Borndelgramer
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Hallo zusammen,
um die Geschwindigkeit eines Modells ermitteln zu können, bietet der Markt einige käufliche Lösungsansätze an. Da unser Hobby ModellBAU heißt, zeige ich in den nächsten Schritten, wie man mit relativ wenig Aufwand einen solchen Datenlogger mit Hilfe eines GPS Moduls realisieren kann.
Ziel ist es also einen Datenlogger aufzubauen, der die entsprechenden Daten aus dem GPS Modul auslesen und auf SD Karte abspeichert kann. Als Grundlage verwende ich Arduino Bausteine. Im Detail handelt es sich um folgende Komponenten:
• Arduino Nano „kompatibel“ 5V
• SD-Kartenleser SPI Schnittstelle
• Arduino kompatibles GPS Modul RS232 mit neo-6m ublox
• Stiftleisten, Litzen, LED und 3 Widerstände
Die Unkosten für die oben genannten Komponenten belaufen sich auf etwa 20€, abhängig vom ausgewählten Anbieter, preiswerte Komponenten gibt es u.a. bei Aliexpress.
1. Hardware Aufbau
Die ersten Gehversuche wurden mit dem Arduino UNO durchgeführt. Das GPS Modul sowie der SD Kartenlesen wurden dazu „fliegend“ miteinander verdrahtet. Somit ist das Experimentieren deutlich einfach als wenn die Komponenten sofort an der späteren Position fest verlötet werden.
GPS Modul:
Das auf den Bildern dargestellte GPS-Modul ist nicht mit dem neo-6m Chip von ublox ausgestattet. Es handelt sich hier um eine „Sparversion“ des genannten Chips. Für den weiteren Aufbau hat das aber erstmal keinen Einfluss. Der einzige Unterschied ist die geringere Update Frequenz der GPS Informationen. Das entsprechende neo-6m Modul ist jedoch bereits geordert. Dieses bietet deutlich mehr Einstellmöglichkeiten.
Die Kommunikation zwischen Arduino und dem GPS Modul erfolgt seriell mittels RS232. Diese Module werden auch mit I2C angeboten. Hier wird die RS232 Version verwendet.
Sowohl das Arduino als auch der Kartenleser arbeiten mit einer Betriebsspannung von 5,0 V. Das GPS Modul lediglich mit 3,3V. Die Spannungsversorgung für das GPS Modul muss also im 3,3V erfolgen. Für die beiden Datenleitungen ( TX und RX) bieten sich folgende Lösungsansätze an: Daten die vom GPS Modul an das Arduino gesendet werden, werden trotz des Signalpegels von 3,3V erkannt. Signale die vom Arduino Richtung GPS Modul geschickt werden, müssen entsprechend mit einem Spannungsteiler um 33% verringert werden.
Ich habe für R1 800Ohm und für R2 1600 Ohm verwendet. Der genaue Wert ist hier nicht so sehr von Bedeutung. Wichtig ist nur, dass R2 doppelt so groß wie R1 ist und nicht mehr als 3 mA Strom fließen.
Verkabelung Arduino/SD-Kartenleser
Sowohl das Arduino Nano als auch der SD Kartenleser werden im nächsten Schritt zusammen verkabelt. Die beiden Komponenten stellen somit die Basiseinheit für den GPS Datenlogger dar. Das GPS Modul wird explizit nicht mit den beiden Komponenten fix verlötet, damit dieses später im Modell optimal ausgerichtet bzw. positioniert werden kann.
Sinnvoll ist es, die scharfen Kanten der Platinen ein wenig abzurunden, damit sich der Schrumpfschlauch an diesen Stellen nicht aufscheuern kann.
Im ersten Schritt wird mit dem Lötkolben die Stiftleiste am SD Kartenleser entfernt und entsprechende Litzen an der Platine verlötet. Da das Arduino und der SD Kartenleser später fix verdrahten werden, nehmen die Stiftleisten nur unnötig Platz weg. Für solche Lötarbeiten hat sich zum Fixieren der Komponenten Wäscheklammern als hilfreich herausgestellt.
Damit die Lötstellen gegen mögliche Kurzschlüsse geschützt sind, sollte zur Isolation eine Schicht mit Heißkleiber an den entsprechenden Stellen aufgebracht werden. Die CS (Chip Select) Leitung wurden hier mit verdrahtet. Wenn allerdings keine weiteren Komponenten mit am SPI Bus verbunden sind, kann diese fix verdrahtet werden.
Im nächsten Schritt wird der Kartenleser mit dem Arduino Nano verlötet. Die Pin Belegung ist dabei bis auf den CS (Chip Select) aufgrund der Hardware fix vorgegeben. Verbunden werden muss also wie folgt:
• MOSI – Pin 11
• MISO – Pin 12
• CLK – PIN 13
• CS – PIN 5 ( nicht Hardwaregebunden, andere Pins können ebenfalls verwendet werden)
Ebenfalls ist der VCC mit 5V und der GND Pin zu verbinden. Die Kunst besteht darin, die Kabel möglichst ideal zwischen den beiden Platinen zu verbinden, sodass nur wenig Stauraum benötigt wird.
Das Arduino Nano verfügt über einen integrierten Spannungswandler, sodass dieses mit Spannungen zwischen 7-12V versorgt werden kann. Die Spannungsversorgung kann zum Beispiel im Modell über den Balancer Stecker durch 2 Lipo Zellen erfolgen. Die beiden PINS sind mit VIN und GND gekennzeichnet.
Um das GPS Modul nicht fest mit dem Arduino verlöten zu müssen, wird eine Buchsenleiste (RM 2,54mm) angebracht. Die Anschlüsse für TX und RX können später in der Software frei definiert werden, vorausgesetzt der PIN wird nicht schon für eine andere Anwendung benötigt. Hier auf dem Bild PIN 3 (D3) für RX und PIN4 (D4) für TX. An dieser Stelle sei nochmal erwähnt, dass zwischen der TX Arduino und RX GPS Leitung der Spannungsteiler eingebaut werden muss, damit das GPS Modul nicht beschädigt wird. Ebenfalls wird die Spannungsversorgung ( 3,3V und GND) verlötet.
Sobald die Buchsenleiste fertig verlötet ist, wird diese mit einem Tropfen Sekundenkleber auf der Platine fixiert.
Im letzten Schritt wird noch eine LED mit entsprechenden Vorwiderstand verbaut, damit der Zustand des Datenloggers visuell dargestellt werden kann. In diesem Beispiel wurde eine 5mm LED verwendet. Eine kleinere LED ist für diese Anwendung in jedem Fall sinnvoller. Die LED auf dem Arduino Nano kann nicht verwendet werden, da dieser PIN/LED für den SPI Bus benötigt wird.
Zu guter Letzt werden Arduino und der SD Kartenleser miteinander verschrumpft. Für die Spannungsversorgung wird eine Stiftleiste benötigt, sofern man die Versorgung über den Balancerstecker am Lipo Akku bevorzugt.
Fertig verkabelt kann das Ergebnis wie folgt aussehen:
Ich hoffe mit diesem Beitrag ein wenig zum Nachbauen animieren zu können. Vielleicht gibt es für den Aufbau noch elegantere Lösungen. Freue mich auf Fotos von euren Loggern. In den nächsten Tagen werde ich ein paar Zeilen zur Software posten.
Gruß Max
um die Geschwindigkeit eines Modells ermitteln zu können, bietet der Markt einige käufliche Lösungsansätze an. Da unser Hobby ModellBAU heißt, zeige ich in den nächsten Schritten, wie man mit relativ wenig Aufwand einen solchen Datenlogger mit Hilfe eines GPS Moduls realisieren kann.
Ziel ist es also einen Datenlogger aufzubauen, der die entsprechenden Daten aus dem GPS Modul auslesen und auf SD Karte abspeichert kann. Als Grundlage verwende ich Arduino Bausteine. Im Detail handelt es sich um folgende Komponenten:
• Arduino Nano „kompatibel“ 5V
• SD-Kartenleser SPI Schnittstelle
• Arduino kompatibles GPS Modul RS232 mit neo-6m ublox
• Stiftleisten, Litzen, LED und 3 Widerstände
Die Unkosten für die oben genannten Komponenten belaufen sich auf etwa 20€, abhängig vom ausgewählten Anbieter, preiswerte Komponenten gibt es u.a. bei Aliexpress.
1. Hardware Aufbau
Die ersten Gehversuche wurden mit dem Arduino UNO durchgeführt. Das GPS Modul sowie der SD Kartenlesen wurden dazu „fliegend“ miteinander verdrahtet. Somit ist das Experimentieren deutlich einfach als wenn die Komponenten sofort an der späteren Position fest verlötet werden.
GPS Modul:
Das auf den Bildern dargestellte GPS-Modul ist nicht mit dem neo-6m Chip von ublox ausgestattet. Es handelt sich hier um eine „Sparversion“ des genannten Chips. Für den weiteren Aufbau hat das aber erstmal keinen Einfluss. Der einzige Unterschied ist die geringere Update Frequenz der GPS Informationen. Das entsprechende neo-6m Modul ist jedoch bereits geordert. Dieses bietet deutlich mehr Einstellmöglichkeiten.
Die Kommunikation zwischen Arduino und dem GPS Modul erfolgt seriell mittels RS232. Diese Module werden auch mit I2C angeboten. Hier wird die RS232 Version verwendet.
Sowohl das Arduino als auch der Kartenleser arbeiten mit einer Betriebsspannung von 5,0 V. Das GPS Modul lediglich mit 3,3V. Die Spannungsversorgung für das GPS Modul muss also im 3,3V erfolgen. Für die beiden Datenleitungen ( TX und RX) bieten sich folgende Lösungsansätze an: Daten die vom GPS Modul an das Arduino gesendet werden, werden trotz des Signalpegels von 3,3V erkannt. Signale die vom Arduino Richtung GPS Modul geschickt werden, müssen entsprechend mit einem Spannungsteiler um 33% verringert werden.
Ich habe für R1 800Ohm und für R2 1600 Ohm verwendet. Der genaue Wert ist hier nicht so sehr von Bedeutung. Wichtig ist nur, dass R2 doppelt so groß wie R1 ist und nicht mehr als 3 mA Strom fließen.
Verkabelung Arduino/SD-Kartenleser
Sowohl das Arduino Nano als auch der SD Kartenleser werden im nächsten Schritt zusammen verkabelt. Die beiden Komponenten stellen somit die Basiseinheit für den GPS Datenlogger dar. Das GPS Modul wird explizit nicht mit den beiden Komponenten fix verlötet, damit dieses später im Modell optimal ausgerichtet bzw. positioniert werden kann.
Sinnvoll ist es, die scharfen Kanten der Platinen ein wenig abzurunden, damit sich der Schrumpfschlauch an diesen Stellen nicht aufscheuern kann.
Im ersten Schritt wird mit dem Lötkolben die Stiftleiste am SD Kartenleser entfernt und entsprechende Litzen an der Platine verlötet. Da das Arduino und der SD Kartenleser später fix verdrahten werden, nehmen die Stiftleisten nur unnötig Platz weg. Für solche Lötarbeiten hat sich zum Fixieren der Komponenten Wäscheklammern als hilfreich herausgestellt.
Damit die Lötstellen gegen mögliche Kurzschlüsse geschützt sind, sollte zur Isolation eine Schicht mit Heißkleiber an den entsprechenden Stellen aufgebracht werden. Die CS (Chip Select) Leitung wurden hier mit verdrahtet. Wenn allerdings keine weiteren Komponenten mit am SPI Bus verbunden sind, kann diese fix verdrahtet werden.
Im nächsten Schritt wird der Kartenleser mit dem Arduino Nano verlötet. Die Pin Belegung ist dabei bis auf den CS (Chip Select) aufgrund der Hardware fix vorgegeben. Verbunden werden muss also wie folgt:
• MOSI – Pin 11
• MISO – Pin 12
• CLK – PIN 13
• CS – PIN 5 ( nicht Hardwaregebunden, andere Pins können ebenfalls verwendet werden)
Ebenfalls ist der VCC mit 5V und der GND Pin zu verbinden. Die Kunst besteht darin, die Kabel möglichst ideal zwischen den beiden Platinen zu verbinden, sodass nur wenig Stauraum benötigt wird.
Das Arduino Nano verfügt über einen integrierten Spannungswandler, sodass dieses mit Spannungen zwischen 7-12V versorgt werden kann. Die Spannungsversorgung kann zum Beispiel im Modell über den Balancer Stecker durch 2 Lipo Zellen erfolgen. Die beiden PINS sind mit VIN und GND gekennzeichnet.
Um das GPS Modul nicht fest mit dem Arduino verlöten zu müssen, wird eine Buchsenleiste (RM 2,54mm) angebracht. Die Anschlüsse für TX und RX können später in der Software frei definiert werden, vorausgesetzt der PIN wird nicht schon für eine andere Anwendung benötigt. Hier auf dem Bild PIN 3 (D3) für RX und PIN4 (D4) für TX. An dieser Stelle sei nochmal erwähnt, dass zwischen der TX Arduino und RX GPS Leitung der Spannungsteiler eingebaut werden muss, damit das GPS Modul nicht beschädigt wird. Ebenfalls wird die Spannungsversorgung ( 3,3V und GND) verlötet.
Sobald die Buchsenleiste fertig verlötet ist, wird diese mit einem Tropfen Sekundenkleber auf der Platine fixiert.
Im letzten Schritt wird noch eine LED mit entsprechenden Vorwiderstand verbaut, damit der Zustand des Datenloggers visuell dargestellt werden kann. In diesem Beispiel wurde eine 5mm LED verwendet. Eine kleinere LED ist für diese Anwendung in jedem Fall sinnvoller. Die LED auf dem Arduino Nano kann nicht verwendet werden, da dieser PIN/LED für den SPI Bus benötigt wird.
Zu guter Letzt werden Arduino und der SD Kartenleser miteinander verschrumpft. Für die Spannungsversorgung wird eine Stiftleiste benötigt, sofern man die Versorgung über den Balancerstecker am Lipo Akku bevorzugt.
Fertig verkabelt kann das Ergebnis wie folgt aussehen:
Ich hoffe mit diesem Beitrag ein wenig zum Nachbauen animieren zu können. Vielleicht gibt es für den Aufbau noch elegantere Lösungen. Freue mich auf Fotos von euren Loggern. In den nächsten Tagen werde ich ein paar Zeilen zur Software posten.
Gruß Max