes Beisp ie l zeigt ein JavaScri pt-Progra mm, das die GPS-Daten unter L inux und Mac OS X mittel s Goog le Maps im WebBrowser da rste l l t. Leider u nterstützt weder JavaScript noch i rgendein Web-Browser von Hause aus d ie Kom m u n i kation mit e iner serie l len Schn ittstelle . Das Seria l ity-P i ug- in (siehe DVD) behebt d iesen
IJ
Missstand zumi ndest fü r so gut wie a l l e B rowser u nter Mac OS X und L in ux. Windows-Nutzer schauen noch i n d ie Röh re.
Nach der I n sta l lat ion des P lug- ins wi rd Ser ia l ity über das object-Tag in den DOM i nteg r iert u n d ka n n von dort a u s p e r JavaScri pt-Code verwendet werden .
Die setup()- Funktion i n L ist ing 8 referenziert das e ingebettete P lug- in u n d ruft den Ser ia l ity-Konstru ktor auf. Danach verweist d ie g loba le Va r iab le seria l auf e i n Seria l ity-Objekt. D ie alert()-Anweisu n g g i bt a l l e verfügbaren serie l l en Ports a u s u n d an schl ießend wird d ie Kom m u n i kation auf dem ersten gefu ndenen Port gesta rtet. in den meisten Fä llen d ü rfte d ies n icht der Ard u i no-Port sei n und der I ndex 0 ist entsprechend a nzu passen.
Ab d iesem Zeitpu n kt s ieht d ie serie l le Kommun i kation i n JavaScri pt genauso aus, wie i n a nderen Sprachen auch . Die F u n kt ion readGpsData() l iest mit der readline()-Methode d ie GPS-Daten vom Ardu ino und trägt s ie i n den DOM e in . Da nach berechnet s ie d ie dezi male geodätische Da rste l l ung (WGS84) der Breite und Lä nge u n d ü berg ibt dazu Grad u n d Hemisphäre a n d ie F u n ktion decodeCoordinate(). Diese Koord i naten nutzt die F u n kt ion showMap() , um d ie aktuel le Position v ia Goog le Maps im Browser zu visua l i s ieren .
Der HTML-Code ste l l t led ig l ich Conta iner fü r d ie Ka rte und fü r d ie GPS-Daten zur Verfü g u n g . E in K l ick auf den Aktua l i s ieren-Knopf l iest den nächsten Datensatz vom Ard u i no. (dab) c't
L i s t i n g • u s i n g S ys t em · u s i ng Sy s t ea :I O . Po r ts ;
n ame s pa c e Gp s Re a d e r { p ub l i c. c l a s s Gp s R e ad e r { P r i va t e S e r i a l Po r t a d . _ r u 1 no ;
p u b [ i c Gp s R e d ( ·
. a e r s t r 1 ng p o r t Na me ) { _a r du l n o = n e v S e r i a l Po t ( ) . a r d · r ' - U l n o . Po r tName = p o r tNa me , _a rd u � no . Ba udR a t e = 9600; '
_a r du l n o . D a t a B i t s = 8 · _a rdu i no . S t opB i t s = S to B ' t _a r du i n o . Pa r i ty = Pa r l' t yp
NI s . On e ;
a d · . • o ne ; - r u � n o . R e a d T i meo u t = 500 · _a r du l n o . Op e n ( ) ; '
p ub ! i c vo i d R un ( ) { vh i ! e ( t ru e ) { t r y {
S ys t em . Con s o ! e . W r i t e l i n e (_a r d u i n o . R e a dL i n e ( ) J . c a t c h ( T i me o u t Ex c ep t i on ) { }
'
s t a t i� v o i d Na i n ( s t r i n g[ ] a r g s ) { 1 ( a r g s . L e n g t h == O J {
L i s t i n g < ! D O C T Y P E h t m l >
< h t m l > < t i t l e > J a v a S c r i p t G P S R e a d e r < l t i t l e >
<h �:�� i p t s r c = " h t t p : l l m a p s . goog l e . c o m l ma p s l a p i I j s ? s e n s o r = f a l s e " > < l s c r i p t >
< s c r i p t t y p e = " t e x t l j a v a s c r i p t " >
('\ 0 0 f\ ('I ('\ f\ ('\ ("\ ('I f\ ('\ ("\ ('\ 0 ('\ ('\
v a r s e r i a l ;
f u n c t i o n s e t u p O ! . . " . l ' 0 .
s e r i a l = ! do c u m e n t . g e t E l em e n t By l d ( " s e na l l t y l l . S em l t y •
a l e r t { s e r i a l . p o r t s . j o i n ( " \ n " l l i s e r i a l . b e g i n ( s e r i a l . p o r t s ( O J , 9 6 0 0 ) i )
f u n c t i o n d e c o d e C oo r d i n a t e ! c , h , sl !
v a r i = c . i nd e x 0 f l 1 • 1 ) b · ( ' 1 l l 1 60
var r e s u l t = p a r s e l n t ( c . s ub s t r i ng ! O , i - 1 l l t p a r s e f l o a t ( c . s u s t m g 1 -
i f ! h == s l ! r e s u l t t= - 1 ; )
r e t u r n r e s u l t ;
f u n c t i o n r e a d Gp s D a t a O !
v a r g p s r a w = s e r i a l . r e a d l i n e O ;
)
i f ( g p s r a w . i nd e x 0 f l 1 SGPRMC 1 l == O l !
v a r t a r g e t = d o c um e n t . g e t E l em e n t By l d ! " g p s r a w " ) i t a r g e t . i nn e r H TML = g p s r a w ;
v a r a t t r = g p s r a w . s p l i t ( 1 , 1 l ;
i f ( a t t r . l e n g t h > 6 && a t t r ( 1 J == 1 A 1 l { 1 1
v a r l a t i t u d e = d e c o d e C oo r d i n a t e ( a t t r ( 3 J , a t t r [ 4 J , S l
v a r l o n g i t ud e : d e c od e C o o r d i n a t e ( a t t r [ S J , a t t r ( 6 J , 1 W 1 )
s h o wM a p ! l a t i t u d e , l o n g i t u d e l ; ) ) f u n c t i o n s h o wMa p ( l a t i t u d e , l o n g i t u d e l ! .
v a r po s i t i on = n e w g oog l e . ma p s . L a t l n g ( l a t i t u d e , l o n g l t u d e l ;
)
v a r o p t i o n s = ! zoom : 1 4 , c e n t e r : p o s i t i on ,
m a p l y p e I d : goog l e . ma p s . M a p lyp e I d . ROADMAP
!: r m a p = n e w g o og l e . ma p s . Ma p ( d o c um e n t . g e t E l emtBy ! d ( " m a p " l , o p t i o n s l ;
v a r m a r k e r = n ew goo g l e . m a p s . Ma r k e r ( !
po s i t i o n : po s i t i o n , up: map, t i t l e : " I h r S t a n d o r t "
l l ;
< l s c r i p t > < l h e a d>
<body o n l o a d = " s e t u p O ; " > . .
" <ob j e c t t y p e = " a p p l i c a t i o n i S en a l 1 t y
i d= " s e r i a l i t y " w i d t h = " O " h e i g h t = " O " >
< l o b j e c t > <p i d= " g p s r a w " > < l p>
" - " l ' · " I > · t t y p e = " b u t t o n " o n c l i c k= " r e a d G p s D a t a O ; v a l u e - A k t u a 1 s 1 e r e n
< 1 n p u · h 600 "
< d i v i d= " m a p " s t y l e = " w i d t h : 8 0 0 p x ; h e 1 g t : p x ; >
< l d i v > < l body>
< l h t l l >
S ys t em . Con s o [ e . Wr i t e l i n e ( "B i t t . e s e n e ! l e n Po r t a n g e b e n " ) . Gp s Re a d e r gp s R e a de r - • '
gp s R e a d e r . R un ( ) ; - n e v Gp s R e a d e r ( a r g s [OJ ) ;
c't Hacks 3/20 1 2 1 1 57
Akku m u l atoren
Grundlagen und Praxis
Alles was sie schon immer ü ber Akkus jegl i cher Bauart wissen wol lten, werden s ie vermutl ich in d iesem Buch finden. Zu a l len wichtigen Aspekten von N iCd-, N i M H-, L i Ionen/Polymer- und Bleigel-Akkus l iefert der Autor Dr . Wolfgang Gei lerich erschöpfende I nformationen. Den Akku-Arten s ind dabei e igene Kapitel gewidmet, i n denen Gei lerich auf die jewei l igen Besonderheiten e ingeht: Aufba u, E igenschaften, Laden, Ent laden, Selbstentladung, Lebensdauer, Lagerung. ln v ie len Abschn itten u ntermauert Ge i ler ich die Informationen mit Formeln, Skizzen, Diag rammen, Ku rven und Scha ltplänen.
Gei ler ich wei ß, worüber er sch reibt: Gegenstand seiner Doktora rbeit wa r d ie Selbstentladung von N i MH-Akkus. Auch bei den anderen Themen bezieht er s ich a uf d ie Ergebnisse za h l re icher wissenschaftl icher Untersuchungen und räumt etwa mit dem Mythos des Memory-Effekts auf, a l so der
M ac h ' s s e l b st
Do it you rself fü r Mädchen
Eitern und Ki nder, die das immer g le iche Schema "Jungs b lau, Mädchen rosa" nervt, werden bei m Anbl ick des Buches a ufatmen. Es geht u m Selbermachen und den Mut, etwas Neues auszu probieren. Und n icht u m rosa. Oder b lau .
Wie Zauberei s ieht DJ ing aus - ist es a ber n icht, schrei bt DJ Vera i m Selbermach-Buch fü r Jugendl iche. Sie lebt in Berl in , legt i n vielen g roßen C l u bs a uf und erk lärt auf n u r zwei Seiten Mädchen d e n sau beren Ü bergang von e inem Track zum anderen. Viel Wissen und Praxis quetscht DJ Vera so auf k le inen Raum und ble ibt dennoch verständl ich . Mit der schematischen Zeichnung von Mischpult und P lattenspie ler und der L iste benötigter Gerätschaften, Geld- und Zeitaufwa nd wird die Beschre i bung zu e inem guten E instieg.
Al le Artikel i m Buch von Sonja E ismann und Ch ris Köver fangen auf Anfänger innen-
1 58 1 c't Hacks 3/20 1 2
Kapazitätsver lust aufg rund u nvol l ständiger Ent lad u ngen . Der betraf zwar N iCd- und N iMH-Akkus ä lterer Bauart, moderne Akkus weisen Ka pazitätsver luste jedoch in n u r sehr ger ingem Maße auf. D e m ste l l t das Buch sogar entgegen, dass e ine vol l stä ndige Entladung den Akkus sogar mehr schadet als nützt.
E in Kapitel behandelt Doppelschichtkondensatoren d ie etwa a l s Ersatz für Pufferbatterien fü r Ma inboards zum E insatz kom men oder a l s Liefera nten fü r kurzzeit ig hohe Ströme. Neben der Theorie kommt auch d ie Praxis n icht zur kurz. Weitere Kapitel enthalten Ti pps fü r den praktischen Umgang mit Akkus , be isp ie lsweise den r icht igen Ansch l uss, den E insatz i n Amateuerfu n k und Mode l l bau , u n d wie man a usgelaugte Akkus wiederverwertet oder entsorgt.
Die Texte s ind zwa r re lat iv trocken geschrieben, dennoch sind s ie ku rzwei l ig und
N ivea u an , verm itte ln a ber mit e i nfacher Sprache e inen g uten E instieg i n a l l e Projekte, d ie s ie a uf n u r e in bis vier Seiten vorste llen . So lernen j u nge Leserin nen, wie s ie das WLAN der Fami l ie abs ichern können , e ine On l i ne-Petition sta rten, b loggen und P lattenspie ler-Torten backen können . Porträts machen neug ier ig auf die Arbeit anderer DIY-Begeisterter: Etwa d ie der p rofessionellen Mus iker in Bernadette La Hengst oder der Mitgründer in der Gru ppe "Mz. Ba ltazar's Laboratory" im Wiener Hackerspace MetaLab, Stefan ie Wusch itz.
Die Ka pite lthemen he ißen Repar ieren und Bauen, Pfla nzen, Kochen, Verka be ln , P rotestieren, Ana lysieren, Schre iben und Handwerken . D ie Ka pitel s i nd n icht umfa ngreich, b ieten a ber jewei l s m it sehr konkreten Vorsch lägen einen E instieg i n Vorhaben und kon kretis ieren d ie Idee, ohne festzu legen. E ine P lanungsh i lfe verm itte lt den
Grundtagen und Praxis
kommen immer schn e l l auf den P u n kt. D u rch die v ie len Zwischenübersch riften i n den Ka pite l n fi ndet man I nformationen schnel l wieder. I n sgesamt i st das Buch e in empfeh lenswertes Nachsch lagewerk, das der Hobbyelektron iker i n sein Rega l ste l len sol lte. (dab)
Autor Wolfgang Gei lerich
Verlag SHAKER Media
Umfang 226 Seiten
ISBN 978-3868586688
Preis 34 €
neuen Sel bstmacher i n nen Kosten, Dauer, benötigtes Materi a l u n d Anza h l der benötigten Tea m m itg l ieder. E in Mut machendes Buch, das fü r Jugend l iche a b 1 4 Jahren geeig net ist. (rzl)
Autor
Verlag
Umfang
ISBN
Preis
Sonja Eismann, Chris Köver
Beltz und Gelberg
1 5 1 Seiten
978-3-407-75363-2
1 7 €
Embedd ed-S oftware e ntwi c ke l n
Grundlagen der Prog ra m m ierung eingebetteter Systeme
Der Beg riff "Em bedded Systems" steht fü r Kle instcomputer, d ie i n Gerätschaften von der Kamera bis zum Küh l sch ra n k fest integ riert s ind u n d d iese steuern . Der Ma rkt dafü r wächst seit Jah ren; dementsprechend g roß ist der Bedarf a n kom petenten Software-Entwicklern fü r d iese Systeme. E ißenlöffels Buch versucht, e ine Brücke zu schlagen zwischen den Entwick lern mit Anwendu ngs- und denen mit Ha rdwa reSchwerpunkt.
Leider verspricht der Titel mehr, a l s das Buch hä lt. Die Lektüre versetzt n iemanden in die Lage, aus dem Sta nd heraus Programme fü r Mi krocontro l l e r zu entwicke l n . E ißenlöffel vermittelt eher u mfassend theoretische Aspekte und Konzepte zur Softwareentwick lung und geht n u r neben bei auf Besonderheiten von Em bedded System s e in . V ie r Fü nftel des vermittelten Wissens l assen s ich auf nahezu a l l e Softwa reentwickl u ngs-
D IY S ate l l ite P lattarms
projekte a nwenden . Themenspezifisches b i ldet d ie Ausnahme.
Der P rozess der struktu rierten Softwareentwickl u n g ist seh r a u sfü h rl i ch in s ieben Ka pite l n besc h rieben. A u ßer den Grundlagen behandelt das Buch auch Anforderungsana lyse, Architektu r und Design von Software. Den g rößten Ra u m n immt der Bereich der I m p lementieru ng ein, a be r auch dort geht es n u r a m Rande u m Embedded Systems. Das Kapitel zum Thema Test geht noch a m ehesten auf Anforderungen d ieser Systeme e in . Auch h ier b le ibt E ißen löffel jedoch genera l i s ierend.
Am besten ist das Werk fü r I nformati kÜberflieger u nd Neu l inge geeignet, d ie einen Überblick wünschen. Zum Zie lpubl i kum gehören etwa P rojektverantwortliche
u nd Entscheider, d ie einen Entwickl u ngsprozess p lanen, begleiten und vera ntworten müssen. Erfah rene Software-Entwickler
Bui ld ing a Space-Ready General Base Picosatel l ite for Any Mission
Bautei le lassen s ich günstig aus Massenprod u ktion beziehen, Ha rdware-Konzepte s ind u nter Open-Sou rce-Bed i n g ungen verfügbar. So können Amateu rentwick ler u n d Hobbybast ler i n Bereiche vorstoßen, d ie zuvor e inem k le inen Kre is von Forschern vorbeha lten waren . Sel bst e igene Sate l l iten sind m itt lerwe i le mög l i ch . Sandy Antu n es wi l l seinen noch 20 1 2 in den Weltra u m schicken, u m Aktivitäten i n der Ionosphäre zu be lauschen und ü ber M I D I-Dateien auswertba r zu machen. Das P rojekt dokumentiert er i m Web u nter http://project calliope.com. Zudem hat er e ine Buchre ihe gesta rtet, i n der er zeigt, was beim Bau e ines künst l ichen Erdtrabanten zu beachten ist - der vorl iegende Band b i ldet den Erstl i ng dieser Serie.
A l le rd ings sind P ico-Sate l l iten ein kostsp ie l iges Hobby. Wer n i cht gerade a n e inem U n i -Projekt tei l n i m mt oder jeman-
d e n ken nt, de r aus Gefäll igkeit 1 k g Nutzlast mitn immt, muss al lein für den Transport ins A l l einen fü nfstel ligen Dolla rbetrag hinlegen . Je nach Umlaufba hn ver
glü ht der Satel l i t nach d rei bis sechze h n Wochen rückstandsfrei beim Wiedereintritt in die Atmosphäre. Wer finanziel l besonders gut gepolstert ist, kan n ihn stattdes
sen von der ISS aussetzen u nd wieder einfangen lassen. ,
Nicht jeder Sate l l it wird von Grund auf
neu konzipiert. Antu nes zeigt, wie sich die Basismodel le Cu beSat und TubeSat erweitern lassen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Versorgung mit Solarstrom und der Konzeption der Elektronik, insbesondere der Kom munikations-Hardware. Aber auch zur Auswahl ei nes passenden Raketenbetreibers sowie zu Planu ng und Durchführung der Satell itenreise hat der Autor viel i nteressantes zu sagen.
Thomas fi�nlöffel EmbeddedSoftware entwickeln Grundlagen der P e
_inge�tteter Sys
;��=�mierung Eme Emführung für A nwendung�ntwickler
werden in d iesem Buch keine Neuig keiten fi nden, selbst wenn sie mit Em bedded Systems bisher wenig zu tun hatten .
Autor
Verlag
Umfang
ISBN
Preis
(Ka ri -Heinz Dah lman n/psz)
Thomas Eißenlöffel
dpunkt.verlag
306 Seiten
978-3898647274
37,99 €
Auch wer ga r n icht vorhat, e inen eigenen Sate l l iten ins A l l zu br ingen, kann von Antunes' leicht verstä nd l ichen Beschreibungen e ine Menge lernen.
Autor
Verlag
Umfang
ISBN
Preis
(Maik Schmidt/psz)
Sandy Antunes
O'ReiHy Media, l nc./Maker Press
69 Seiten
978-1 -449-3 1 060-8
7,99 US-$
c't Hacks 3/20 1 2 1 1 59
ARM M i kroco ntro l l e r - B a n d 1 35 Einsteiger-Projekte in C mit dem m bed Boa rd LPC1 768 von NXP
Die Herste l ler ARM und NXP haben gemeinsa m die Mikrocontrol ler-Plattform m bed erschaffen, mit denen e in preiswerter E instieg in die Weit der ARM-Prozessoren mög l ich ist. Dank se iner v ie len 1/0-Ports (daru nter sogar e in Ana logausgang) e ig net s ich der mbed bestens zum Messen, Steuern u n d Regeln . Daneben beherrscht er d ie Kommun ikation mit d iversen Bus-Systemen wie 12C, SP I und CAN. Ungewö h n l ich ist d ie Programmierung : Der Herste l le r b ietet e ine kosten lose On l ine-Entwickl ungsumgebung über e in Web-I nterface an, d ie komplett i m Browser lä uft. D a s erspa rt e i n e I n sta l l at ion auf dem PC und macht d ie IDE unabhäng ig vom Betriebssystem des Anwenders. Ü bersetzte Programme lädt man via USB in den F lashspeicher des m bed und sta rtet das Programm per Resetknopf.
Das Buch beschreibt 35 E insteiger-Projekte - und damit ist n icht nur der Einstieg in die
ARM-Weit gemeint, sondern auch in die Weit von C und E lektron ik. Dabei kom mt der Autor ohne langatmige theoretische Grundlagen g leich zur Sache. Al les was man zum Aufbau und Verständnis des jewei l igen Projektes wissen muss, i st im jewei l igen Kapitel erklä rt. Das fä ngt etwa beim B l i nken e iner LED mit der P in-Belegung der LED an, geht über die Berech nung des Vorwidersta ndes bis zur Timerprogrammierung auf dem m bed i n C. Fotos vom Aufbau auf e inem Breadboard, e in Scha ltp lan mit a l len Tei len und deren Dimens ionierung sowie i n vol l ständiges Listing gehören zu jedem Projekt. ln weiteren Kapite ln wird der Leser angeleitet, Motoren, Servomotoren, Abstandssensoren, Thermometer-ICs, Lautsprecher und vieles mehr an den Contro l ler a nzusch l ießen und dazu e in Program m zu schreiben.
Das Buch ist ku rzwei l ig geschrieben und d ü rfte Anfä ngern e inen span nenden, be-
g le iteten E inst ieg in die Mi krocontro l le rWelt bereiten . Fortgesch rittene, d ie n u r e i n e n E inst ieg i n d i e m bed-Welt suchen, s ind mit den Tutoria l s und Codebeispielen auf der mbed-Homepage (m bed.org) besser bed ient. (dab)
Autor
Verlag
Umfang
ISBN
Preis
Bert van Dam
Elektor Verlag, Aachen
261 Seiten
978-3-89576-262-8
39,80 €, Starterkit 99 €
M a king Things Weara b l e
Making Things Wearable Intel l igente Kleidung selber schneidern
Selbstschnürende Schuhe und Jacken mit Trockenfun ktion hat uns "Zurück in d ie Zukunft 2" für 201 5 versprochen. Der Zeitplan wird woh l nicht zu ha lten sein, aber die Ideen gehen in die r ichtige Richtung: Seit einigen Jahren ist die Kreuzung zwischen Elektronik und Kleid ung u nter dem Begriff "Weara ble Computing" ein Thema, spätestens seit 2007 der Aufnä h-Ardu ino "Li lypad" der M IT-Professorin Leah Buechley auf den Markt kam.
Das vorl iegende Buch von Rene Bohne, dem Leiter des FabLabs Aachen, fä ngt bei den Grundlagen an und setzt kau m Vorkenntn isse in den Bereichen Elektronik/Programmieru ng und Nähen/Schneidern voraus. Beide Themengebiete vermitte lt der Autor, wie in der Buchreihe übl ich, i n Form von abgeschlossenen Projekten mit steigender Komplexität. Die seh r ausführl iche Bebi lderung einzelner Arbeitssch ritte er leichtert dabei den Nachbau.
] 60 I c't Hacks 3/20 1 2
Intelligente Kleidung selber schneidern
Von e infachen text i len Scha ltern i n Kapitel 1 kommt das Buch sch ne l l zur "Smart Fash ion", a l so dem E insatz von Mikrocontrol lern in Kl!=!idung . Zum E insatz kom men d ie Modu le Ardu ino Li lypad und Aniomagic Sparkle. Gezeigt wird a ber n icht n u r, wie man fertige P lat inen verbi ndet, sondern auch, wie man selbst Sensoren (für Druck, Lagebest immung und Biegung) und LED-Perlen herstel lt.
Die Ben utzu ng von Lötko l ben , Bügeleisen und Näh masch ine wi rd sozusagen im Vorbeigehen verm itte lt : Das Buch st iftet zum kreativen E insatz der gezeigten Techn i ke n an, n i cht zum profess ione l l en U mgang mit Werkzeugen . Man muss n u r noch entsche iden, wozu man e in S h i rt mit Lagesensor, e ine be leuchtete Ta sche oder e inen Rock mit Matrix-Anze ige bra ucht. Es
fä l l t angenehm a uf, dass jedes Ka pitel mit e iner Zusam menfassung des Gezeigten endet, a n der man den e igenen Lernfortsch ritt a bg le ichen kan n .
D ie i m B u c h vorgeste l lten Projekte mögen zwar " i ntel l igent" sein, s ind aber leider auch al le a utark. Gerade bei am Körper getragenen Sensorsystemen hätte sich noch ein Kapitel zur d ra ht losen Kom m u n i kation ü ber B luetooth oder XBee gelohnt. (phs)
Autor
Verlag
Umfang
ISBN
Preis
Rene Bohne
O'Reil ly
242 Seiten
978-3-81 35-0389-0
34,90 €
Lege-Ro b ote r I I
Neue Model le bauen mit Lego Mindstorms NXT )�!. <'-'�0
;__ �,_
Da Lego mange l s Doku mentation ' dem u' , Kol')_kret besch/e ibt tfas B·uch s�ths ßau- ' · Mindstorm-Besitzer wen ig b is gar keine I I)- vprsch läge j1ebst Proghmmier<inleitl..mg . sp i rat ion fü r u ntersch ied l iche Model'le lie� Am i nt�ressintesten i �t eine Masth ine;'ä ie •u n d ' der g rafi schen P rog ra m m ierumge-fert, hat s ich i m Laufe der �eit � i n Buchseg- rn ,
it einem ,Stift ,a�f ,� _inem. B l�tt PaR ie r bung bes itzen . ment entwickelt, das d ie�e Lücke mit i l h.Jsc ' "'ze ichn'et. E[f}' M ÖJor b�wegt':aer\iStif(�ein Allerd ings wird a l le in der Raupenroboter tr ierten Bauvorsch lägen u nd P�ogran:ünie,�f, �gtg��rol lt.&jfls R�pie[�0�or yj'1d z��Qckqpd ",i n dc.ei Ausbaustufen ausgewalzt und abgean le itungen sch l ießt. Lau rens Va l k betreibt ei� Mdtor �bt Ül:\d se�kcd�n StilL Damit . ,'sehen vom Drucker ist auch kei nes der Mo-das popu lä re B log robotsquare, i n dem e[' l�ssen_?s ic9 .-�i nfa,�g�,,�� ,\ch[M.ngel,aqf�r!i � regelmäßig ü ber interessante NXT-Projekte gen. [)as Progra_mm fü r den Diückec ist schrei bt. Zudem hat er mehrere Bücher i'U 1fi9 1 1 st�pdig ;f.ufg:�füh5, jedoch J;:J U � ,r.�,d i.:-dem Thema veröffent l icht. Das vorl iegende mentar erklä rt. Bei den anderen Bauvor-
,_del le so spannend, dass es einen i n den F in' gern juckt, es nachzubauen. Wer des engl i
schen mächtig ist, sol lte l ieber zum oben genannten " l nventor's G u ide" g reifen. (dab)
Laurens Valk
dpunkt:verlag
Buch ist jedoch keine echte Fortsetzung sei· s�h lägen fw_�;. e ineJ;I vie�!Dei nigen4'aufr��o- ' nes Buches "Lego-Robote(' aus dem selben t�r, einen J�ep �Qd ejoen ßaup�:nrob�ter Ver lag. Vie lmehr ha ndelt es sit.h um� eine'l1 '�ieht E}s ähnllch aU�;Da.fn it i;t das(Bl.lctrf�u r' i n s deutsche übersetzten Auszug des Bu- fllr FÖrtgesth ritt�ne ernpfEth l e n�Wert:''(J i e ches "The Unoffic ia l LEGO Mindstorms NXT ' l � sp i r�'tione'n für�Weitere M"ödeJI�,ber.l"öti'-2.0 lnventor's G u ide" von No Starch Press. g�n und bef.eits Ubung� mit dem B(lu kasten
- -�- - '"'' · ' ''.: . , •,•-r;!i· �-,; , ����
- GenUgend großes und dickeS Buch .
Hardcover
- scharfeS Messer
- Dremel oder ähnl icheS Werkzeug
zum Trimmen der Kanten
- Büroklammer
- Evtl . Papierl<lammer , um die Seiten
zu halten
- flacheS , zcm breiteS Gummiband
1 Das passende Buch finden Wen n das Ta blet auf der Buchseite l iegt, sol lte der Absta nd zum Ra nd 20 m m bis 2S m m betragen. I st der Rand zu sch mal , dann ha l ten d ie Papierseiten das Gerät n icht fest genug und b iegen d u rch. Mit zu v ie l Ra nd wird das Ga nze sch ne l l u n hand l ich . Es lohnt a l so, etwas Zeit fü r d ie Suche nach der zukünftigen Hül le zu i nvestieren. Das Buch ohne Deckel sol lte ger ingfüg ig höher sein a l s das Ta blet d ick ist.
Ich bevorzuge a lte Bücher mit vie len Fotos, weil deren Seiten oft d icker s ind . Das hat den Vortei l , dass d ie Sta bi l ität höher i st und ich weniger Seiten schneiden muss. Taschenbücher eignen sich nicht als H ü l le, sondern nur Ha rdcover-Ausgaben. Ich habe zum Ausmessen das Ta blet auch schon m it ins Antiquariat genommen, wen n zuhause kei n passendes B u c h aufzufinden wa r.
N icht ausprobiert, aber vie l le icht einen Versuch wert: Statt Seite fü r Seite zu schneiden, bietet s ich eventuel l auch e in k le iner Kreissägenaufsatz fü r den Dremel an.
� �
Zeitaufwand:
3-4 Stu nden
Kosten:
ca. 5 Euro (ohne Dremel)
2 a Vorzeichnen und schneiden, schneiden, schneiden . . . Jetzt steht I h nen e in etwas la ngwier iger Sch ritt bevor, den Sie n icht i n e inem Rutsch er led igen sol lten (den Feh ler habe ich gemacht), sondern nur mit Pausen . Legen Sie I h ren Reader mit dem Disp lay nach u nten auf die erste Seite und markieren S ie den Rand mit e inem B le i stift. Danach schneiden
Sie mit dem scharfen Messer sorgfä lt ig d iese Seite a us. S ie können n u n d iese Maske fü r d ie näch ste Seite nehmen oder d ie bereits a usgeschn ittenen Seiten i n sgesamt a l s Vor lage, be ides fu n kt ion iert. Die Eckku rven habe i ch mit e inem schma len, sehr scha rfen Papiermesser vorgeschn itten .
2 b Vorsichtig schneiden Wä h rend des Schneidens k lappt man leicht das Buch zu weit auf. Dad u rch versch ieben s ich d ie Seiten gegeneinander und e ine gerade Kante wird I h nen n icht ge l ingen . Achten Sie beim Schne iden desha lb darauf, dass d ie Seiten so l iegen wie beim gesch lossenen Buch. Schne iden Sie s ich durch das Buch, bis Tablet oder E-Reader h ine inpassen und n icht mehr ü ber d ie erste Buchseite herausragen . Dieses Buch auf den Fotos hatte exa kt d ie Dicke meines i Pad, desha l b musste i c h a l l e Seiten schneiden.
4 Platz für Scha lter und Knöpfe Wegen des e inen oder anderen Knopfs oder Scha lters verschwindet das Lesegerät eventuel l n icht ganz in seinem Bett.
Wenn Sie ein iPad 2 ha ben, können Sie d iesen Sch ritt ü berspringen, denn d ie Knöpfe s ind a n den Ku rven und ragen n icht an den Seiten hervor. H ier habe ich e in iPad 1 a usgesucht, das Aussparungen an den Seiten braucht. Mit demselben DremeiE insatz von eben ge l i ngt das recht schnel l .
3 Eckbereiche begradigen Da ka n n der Schn itt noch so sorgfä lt ig ausgefü h rt sein, die Ecken sehen immer unsauber aus, vor a l lem, wen n sie abgerundet werden so l len . Jetzt schlägt die Stunde des Dremel oder e i nes ä h n l ichen Geräts. Arbeiten S ie s ich mit e inem kle inen zyl i nderförmigen E insatz Ecke fü r Ecke vor . Durch das Entg raten wird das Buch an d iesen Ste l len etwas d icker. Wen n d a s zu s e h r stört, spannen S i e vorher d ie Seiten e i n , zum Beispiel mit e iner sta rken Papierklam mer. Bei d iesem Exem plar wa r das a l lerd ings n icht notwendig . Achten Sie auch beim Beg radigen dara uf, dass s ich d ie Seiten beim Aufkla ppen des Buchdeckels n icht verschieben.
5 Einschaltknopf verlängern Mein iPad l iegt jetzt wu nderbar i n seiner neuen Buch h ü l le, aber ich ka n n es n icht e inscha lten . Kei n Problem, nehmen Sie e ine Büroklammer und legen S ie s ie so zwischen d ie Seiten, dass d ie Enden auf den E inscha ltknopf d rücken - fertig i st d ie Verlä ngeru ng. Mit 1 0 bis 20 Seiten dazwischen hä lt d ie Kla m mer ohne weitere Fixieru ng .
6 Gummizughalterung Damit d ie neue Buchhü l le n icht unkontro l l ie rt a ufklappt, wi rd e in G u m m izug u m das Buch herum befestigt. Messen Sie das Band ab, indem Sie es u m das Buch spannen, und nähen es dann zusa m men. Tackern Sie das Band dann oben und u nten auf der Rückseite des Buchdeckels fest.
7 Akku laden und synchronisieren quer durch die Seiten
Wenn das g ute Stück geladen werden muss, b lättern Sie ei nfach d ie Ra ndseiten an der passenden Ste l le auf, damit das Ladekabel an den Reader oder den Ta blet passt - fert ig! U r) c'l:
Notiz Na�ürlich gibt es borlertere Mö lic�es.entlich ela
�olche Buchhü/Je kelten, eine mdem Sie die
5 .zu fertigen, danach das Bu helt�n alle leimen Stück bearbeit� Wie ein Werk-
, terung bau n, ?der eine H 1_ r "t . en, damit d L a a nicht rausfällt . as esege-de hat einfach d
. Diese MethoVorteil, in nahez�� unschlagbaren re�ht sehne// nach Je1
1e� Haushalt sein. vo Ziehbar zu
Projekt-Nachlese
N a c h l e s e Was wurde aus u nseren Ba uvorschlägen und Hacks? Wo fa nden sie Anwendung, wie wurden sie verbessert? Wir berichten, was Leser daraus gemacht haben.
Baumarkt-O rgel
Unsere ,.Baumarkt-Orgel" aus dem letzten Sonderheft (der Projektname entstand aufgrund der fast täg l ichen Obi-Besuche) sahen wir zwar eher a l s N ischenprojekt, s ie fand aber bereits begeisterte prominente Anwender, und einige Leser haben s ich mit Gehäusen und U m ba uten wirkl ich ins Zeug gelegt. Was schon genau wie e ine Harnmond B3 k l ingt, so l l auch so aussehen -
·so
der Tenor der meisten Nach bauten. Jazz-Organ ist Lutz Krajenski l ieß s ich in
sei ne Hammond B3000, wegen i h res käsigen Trans istor-K langs n icht sonderl ich bel iebt, die HOAX-Piat ine e inbauen. Krajenski i st e inem breiten Pub l i ku m vor a l lem d u rch seine Zusa m mena rbeit mit Roger Cicero, Oli Perau a l i as J u l iano Rossi, Jasmin Tabatabai, Mousse T., Joja Wendt oder Stefa n Gwi ld is a l s Produzent und Keyboa rder bekannt. Sei ne HX3-0rgel stand erstmals bei der NDR-,. I ntens ivstation" vor der Kamera und e in ige Tage später d a n n bei e inem
Leser Wolfgang Eschenfelder orientiert sich mit seinem HOAX-Gehäuse (hier noch unlackiert) an der Harnmond 83.
1 66 1 c't Hacks 3/20 1 2
Jazz-Konzert m i t dem Lutz-Krajenski-Trio (B i ld ) auf der Bühne.
Kurz zuvor hatte noch Bernd Wurzenrainer das I n strument begutachten kön nen -aus den geplanten M inuten fü r e in ku rzes H a l l o w u rden a nderth a l b Stu nden , d i e der Profi -Mus iker fü r atemberau bende I mprovisationen nutzte (Aussc h n itte u nter http://youtu.be/6-9SST6J DQQ). U nser i m Artikel gezeigter Prototyp kam sch l ieß l ich auch noch zum E insatz: Progressiv-Rocker Han nes Folberth von E loy (ä ltere Leser werden sich eri n n ern) verwendete i h n be im Konzert i m hannoverschen Capitol - und wa r so begeistert, dass er s ich demnächst e ine eigene HOAX-Orgel a nschaffen wi l l .
Besonders stolz s ind wir a ber auf e inen Nachwuchs-Jazzer, der i nzwischen auf se ine H OAX-Orge l schwört: J u ngta lent S imon Os lender aus Aachen tritt m it se inen 1 4 J a h re n schon mit echten G rößen des Jazz auf, etwa m it Hammond-Legende Dr . Lon n ie S mith, dem er begeistert von seinem I n strument berichtete.
Christoph Klug aus Hildesheim baut an einer dreimanualigen Orgel -Tastaturen und Pedal stammen von Ausschlacht-Hammonds. Für l iturgische Zwecke kommen hier zwei HOAX-Piatinen zum Einsatz, die leicht gegeneinander verstimmt sind.
Das Lutz-Krajenski-Trio mit HX3-0rgel statt 250-kg-Hammond
Laser-Leser
Zum Art ike l über den Laser-Cutter gab es viel positive Leser-Resona nz, a l le rd ir:1gs auch Kriti k wegen u nzureichender S icherheitsh inweise. Leser J ü rgen Schu l i k, Fachkraft fü r Arbeitss icherheit, schickte uns folgende Ergänzu ngen, die man bei m Umgang mit Lasern u n bedingt beachten sol lte:
Laserschutzbrillen filtern nicht nur Laserlicht aus, sie sehen auch noch cool aus.
Laserklasse 1 g i lt nur fü r den ungeöffneten DVD-Brenner i m Orig ina lzusta nd . Die h ier resu ltierende Laserklasse 3 b i n nen i st n icht
z u unterschätzen . I r reparable Augenschäden treten nicht n u r eventue l l , sondern beim Bl ick i n den Stra h l g a nz s icher a uf. Aber auch Laserpoi nter für Präsentationszwecke (Klasse 1 -2) können Probleme bereiten. Eine Laserschutzbri l l e ist bei Experimenten notwendig . Bei dem rotstra h l igen Laser l iegt d ie Wel len länge bei 650 nm. Zudem sind Reflexionen an g lä nzenden Werkstücken gefä hr l ich . Das Schwä rzen von Teilen kann Reflexionen jedoch verringern. Der Laserstrah l sol lte zudem gefü h rt beziehungsweise geka pselt werden, u m ei n Austreten des Strah l s zu verh i ndern. Dazu kann man etwa e ine H ü l se auf das Gehäuse stecken. (da b/cm) �
Auch Friedemann Goltz aus Kassel l iebt die klassischen Formen der 83, wie man an seinem Entwurf unschwer erkennt. Die " inversen" Preset-Tasten hat er sogar mit einer Rastmechanik wie beim Original versehen.
• q
I M P R E S S U M Redaktion Postfach 61 0 4 07, 30604 Hannover
Kari-Wiechert-AIIee 1 0, 3062S Hannover
Telefon: OS 1 1 /S3 S2-300
Telefax: OS 1 1 /S3 S2-41 7
Internet: www.ct-hacks.de
Leserbriefe und Fragen zum Heft: [email protected]
Die E-Mai l-Adressen der Reda kteu re haben die Form [email protected] oder [email protected]. Setzen Sie statt ,.xx" oder .xxx" bitte das Redakteurs-Kürzel e in. Die Kürzel fi nden Sie a m Ende d e r Artikel und h i e r i m I mpressum.
Chefredakteur: Dr. Jürgen Rink Gr) (verantwortl ich für den Texttel I )
Redaktion: Danlei Bachfeld (dab), Ach im Barczok (acb), Jan-Keno Janssen Qkj), (Carsten Meyer (cm), Stefan Porteck (spo), Dr. Jürgen Rink Gr), Christiane Rütten (er), Peter Schmitz (psz), Phi l ip Steffan (phs), Ragni Zlotos (rzl)
Mitarbeiter dieser Ausgabe: Erich Bonnert, Kari-Heinz Dahlmann, David Dean, Danlei Drochtert, Christian Geiger, Hans Joachlm Heckert, Janina Hol l , Laurid Meyer, Andreas Neuzner, Maik Schmidt, Andre Tucic,
Assistenz: Susanne Cölle (suc), Tim Rittmeier (ti r), Sebastian Seck (sbs), Ch ristopher Trä nkmann (cht), Martin Triadan (mat)
DTP-Produktion: Wolfgang Otto (Ltg.), Ben Dietrich Berlin, Peter-Michael Böhm, Martina Bruns, Martina Fredrich, lnes Gehre, Jörg Gottschalk, Birgit Graff, Kirsten Handelmann, Angela H i l berg, Anja Kreft, Astrid Seifert, Edith Tötsches, Dieter Wahner, Dirk Wollschläger, Brig itta Zurheiden
Art Direction: Thomas Saur (Art Director), Martina Bruns, Hea-Kyoung Kim, Bettina Rempe ( I l lustration)
Layout-Konzept: Martina Bruns
Layout: Kirsten Handelmann
Fotografie: Andreas Wod rich, Melissa Ramson
Titelbild, Aufmacher: Thomas Saur, www.tsamedien.de
Verlag Heise Zeitschriften Verlag G m b H & C o . KG
Postfach 61 04 07, 30604 Hannover
Kari-Wiechert-AIIee 1 0, 3062S Hannover
Telefon: OS 1 1 /S3 S2-0
Telefax: OS 1 1 /S3 S2- 1 29
Internet: www.heise.de
Herausgeber: Christian Heise, Ansgar Heise, Christian Perssan
Geschäftsführer: Ansgar Heise, Dr. Alfons Schräder
Mitglied der Geschäftsleitung: Beate Gerold
Verlagsleiter: Dr. Alfons Schräder
Anzeigenleitung: Udo Elsner (-222) (verantwortl ich für den Anzeigentei l )
Stellv. Anzeigenleitung: Sirnon Tiebel (-890) Senior Media Consultant Print & Online: Patrick Werner (-894) Anzeigendisposition: Maik Fricke (- 1 65) Leiter Vertrieb und Marketing: Andre Lux (-299) Teamleitung Herstellung, Service Sonderdrucke: Bianca Nagel (-456) Druck: Dierichs Druck + Media GmbH & Co. KG, Kassel
DVD-Herstellung: Klaus Ditze (Ltg.), Nicole Tiemann
Vertrieb Einzelverkauf: VU Verlagsunion KG Am Kl ingenweg 1 0, 65396 Wa l l uf Tel .: 0 61 23/62 01 32, Fax: 0 61 23/62 01 33 E-Ma i l : info@verlagsun ion.de
Einzelpreis: € 9,90; Österreich € 1 0,90; Schweiz CHF 1 7,50; Benel ux, Italien, Spanien € 1 0,90 Abonnement-Preise: Das Jahresabo (4 Ausgaben) kostet inkl . Versand kosten: In land € 35,20; Österreich € 36,00; Schweiz CHF 52,00; Europa € 39,20; restl. Ausland € 46,80.
I N S E R E N T E N V E RZ E I C H N I S
ALTERNATE, Linden . . .. ... . . ... .. .. .. . . .. . ... . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . .. . . .. . . . . . . .. . . 9 0&0 Software GmbH, Berl in . . .. . .... . .. .. . . . . . .. . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. 1 5
Beta LAYOUT GmbH, Aa rbergen . . . .. . . . . . . . .. .. . . . . . . . ... . . 1 1 , 77 O'Reilly Verlag GmbH & Co. KG, Köl n . . . .. .. .. .. .. . . ... . . .. . . . . . 37
Eurocircuits GmbH, Kettenhausen . . . . . . . . . .. . . . . . . . .. .. ... . . .. 1 7 1 Reicheil Elektro n i k GmbH & Co., Sande .. . . .. .. . . ... .. . . . . . . . 45 Hetzner Onl ine AG, G u nzenhausen . . . . . .. . .. .. . . . . . . . .. . .. .. . . . . . . 2 Schaeffer AG, Berl i n . . . . .. . .. . .. . .. .. . .. . . .. . . . .. . . . . .. . .. ... . .. .... .. . . .. . . . . . . 87
Kreat • v ba s te l n m i t T e c h m k 1 2. 1 1 . 20 1 2
Abo-Service:
Bestel lungen, Ad ressänderungen, Lieferproblerne usw.: Heise Zeitschriften Verlag GmbH & Co. KG Leserservice Postfach 1 1 14 28 20414 Harnburg Telefon: +49(0)40/30 07-3S2S Fax: +49(0)40/30 07 8S-3S2S E-Mail : [email protected]
Eine Haftung fü r die Richtigkeit der Veröffentl ichungen kann trotz sorgfältiger Prüfung durch die Redaktion vom Herausgeber nicht übernommen werden. Kein Teil dieser Publ ikation darf ohne ausdrückliche schriftl iche Genehmigung des Verlags in irgendeiner Form reprod uziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden. Die Nutzung der Program me, Schaltpläne und gedruckten Schaltungen ist nur zum Zweck der Fortbi ldung und zum persönlichen Gebrauch des Lesers gestattet.
Für unverlangt ei ngesandte Manuskripte kann keine Haftung übernommen werden. Mit Übergabe der Manuskripte und Bilder an die Redaktion ertei lt der Verfasser dem Verlag das Exkl usivrecht zur Veröffentl ichung. Honorierte Arbeiten gehen in das Verfügungsrecht des Verlages über. Sämtliche Veröffentl ichungen in c't erfolgen ohne Berücksichtigung eines eventuellen Patentschutzes.
Warennamen werden ohne Gewä hrleistung einer freien Verwendung benutzt.
Printed in Germany. Alle Rechte vorbehalten. Gedruckt auf Recycl ingpapier.
© Copyright 201 2 by Heise Zeitschriften Verlag GmbH & Co. KG
ISSN 2 1 93-8768
segor electron ics, Berl i n .. . .. . . . . . ... . . . . . . .. . . .. .. . . ... . . . . ... . . . .. . . . . . 1 3 1 Strato AG, Berl i n ... . . . . . . . . .. . . .. . . . . . . . .. .. .. .. . .. . . .. . . .. . . . . . .. . .. . . . . 1 7, 1 72 Trenz Electronic GmbH, Bünde ... . . . . . . . . .. . . . . . . .. .. .. ... .. .. . . . 1 09 Wei lha usen & Marquardt
Mediengesellschaft bR, Harnburg . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .. . . . . . . . . . 89
sponsored by STONESOFT AbsoluteSoftware
TRACK_ MANAGE. SECURE -� S�9.�.l'.8!nt
CR.C�DIAL •
powered by @heil• Netze
IT S..:IIfll')o
�HDE&SCHWARZ BlueOCoat' We;tere Infos und Anmeldung unter WWW.heise.de/Netze_201 2
organis iert von ri:\ heise \!.!: Events
c't Hacks 3/20 1 2 1 1 6 7
. I !..
Mikrocontroller
Windows
Ardu ino 1 .0 . 1 AvrDude 5 . 1 1 . 1 List ing: Ardu ino-5ketch fü r Lasergalvo List ing : Beispiele Sensoren am Ardu ino Listing : Steckdosensteuerung mit Ard u i no PonyProg2000 2.07c Beta Raspbian ,.Wheezy" 1 6.08.20 1 2
Mac OS
Ardu ino 1 .0 . 1 List ing: Ardu ino-Sketch fü r Laserga lvo List ing: Bei spie le Sensoren am Ardu ino List ing: Steckdosens�euerung mit Ardu ino Raspbian ,.Wheezy" 1 6.08.20 1 2
Linux
Ardu ino 1 .0 . 1 AvrDude 5 . 1 1 . 1 Listi ng: Ardu ino-Sketch fü r Laserga lvo List ing: Beispiele Sensoren am Ardu ino Listing: Steckdosensteuerung mit Ard u i no PonyProg2000 2.06c Beta Raspbian ,.Wheezy" 1 6.08.20 1 2
Elektronik
Windows
Batterie-Gita rrenverstä rker Fritzing 0.7.7b Listing : Beispiele serie l le Schn ittste l le prog ramm ieren Listi ng: Testklassen fü r Sphero Min i-Asteroids-Automat 1 .3 RCSwitch 2.2 Sch rittmotorsteuerung mit Ardu ino 1 .3 VICE (Versat i le Commodore 8-bit Emulator) 2.2
1 68 1 c't Hacks 3/20 1 2
Video: Virtue l ler F l ipper im echten Gehäuse Zeichnu ngen Areade Cabinet
Mac OS
Fritzing 0.7.7b List ing : Beispie le serie l le Schn ittste l le progra m mieren Listi ng : Testklassen fü r Sphero RCSwitch 2.2 Video: Virtue l ler F l i pper i m echten Gehäuse Zeichn u ngen Areade Cabinet
Linux
Batterie-Gita rrenverstä rker F ritzi ng 0.7.7b Listi ng : Beispie le serie l le Sch n ittste l le prog ra m m ieren List ing : Testklassen fü r Sphero Min i-Asteroids-Automat 1 .3 RCSwitch 2.2 Sch rittmotorsteuerung mit Ardu ino 1 .3 Video: Virtue l ler F l i pper im echten Gehäuse Zeich nu ngen Areade Cabinet
Sound
Windows
Audacity 2.0.2 Audacity Porta ble 2.0.2 Audiodateien fü r CD-Piayer
Mac OS
Audacity 2.0.2 Audiodateien fü r CD-Piayer Linux
Audiodateien fü r CD-Piayer
Programmieren
Windows
Android SDK 20.0.3
AVRco Pasca l Mega8 5 .04.00 AVRco Pasca l Sta ndard 5 .04.00 AVRco Pasca l XMega256 5 .04. 1 0 Bascom-AVR 2.0.7.5 Ec l i pse IDE for Java Developers J u no MP IDE 0023 PuTIY 0.62 PuTIY Porta ble 0.62 RXTX 2 . 1 WinAVR 20 1 00 1 1 0
Mac OS
Android SDK 20.0.3 Ec l ipse IDE for Java Developers Juno MP IDE 0023 RXTX 2 . 1 Seria l ity
Linux
Android SDK 20.0.3 Ec l ipse IDE for Java Developers Juno MP IDE 0023 RXTX 2 . 1
Festplatten-Tools
Windows
Adva nced Backup Manager 2 . 1 .5 Backup & Recovery 201 2 F ree Clonezi l l a 1 .2 . 1 2-67 C lonezi l l a 1 .2 . 1 2-67 (i486+i686) Crysta iDisk l nfo 5 .0.4 Crysta iDisk l nfo Portab le 5 .0.4 Crysta i DiskMark 3.0. 1 Crysta i DiskMark Porta b le 3.0.1 Disk lmage Profess iona l Edit ion 6.8 Vol lversion Win32 Disk I mager 0.6
Linux
Clonezi l l a 1 .2 . 1 2-67 Clonezi l l a 1 .2 . 1 2-67 (i486+i686)
Compi lers in der Standard- oder Profi-Version gewährt der Herste l ler fü r Hardware-Hacks-Leser 20 Prozent Rabatt. Um den Rabatt erhalten zu können, schicken Sie e ine E-Mai l an: [email protected] mit dem Betreff: ,.Rabattaktion c't Hardware Hacks 03/201 2". Sie erha lten dann weitere I nformationen. Die Aktion läuft bis 1 5. Mai 201 3.
Beim Upgrade a uf d ie Version 7 von DiskI rnage Professional gewäh rt der Herstel ler 0&0 ebenfa l l s 20 Prozent Rabatt. U nter www.oo-software.com/de/specia l/ct finden Sie weitere H inweise.
r
DVD-H igh l ights Die Heft-DVD enthält u nter a nderem Prog ramme und List ings, d ie man zum Nachvol lziehen u nserer An leitu ngen und Basteiart ikel benötigt. Daneben fi nden Sie auf der DVD ergänzende Videos und Fotos zu einigen
. Art ike ln sowie n ützl iche Tools
zum Selbermachen.
l n mehreren Arti ke l n widmen wi r uns dem Programmieren von Ardu ino-Boards. Die aufgefüh rten Listings fü r die Sch rittmotorsteuerung und Sen
soren a m Ard u i n o ü bersetzt man mit der IDE Arduino 1 .0. 1 . Mit M P I D E l assen s i c h d ie Que l l codes ebenfa l l s fü r Ardu ino ü bersetzen . Zusätz l ich u nterstützt das Tool a ber auch d ie Ch ipKit-P iattform. Wer sich stattdessen l ieber mit dem Raspberry Pi auseinandersetzen wi l l , der findet das Wheezy
l mage auf der DVD. Es beruht auf Raspb ian u n d macht das Arbeiten mi t dem M in i computer wesentl ich fl üss iger . Das Sch re iben des I mages auf e ine SD-Karte er ledigt man u nter Windows a m e infachsten mit dem Win32 Disk I mager 0.6
Bei m Erste l len von Scha l tp länen , Verkabe lungen und P lat inen fü r e igene Ardu ino-Entwickl ung h i l ft Fritzing 0.7.7b. Mit F ritzi ng kön nen Leiterp latten i n e iner e infachen g rafi schen Oberfläche m it H i l fe e ines u mfangreichen Kata logs von v i rtue l len Baute i len entworfen und fü r d ie professionelle Produktion vorbereitet werden . Das Tool fördert auch die Anwender-Kooperation du rch d ie I nteg rat ion mit e iner zentra len Website. Die F ritzi ngBen utzer kön nen zum Be isp ie l i h re Entwü rfe auf fritz ing .org hoch laden , i ndem sie d ie i n der Software i nteg rierte U pload-Funkt ion verwenden.
Prog ramme fü r AVR-Contro l le r kan n man a lternativ auch mit der Umgebung WinAVR und in anderen Programmiersprachen a l s C/C++ entwicke ln . AVRco ist e in auf Pasca l bas ierendes Mu lt i-Task
Mit der Vollversion von Diskirnage Professional
Edition 6.8 sichern Sie kinderleicht den Inhalt alter
und neuer Festplatten.
Es muss nicht immer C/C++ sein: Mit AVRco und Bascom lassen sich Atmei-Control ler in Pascal und BASIC programmieren.
• IHOI, •-•:
• tltlt, .:.O<oJ
·--. .. �� =====:::=:===========;�
ll I
·�-• ·.� ·--
� i� -·--·-···············
I , .._ ............ /
�u-... • ,,..-, n..-r . .u�ao '
s:·ttill�:::· :.:::.: ·-.·��� ::· '.:::·�,:;;:-� t' ::::·�� ;:·· :;::: • ;.:.; . .-�;�.��·
. ...:.,- · ;;,.; . . . . ._. � . .
j =---�--�C
2l.U GQ · lll.89 G8
VOiume (E:) lL+4 Gt jNTFS)
110.o.f G8 1031 GB
lModow$ 1 (C:) Volume 0 UG.04 G8 (NTFS) 20.ll GB {Hl ............... ........
Entwickl ungssystem fü r Atmei-AVR-Contro l ler mit JT AG-I n-Ci rcu it-Debugger, Mu lt i -Wi ndow-Ed itor, Syntax- und Error-H igh l ight ing sowie e iner ausfü h rl ichen On l i ne-Hi lfe. Bei der Demo-Version AVRco Pascal Mega8 5.04.00 ist d ie Code-Größe auf 8 KByte begrenzt und s ie u nterstützt nur den Mega8/88. Bei AVRco Pascal Standard 5.04.00 ist die Code-Größe auf 4 KByte l i m it iert und bei AVRco Pascal XMega256 5.04. 1 0 g ibt es nur den XMega256 als Z ie lp lattform. Wer sei nen AVR l ieber in Basic prog rammiert, n i mmt Bascom-AVR. Die Vers ion auf der DVD kann Assembler-Code bis zu e iner G röße von 4 KByte erzeugen; das sol lte fü r vie le Zwecke genügen. Zum F lashen des Codes in e inen AVR stehen PonyProg und Avrdude bereit.
E igene Exper imente mit dem Kugel roboter Sphero implementiert man u nter Java am besten mit der leistu ngsfähigen Entwickl ungsumgebung Eclipse (J u no) . Ec l i pse b ietet Syntax-Hervorhebung, Autovervol l ständig und eine P l ug-i n-Schn ittste l le, mit der s ich d ie IDE um n ützl iche Funktionen und weitere Prog rammiersprachen ergänzen lässt.
Wer vor dem Nachvol lz iehen unserer Festplatten-Hacks sch ne l l noch e ine S icherungskopie der Daten an legen möchte, dem bietet unsere DVD e ine reichha lt ige Auswah l von Tools . Die Vol lvers ion von Diskirnage Professional Edition 6.8 des Herstel lers 0&0 beherrscht das i n kremente i le oder vo l l stä nd ige S ichern u n d Wiederherste l len von Festp latten, auf Wu nsch auch zeitgesteuert Die I mages werden versch lüsselt und kompr imiert gespeichert und können bei g roßen Datenvo lumen a utomatisch gespl ittet werden . Das Tool unterstützt das Sichern von Images auf Festplatten, USBSticks, CDs, DVDs und Netzlaufwerken und ist auch als erweiterte Server-Vers ion fü r U nterneh men zum Sichern ganzer Server erhält l ich. Zum Erhalt der Seriennu mmer fü r d ie Vol lversion i st unter www.oo-softwa re.com/de/specia l/ct e ine Reg istr ieru ng der E-Ma i l erforder l i ch . U nter dem g leichen Lin k erhält man auch 20 Prozent Rabatt beim Upg rade auf die aktuel le Version 7.
Der u mfangreiche Aud io-Ed itor und -Ana lysator Audacity 2.0.2 h i lft dem Anwender beim Erste l len von Sounds fü r den CD-Piayer a l s Funktionsgenerator. Neun fertige Audiodateien fü r CD-Piayer
sind bereits auf der Heft-DVD. Daneben kann man das Tool zusam men mit der Soundkarte aber auch g le ich a l s Funktionsgenerator e insetzen . (dab) c't
c't Hacks 3/20 1 2 1 1 69
Vorschau
Fräsen, bohren, schneiden
Sie s ind der Traum eines jeden Hobbybastlers : computergesteuerte P lotter und 30-Posit ion ierer, mit denen s ich Frontplatten, P lat inen und andere Tei le herste l len lassen. Von uns getestete kommerzie l le Produkte erfü l len d iesen Wunsch - jedoch nur für den d icken Geldbeute l . Unsere E igenbauten aus leicht verfl:igba ren Elementen schonen die Bastei kasse und erreichen trotzdem eine hohe Genauigkeit.
Klangmaschinen Musik instrumente i m E igenbau erhöhen n icht nur d ie künstler ische I nd ividua l ität, sondern bringen auch i n teressante Einb l icke i n d ie Techn i k. E-Gitarren a l s Bausatz versprechen klang l iche Höthstleitungen, fü r die man bei fert igen P rodukten t ief i n die Tasche g reifen muss. OpenSou rce-Synthesizer mit M ikrocontro l lern er lauben tiefe E ing riffe i n d ie F i rmware, um Sounds und Beats nach jedem Geschmack zu erzeugen.
70 I c 't Hacks 3/20 1 2
Mechanische C o m p uter Roboter s ind e in faszin ierendes Thema, da es u m vie le Dispzip l i nen g le ichzeitig geht: Mechan i k, Sensor ik, Ha rdware u n d Software. Wi r zeigen, wie s ich kommerzie l l e Baukästen mit e igenen Sensaren erweitern l a ssen u n d wie man s ie p rogrammiert. Als Sta u bsauger und Spie lzeuge halten die mechan ischen Gefäh rten ebenfa l l s bereits E inzug i n die Hausha lte. Mit Gehi rnschmalz und .e in wenig Hardware kan n m a r;, i hnen zusätz l i che
' E igenschaf
ten ver le ihen, d ie sO' vom Herste l le r n icht vorgesehen waren .