Elektor Lab Notes 15: eXpansion Boards, LoRa, Raspberry Pi, Circuit Special und mehr

Willkommen zurück bei Elektor Lab Notes! Alle paar Wochen veröffentlichen unsere Ingenieure und vielbeschäftigten Redakteure ein paar Labornotizen und Updates zu neuen DIY-Elektronikprojekten, Branchennachrichten und hilfreichen technischen Tipps. In dieser Ausgabe der Lab Notes präsentieren wir Updates zu eXpansion Boards, LoRa, Raspberry Pi, drahtlosen Lautsprechern, ein paar Notizen zur kommenden Circuit Special Edition und mehr. Bitte teilen mit uns Ihre Gedanken im Diskussionsbereich unten auf dieser Seite. Sie können Ihre eigenen Labornotizen posten und uns mitteilen, woran Sie auf Ihrer Elektronik-Werkbank arbeiten! 

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Saad Imtiaz (Leitender Ingenieur, Elektor)

Neue Entwicklungen bei Erweiterungsboards und LoRaWAN-Projekten
eXpansion Board von Elektor: Ich war damit beschäftigt, das eXpansion Board von Elektor zu entwickeln, das die Fähigkeiten der Mikrocontroller von Seeed Studio XIAO verbessern sollte. Dieses Board erweitert die I/O-Optionen des XIAO erheblich und bietet sechs I2C-Anschlüsse (vier mit Grove-Anschlüssen und zwei Qwiic) sowie alle vom XIAO bereitgestellten IOs, einschließlich SPI- und UART-Anschlüsse. Dieses Erweiterungsboard wird aufgrund seiner Vielseitigkeit und umfassenden Konnektivitätsoptionen mein bevorzugtes Werkzeug für zukünftige Projekte werden. Eine detaillierte Berichterstattung über dieses Board wird in den kommenden Ausgaben des Elektor Magazine veröffentlicht, also bleiben Sie dran für weitere Informationen.

LoRaWAN-Projekt: Ich habe auch ein aufregendes neues Projekt gestartet, das ich unbedingt in Angriff nehmen möchte: einen solarbetriebenen LoRaWAN-Knoten, der für Landwirtschafts- und Gewächshausanwendungen entwickelt wurde. Dieses Projekt zielt darauf ab, einen vielseitigen LoRaWAN-Basissensorknoten zu schaffen, der bei Bedarf einfach mit zusätzlichen Sensoren erweitert werden kann. Die gesamte Elektronik wird in kundenspezifischen 3D-gedruckten Gehäusen untergebracht, um Haltbarkeit und Anpassungsfähigkeit zu gewährleisten. Primäres Ziel ist es, eine robuste und flexible LoRaWAN-Lösung zu entwickeln, die auf verschiedene Anwendungen zugeschnitten werden kann und ein leistungsstarkes Werkzeug für die moderne Landwirtschaft bietet. 

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Jean-François Simon (Ingenieur, Elektor)

LoRa ist ein fortschrittliches drahtloses Kommunikationsprotokoll, gekoppelt mit komplexen Transceivern, die "Chirps" erzeugen, bei denen es sich um Signale mit variabler Frequenz handelt (die sich entweder höher oder tiefer verändert), die verwendet werden, um mehrere Bits gleichzeitig zu codieren und gleichzeitig das Spektrum zu verteilen, was zu einer besseren Kombination von Durchsatz und Reichweite führt. Um mit kommerziellen LoRa-Geräten zu kommunizieren, müssen Sie also einen offiziellen kompatiblen Transceiver verwenden... Richtig? In diesem Video macht CNLohr das Gegenteil.

 
Er stellte sich der Herausforderung, zu untersuchen, wie weit LoRa-Pakete ohne einen richtigen LoRa-Chip und nur mit einem Standard-Mikrocontroller übertragen werden können. Wenn eine Rechteckwelle erzeugt wird, indem ein Pin zwischen seinen High- und Low-Zuständen umgeschaltet wird, wird ein Grundsignal mit der Frequenz f erzeugt, aber auch Oberschwingungen mit den Frequenzen 3*f, 5*f, 7*f usw. Was ist, wenn eine dieser Obertöne direkt in das LoRa-Band fällt? Durch vorsichtiges Umschalten eines PINs sendete Charles erfolgreich LoRaWAN-Nachrichten an ein kommerzielles LoRa-Gateway in mehreren hundert Metern Entfernung. Sein Experiment umfasste verschiedene Mikrocontroller, darunter den CH32V203 und ESP32-S2, und wurde in mehreren Umgebungen getestet, um unterschiedliche Entfernungen zu erreichen. Die Menge an Versuch und Irrtum, Reverse Engineering und kreativen Problemlösungsfähigkeiten, die erforderlich sind, ist absolut verrückt. Danke, Charles – ein wirklich inspirierendes Video.

Einen Raspberry Pi in eine Fernbedienung verwandeln: Das vorherige Projekt erinnerte mich an das rpitx-Projekt das von F5OEO entwickelt wurde. Es ist eine Bibliothek, mit der Sie das Gleiche auf einem Raspberry Pi tun können, wobei Sie auch das Prinzip der Oberschwingungserzeugung ausnutzen. Es ist aus wissenschaftlicher und technischer Sicht sehr interessant, aber offensichtlich mehr ein experimentelles Projekt. Es muss nicht daran erinnert werden, dass es verboten ist, ohne Amateurfunklizenz und ohne hochselektiven Bandpassfilter zu senden, um nur im zugelassenen Band mit einer Leistung zu senden, die unter dem gesetzlich zulässigen Höchstwert liegt. Es liegt an jedem Leser, sicherzustellen, dass er seinen Raspberry Pi legal verwendet. Der Schöpfer des River's Educational Channel auf Youtube verwendet ihn in seinem außergewöhnlichen, zweiteiligen Projekt. Im ersten Teil dekodiert er die Datenrahmen, die zur Steuerung eines Deckenventilators mit einem billigen SDR-Dongle verwendet werden, und im zweiten Teil verwendet er rpitx, um den Ventilator direkt vom Raspberry Pi aus zu steuern. Ein lustiges, gut dokumentiertes Projekt. Verwandte Artikel auf seiner Website finden Sie auch hier und hier.
  Klone oder nicht? Wenn Sie beispielsweise einen "Arduino" (Pro Mini, Nano usw.) bei eBay, Amazon, Aliexpress usw. für nur ein paar Dollar kaufen, besteht eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit, dass er (zum Beispiel) keinen echten ATmega328p von Microchip enthält, sondern einen Klon eines anderen chinesischen Unternehmens. Die LGT8F328P ist ein Beispiel, aber es gibt wahrscheinlich noch andere. Funktional sind sie schwer zu erkennen, da sie sich in jeder Hinsicht wie die Originalkomponente verhalten und die Arduino-IDE den Unterschied nicht erkennen kann. Nur wenige Details können manchmal darauf hinweisen, wie zum Beispiel der Strombedarf im Deep Sleep Mode, der von dem abweicht, welchen Sie erwartet haben.    
  Wie können Sie das feststellen? Wenn Sie das IC nicht mit Salpetersäure enthäusen (versuchen Sie das nicht zu Hause!) und ein gutes Mikroskop haben, um das Die zu inspizieren, ist es nicht einfach. Kevin Darrah schlägt eine interessante Methode vor. Mit der in avr/boot.h definierten Funktion boot_signature_byte_get() kann er den spezifischen Speicher lesen, der die Signatur des Mikrocontrollers enthält. Es stellt sich heraus, dass alle Bytes in diesem Speichersektor tatsächlich zwischen den Adressen 0x00 und 0x1F gelesen werden können. Im Falle einer geklonten Komponente (auch wenn sie funktional identisch ist) sind drei spezifische "Signaturbytes" identisch mit denen eines echten ATmega328, aber nicht die anderen benachbarten Werte. Ich habe das Experiment reproduziert, und hier ist die "erweiterte Signatur" eines echten ATmega328 von einem offiziellen Arduino Pro Mini von SparkFun. Meine anderen "Arduino-kompatiblen" Boards (Marke Robotdyn, ab 2019) hatten ähnliche Signaturen, so dass es so aussieht, als hätten sie auch Originalteile.
 

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Jens Nickel (Chefredakteur, Elektor Magazin)

Fernbedienung für kabellose Lautsprecher: Mein Freund Marco und ich haben bei unserem Lieblingsprojekt große Fortschritte gemacht. Wir haben an den Boxen für die Lautstärkeregelung gearbeitet und drei davon gebaut. Die Box enthält einen ESP32-S3-Controller, eine kleine Motorcontroller-Platine und zwei kundenspezifische Platinen: eine für das Alps-Motorpotentiometer und eine für einen externen ADC, um den Widerstand des Motorpotentiometers zu erfassen und so eine Rückmeldung an den ESP32 zu geben. Zusätzlich gibt es eine LED-Leiste und einen IR-Empfänger an der Vorderseite.
 
Eine der oben beschriebenen Boxen, eine Fahrradbatterie, ein Verstärker und ein drahtloser Audioempfänger waren in einer grauen Box mit einem Netzschalter untergebracht. Um die Kosten niedrig zu halten, haben wir ein Schaltschrank für 15 € mit geringfügigen Modifikationen verwendet und die internen Komponenten mit Heißkleber befestigt. Glauben Sie mir, einen zuverlässigen Schalter für 40 V DC zu finden, war eine ziemliche Herausforderung! 
 

Jede dieser drei großen grauen Boxen kann Strom liefern und die Lautstärke eines Lautsprechers oder Subwoofers steuern. Um ein hochwertiges, leistungsstarkes Audiosystem zu präsentieren, habe ich kürzlich einen JBL 218S Subwoofer gekauft und bin begeistert davon. Wir warten gespannt auf gutes Wetter in Köln, um die ersten Feldtests mit dem gesamten System zu machen! 

Eine Strommessbox und ein zerstörter Shunt-Widerstand: Das Projekt umfasst auch die Herstellung weiterer Module, z.B. zur Messung von Strom, Leistung und Energie, um die verbleibende Ladung von Li-Ionen-Batterien zu bestimmen. Jedes dieser Module verfügt über einen eigenen MQTT-sprechenden ESP32, der verschiedene Anwendungen ermöglicht (wir wissen, dass nicht viele typische Elektor-Leser laute Audiogeräte vor Ort mit Strom versorgen müssen :-) ). Für unser Strommessmodul habe ich zunächst mit einem INA169 Breakout-Board und der AmpVolt-Platine meines Kollegen Saad experimentiert, die für 12 V und einen relativ kleinen Class-D-Verstärker gut funktionierte. Beim Anschluss an den 36-V-Akku und den deutlich leistungsstärkeren Nobsound G2 PRO sorgten die höheren Ströme, insbesondere beim Einschalten, jedoch für Probleme. Nach einigen seltsamen Messungen entdeckte ich, dass der Shunt-Widerstand auf der INA169-Breakout-Platine einen Wert von mehreren zehn kΩ hatte. Ich bestellte dann ein 10-A-Hall-Sensormodul von Grove , das das Problem löste. Wenn keine Musik abgespielt wird, verbraucht der Verstärker etwa 3 W. Es ist für mich immer wieder erstaunlich, wie die Lautstärke mit jedem zusätzlichen Watt zunimmt. Tatsächlich riskiere ich in meinem Wohnzimmer meine Ohren zu beschädigen, selbst wenn das System nur 6 W Leistung pro Lautsprecher verbraucht – ganz zu schweigen davon, die Nachbarn zu stören. 

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C. J. Abate (Content Director, Elektor)

Die Ingenieure und Redakteure von Elektor sind seit unserem letzten Lab Notes-Update fleißig gewesen. Insbesondere haben wir hart am Circuit Special 2024 gearbeitet. Wir haben auch unsere Themenseiten auf der Website aktualisiert. Aber eins nach dem anderen.

Zuerst einige der Schaltungen und Projekte, die Sie in dieser Ausgabe finden.

• Eine neue Elektor Classic-Schaltung: ein Surf-Synthesizer! Das Design ist ein fortschrittlicher Meeresgeräuschgenerator. Er funktioniert wie ein echter analoger Musiksynthesizer, der sich an die Prinzipien der spannungsgesteuerten subtraktiven Klangsynthese hält, die von Pionieren wie Robert Moog populär gemacht wurden (man denke an den Elektor Formant). Es fehlt zwar ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO), da es einen Rauschgenerator als Klangquelle verwendet, aber es verfügt über einen spannungsgesteuerten Filter (VCF), einen spannungsgesteuerten Verstärker (VCA) und drei Niederfrequenzoszillatoren (LFO).

 

• Das "Jack-In- und Jack-Out-Projekt": In einer Audiosignalkette kann es von Vorteil sein, einen Einfügepunkt für zusätzliche Signalaufbereitungsgeräte wie einen Dynamikkompressor/-expander, einen Hallgenerator oder andere Audioeffekte zu haben. Dieses Design vereinfacht die Integration dieser Geräte und gewährleistet die Funktion, selbst wenn keine Zusatzgeräte verwendet werden.  

 

• Ein Arduino-gesteuertes klassisches Code-Breaking-Spiel: Erlebe das klassische Mastermind-Spiel wie nie zuvor! Mastermind, das seit seinem Debüt in den 1970er Jahren ursprünglich Millionen von Menschen in seinen Bann gezogen hat, wurde mit der neuesten Technologie neu interpretiert, mit Arduino- und WS2812-LEDs für einen frischen, modernen Touch. Tauche ein in ein Reich der Logik und Strategie mit zwei innovativen neuen Versionen, die sowohl erfahrene Spieler als auch Neulinge herausfordern. Entdecke die Spannung und Komplexität dieses legendären Code-Breaking-Spiels in einem ganz neuen Glanz.

 
Wir bereiten Dutzende weitere Schaltungen vor. Die Ausgabe wird im August 2024 an den Kiosken erscheinen! Bis dahin können Sie das letztjährige Circuit Special genießen.

Des Weiteren haben wir 10 übergreifende Themen ausgewählt, die das ganze Jahr über behandelt werden sollen, und jedes hat seine eigene Webseite. Auf jeder Seite finden Sie verschiedene Inhalte zum Thema und seinen Unterkategorien: DIY-Elektronikprojekte, Hintergrundartikel, technische Tutorials, Designtipps, Interviews, Neuigkeiten und Produktbewertungen. Werfen Sie einen Blick darauf.
 

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