Dies ist zunächst nur ein Testbeitrag, um die Gestaltung umfangreicherer Beiträge mit einem Inhaltsverzeichnis zu versehen und zu gliedern
Die Hardware
Die Hardware eines TonUINO besteht natürlich aus dem Gehäuse, aber auch aus einigen elektronischen Baugruppen, deren Zusammspiel in Verbindung mit der Software (Firmware) die Funktionen des TonUINO ergeben. In diesem Abschnitt findest Du eine kurze Erklärung und Beschreibung zu den Baugruppen.
Einige Anbieter haben bereits eine Zusammenstellung dieser Baugruppen für das TonUINO – Projekt im Angebot. Diese Sets sind in der Regel deutlich günstiger, als die Beschaffung der Einzelkomponenten.
Zusätzlich betreibt Thorsten Voß als Initiator dieses Projektes einen kleinen Online‑Shop, über den er einige (restliche?) spezielle Teile für den TonUINO vertreibt.
Gehäuse
Da der TonUINO als reines DIY-Projekt konzipiert ist, gibt es an dieser Stelle keine Bauanleitung für ein Gehäuse, sondern jeder kann (und sollte!) ein ganz individuelles Gehäuse nach eigenen Vorstellungen (und Fähigkeiten) herstellen.
Im Forum der TonUINO Community gibt es etliche Ideen und Anregungen von „Mitbauern“ in der Gehäusegalerie
Mikrokontroller
Der Mikrokontroller ist gleichzeitig Herz und Hirn des TonUINO, der mit seiner Software (Firmware) die angeschlossenen Baugruppen bedient und die eigentlichen Funktionen des TonUINO bereitstellt. Als Mikrokontroller wird für den TonUINO ein Arduino in zwei Leistungsstufen verwendet.
Arduino Nano V3
Ein Arduino Nano V3 ist ein Mikrokontroller mit integriertem Programmspeicher (für die Firmware), der völlig ausreichend für die Basisfunktionen eines TonUINO ausreicht.
Arduino Nano Every
Der Arduino Nano Every ist ein Mikrokontroller, Pin-kompatibel (kann also einfach ausgetauscht werden) zum Arduino Nano V3, mit einem leistungsfähigerem Prozessor und größerem Programmspeicher. Dieser Mikrokontroller wird erforderlich, wenn der TonUINO erweiterte Funktionen (Spiele) bieten soll.
MP3-Player
Das TonUINO-Projekt verwendet den DF-Player Mini zur Wiedergabe der MP3‑Dateien von einer Micro-SD Karte. Dieser Player kann SD-Karten bis zu 32 GB verwalten und verfügt über einen internen 3 W Audio-Verstärker, so dass direkt ein Lautsprecher angeschlossen werden kann.
SD-Karte
Benötigt wird eine Micro-SD-Karte mit maximal 32GB Speicher. Möchte man die SD-Karte unabhängig vom mp3Modul positionieren, um diese leichter zugänglich zu haben, kann man eine Verlängerung verwenden.
RFID-Modul
Für den TonUINO wird als RFID-Modul ein RFC522 -Modul verwendet, das sowohl RFID-Karten lesen, wie auch programmieren kann.
RFID-Karten/Chips
Zusätzliche RFID-Tags mit 13,56MHz. Unterstützt werden: MIFARE Classic 1K und 4K, MIFARE Ultralight und NTAG213/215/216.
Stromversorgung
Es gibt natürlich fast unzählig viele Möglichkeiten der Stromversorgung, auf die hier nicht eingegangen werden kann. An dieser Stelle wird die einfache, aber durchaus komfortable, Versorgung über eine handelsübliche Powerbank beschrieben.
Die Powerbank bietet in der Regel einen USB-Anschluss (oder auch mehrere), über den der Arduino Mikrokontroller direkt versorgt werden kann. Die Versorgung der anderen Komponenten erfolgt dann über entsprechende Anschlüsse des Mikrokontrollers.
Der Strombedarf des TonUINO ist, wenn keine Wiedergabe läuft, sehr gering. Dennoch empfielt es sich, einen Ein-/Aus-Schalter vorzusehen, um eine unbemerkte Entladung der Powerbank zu vermeiden.
Lautsprecher
Der integrierte Verstärker des DF-Players hat eine Leistung von 3 W und ist für den Anschluss von Lautsprechern mit einer Impedanz von 4 bis 8 Ohm ausgelegt. Diese Angaben findet man auch bei Lautsprechern, so dass leicht passende gefunden werden können. Wissen zur Auswahl des passenden Lautsprechers muss man, dass die Angabe der Leistung in Watt bei Lautsprechern nicht die benötigte Verstärkerleistung meint, sondern die Leistung angibt, bis zu der ein Lautsprecher zerstörungsfrei betrieben werden kann. Somit ist es also kein Problem, auch Lautsprecher mit 10 W oder mehr an dem Verstärker des DF-Players zu betreiben. Damit wird die Lautsprecherausahl weitestgehend durch die geplante Gehäusegröße und –form, wie aber auch durch das gewünschte Klangergebnis bestimmt.
Thosten Voß bietet über seinen Shop einen kleinen 5 W Lautsprecher an, der bereits in einem geschlossenen Gehäuse kommt und für ein ganz brauchbaren Klang sorgt – wegen der Grösse natürlich etwas schach im Bassbereich.
Alternativ werden von „Mitbauern“ in der Community auch häufig Lautsprecher von Visaton (FR8 oder FR-10HM) oder Monacor (SPX 30M) mit gutem Ergebnis eingesetzt.
Der Klang von Lautsprechern wird zu einem erheblichen Maß durch das Gehäuse bestimmt, in das er eingebaut wird. Da das Rad nicht mehrfach erfunden werden muss, kann der TonUINO auch sehr gut in eine bereits vorhandene Lautsprecherbox (auch durchaus mit Mehrwegsystemen) eingebaut werden, wenn die Impedanz passt (4 – 8 Ohm).
Bedientasten
Als Bedientasten sind jegliche Art von Tastschaltern geeignet, die einen Stromkreis schließen solange sie gedrückt sind und ihn anschließend wieder unterbrechen.
Welche Art Tasten verwendet werden sollen, wird wieder maßgeblich vom Gehäusedesign und –aufbau bestimmt. Die Anzahl der Taster vom vorgesehenen Bedienkonzept:
- 3 Taster, wobei jeweils 2 Taster eine Doppelfunktion (langer / kurzer Druck) haben
- 5 Taster. Jede Taste hat eine fest zugeordnete Funktion.
Weitere Hinweise auf Einsatzmöglichkeiten und notwendige Programmierung, Einstellung und einen Anschlussplan findest du in den Abschnitten 8.1 und 8.3
Taster für Gehäusemontage
Taster für Gehäusemontage werden einzeln angeschlossen und in eine Bohrung des Gehäuses montiert (Schnapp- oder Schraubbefestigung). Damit ist die Anordnung der Taster relativ frei wählbar und zusätzlich ergeben die Taster durch ihren Kragen einen sauberen Abschluss der Gehäusebohrung. Als gut verwendbar, robust und kostengünstig haben sich Taster von Arcade bewährt, die in unterschiedlichen Farben verfügbar sind.
Taster für Platinenmontage
Die Taster für Platinenmontage werden auf eine Elektronikplatine aufgelötet und können den Verdrahtungsaufmand reduzieren. Als Elektronikplatinen können zwar speziell angefertigte Platinen eingestzt werden, in der Regel werden aber universelle Lochrasterplatinen verwendet. Bei dieser Montageart wird die Platine mit den aufgelöteten Tastern so im Gehäuse befestigt, dass die Tastenkappen durch entsprechende Bohrungen des Gehäuses hindurchreichen und so bedienbar werden. Dies erfordert maßgenaue und saubere Bohrungen um ein professionelles Aussehen zu erreichen. Sehr häufig für den TonUINO, aber auch für viele andere Geräte werden Kurzhubtaster mit wechselbarer Kappe verwendet, die ebenfalls in unterschiedlichen Farben erhältlich sind. Diese Art Taster wird häufig sehr günstig als Komplettset mit mehrfarbigen Abdeckkappen angeboten.
Ein-/Aus-Schalter
Der Ein-/Aus-Schalter für den TonUINO kann ein ganz einfacher Hardwareschalter sein, funktionaler und komfortabler allerdings ist ein Halbleiterschalter.
Hardwareschalter
Eine wirksame, aber auch unkomfortable (im Vergleich zum Halbleiterschalter), Lösung ist es, einen handelsüblichen Schalter in die Leitung der Stromversorgung einzuschleifen. Ein solcher Schalter wird ausschließlich manuell bedient und bietet nicht die Möglichkeit, den TonUINO über den integrierten Timer automatisch abzuschalten.
Halbleiterschalter
Der Halbleiterschalter für den TonUINO funktioniert wie ein Relais mit 2 stabilen Zuständen:
- Tastendruck → Spannung wird eingeschaltet
- Tastendruck → Spannung wird abgeschaltet
Das wiederholt sich in gleicher Reihenfolge beliebig lange. Zusätzlich gibt es noch einen Steuereingang (für den Timer des TonUINO), über den die Spannung ebenfalls abgeschaltet werden kann.
Pololu-Schalter
Die Fa. Pololu bietet einen solchen Halbleiterschalter als fertige Baugruppe an, so dass der TonUINO über einen Tastendruck eingeschaltet und über den internen Timer wieder ausgeschaltet werden kann. Wichtig bei Verwendung einer solchen Baugruppe ist es, die „LV“ Version zu verwenden, die auf Funktion bei niedrigen Spannungen entwickelt ist (Bei einer abgeschalteten Powerbank liegen nur noch ca. 2,5 V Spannung an, um die Powerbank wieder einschalten zu können).
Eigenbau-Schalter
Der Eigenbau-Schalter hat die gleichen Funktionen, ist benötigt jedoch nur handelsübliche Elektronikbauteile (entstanden durch Verfügbarkeitslücken beim Pololu‑Schalter). Der Eigenbau-Schalter lässt sich rel. einfach auf einer kleinen Lochrasterplatine aufbauen und in den Aufbau des TonUINO integrieren.
Die Schaltung des Eigenbau-Schalters
Das Layout auf einer Lochrasterplatine und die 3D-Simulation der Baugruppe.
Die Lochrasterplatine für den Eigenbau-Schalter ist 30 x 40 mm groß, zugegeben „riesig“ gemessen an professionellen Platinen in SMD-Technik.
Die Funktion des Eigenbau-Schalters ist dann:
- Einschalten des TonUINO über die Play/Pause-Taste, einschließlich „wecken“ / aktivieren der Powerbank
- Betriebsanzeige über LED
- Abschalten des TonUINO per Software über den Arduino (Pin D/), ausgelöst durch:
- den internen Timer nach vorgegebener Zeit, wenn keine Wiedergabe läuft
- langen Druck der Pause-Taste, wenn keine Wiedergabe läuft
Damit ist der TonUINO dann vollständig von der Stromversorgung getrennt und der restliche Stromverbrauch so gering, dass die meisten Powerbanks nach kurzer Zeit in den Energiesparmodus schalten (einschlafen).
Dreh-Encoder
Ein Dreh-Encoder ist ist ein „Drehknopf“ für Einstellungen und somit sehr gut und intuitiv anwendbar. Für den Benutzer ist die Anwendung vergleichbar mit einem Potentiometer, wobei die elektrische/elektronische Funktion dieser Bauelemente grundsätzlich unterschiedlich ist. Ein Dreh-Encoder hat keinen mechanischen Anschlag und kann „endlos“ in jede beliebige Richtung ohne Beschädigung gedreht werden.
Der für den TonUINO empfohlene Dreh-Encoder ist ein KY-040, der ohne zusätzliche Anpassung an den Arduino Mikrokontroller angeschlossen werden kann.
Eine interessante Variante ist auch ein Dreh-Encoder mit Beleuchtung, der gleichzeitig noch die Funktion einer Betriebsanzeige übernehmen kann.
Welche Einstellungen am TonUINO erforderlich sind und wie der Dreh-Encoder angeschlossen wird findest Du in den Abschnitten 0 und 0.
Potentiometer
Ein Potentiometer ist ein einstellbarer Widerstand, dessen Wert stufenlos von 0 bis zum Maximum durch Drehbewegung verändert werden kann. Je nach Bauform ändert sich der Widerstand linear oder logarithmisch mit dem Drehwinkel. Anders als ein Dreh-Encoder hat ein Potentiometer einen Anschlag beim Nullwert und einen beim Maximalwert, kann also keine volle Umdrehung oder gar mehrere Umdrehungen machen (Ausnahme: Sonderbauformen). Da beim TonUINO der Wert des Potentiometers vom Arduino ausgelesen wird und es nicht im Audiostrompfad liegt, wird kein Stereo-Potentiometer benötigt sondern es genügt ein Mono-Potentiometer.
Zusätzlich sind Potentiometer auch mit einem Schalter, der in der Null-Stellung betätigt wird, erhältlich. Damit eignet sich ein solches Potentiometer sowohl zur Regelung der Lautstärke als auch zum Ein- und Ausschalten des TonUINO.
Für den TonUINO wird ein Potentiometer mit einem Anschlusswert von 10 kOhm und einer logarithmischen Kennlinie empfohlen.
Neopixel Ring / Streifen
Als Neopixel bezeichnet man mehrfarbige LEDs, die über einen eigenen integrierten Kontroller verfügen (sog. WS2812RGB). Damit lassen sich diese LEDs mit einem Mikrocontroller und entsprechender Programmierung steuern. So können 16 Mio. Farben mit bestimmter Helligkeit dargestellt werden. Diese LEDs sind einzeln, aber auch schon konfektioniert als Streifen oder Ring erhältlich, was den Einsatz sehr erleichtert.
Der TonUINO ist vorbereitet siche LEDs zu steuern und damit die Betriebszustände zu signalisieren.
Verschaltung der Baugruppen
Damit nun aus den beschriebenen Baugruppen ein funktionsfähiger TonUINO wird, müssen die Baugruppen zunächst elektrisch untereinander verbunden werden. Die möglichen Varianten mit unterschiedlichen Bedienkonzepten und Ausbaustufen werden im Abschnitt Funktions- und Bedienungsvarianten des TonUINO detailliert mit Anschlussplänen beschrieben.