TonUINO mit DIY-Platine

[NoBl]

Da die Platinen der Leiterkartenpiraten für den TonUINO nicht mehr verfügbar sind, wurde für einen weiteren TonUINO eine eigene Trägerplatine entwickelt, auf der alle notwendigen Bauelemente, einschließlich der Tasten, untergebracht und verschaltet wurden.
Ziel war es, den TonUINO in eine fertige Holzbox aus dem Bastelbedarf einzubauen. Bei der Box hat der Deckel eine lichte Höhe von 2 cm, so dass die gesamte Platine im Deckel montiert werden kann und nur noch ein Minimum an Verkabelung in der Box selbst untergebracht werden muss. Damit steht ausreichend Platz zur Verfügung, um eine handelsübliche Powerbank als Stromversorgung unterzubringen.

Verwendet wurde die einfache Basisschaltung des TonUINO.

Durch eine beidseitige Bestückung der Platine konnten die Bedientasten und der RFID Reader auf der Oberseite, zwischen Platine und Deckel, untergebracht wer-den. Mit einer Bauhöhe der Komponenten von weniger als 8 mm sind die Bedien-tasten über Bohrungen im Deckel gut zu betätigen, wenn sie auch direkt auf die Platine aufgelötet wurden.

Hier der funktionsfähige Aufbau der geplanten Platine auf einer Lochrasterplatine.

Der Arduino Nano und der DF-Player sind auf der Unterseite der Platine montiert, so dass die SD-Karte des Players und auch der USB-Anschluss des Arduino bei geöffnetem Deckel gut zugänglich sind, um Servicearbeiten und / oder Ergänzungen vorzunehmen.

Eine Ansicht der fertig bestückten Box sowohl im Betrieb, wie auch geöffnet mit Blick auf Lautsprecher und Powerbank. Wie bei der geschlossenen Box erkenn-bar, konnte die LED des RFID-Moduls durch einen in den Deckel eingelassenen Acrylstab als Betriebsanzeige verwendet werden.
Als „Sicherung“ gegen unbefugten Zugriff wurde der Schatullenverschluss mit einer Schraube gesichert, so dass sich die Box leicht, aber nicht ohne Werkzeug öffnen lässt.

Wichtig :
Der Aufbau auf der Lochrasterplatine hat gezeigt, dass sich weder unbenutzte Lötaugen noch Leiterbahnen unter dem RFID-Modul befinden dürfen, da diese das Magnetfeld dermaßen stark beeinflussen, dass eine Erkennung der Karten nicht mehr möglich war. Erst nach Entfernung der Lötaugen war wieder eine zuverlässige Erkennung von Karten und Chips möglich.

Abschließend
TonUINO NoBL V 1.0 Platinenentwurf.pdf (16,0 KB)
mein Versuch, dazu eine Platine mit KiCad zu entwickeln.

Wer wissen möchte, wie es mit der Platine weiter ging, kann sich die Details hier ansehen.

[gorwell]

Gut umgesetzt gefällt mir
Interessant finde ich die Info bzgl. Lötaugen und RFID.
Ich hatte ähnliche Probleme mit einem LED Ring (und Nachbauten davon) über dem reader. Habe es noch nicht zur vollen Zufriedenheit lösen können.
Ich bin verwundert dass/wie metallische Flächen und Leiter „entgegengesetzt“ zur Leserichtung das Feld dermaßen beeinflussen.
Vielleicht kann wer mit mehr Wissen zu elektromagnetischen Feldern aufklären was es damit auf sich hat

[NoBl]

Ich versuche mal eine nicht-wissenschaftliche Erklärung zu RFID und Magnetfeldern:

1. Die Kombination von RFID-Modul und dem Chip (bzw. der Karte) funktioniert wie ein Trafo (oder Übertrager) indem das Modul eine Wechselspannung mit den Informationsdaten an die Magnetspule (oder auch Antenne) anlegt, die dann über eine entsprechende Spule in Chip/Karte aufgenommen wird.
   Gleichzeitig wird auch eine Spannung zur Versorgung des Elektronikchips innerhalb des RFID-Chips/Karte erzeugt.
2. Das Magnetfeld der Sendespule kann man sich als kreisförmigen Feldlinien (wie einen Schlauch) um die Spulendrähte (Leiterbahnen) vorstellen. Werden die Feldlinien durch metallische Gegenstände gestört, gibt es nicht nur eine einseitige „Delle“ im Schlauch sondern der Durchmesser (und damit die Reichweite) verringert sich an der Stelle über den gesamten Querschnitt. Zusätzlich entstehen durch das Wechselfeld in dem metallischen Störgegenstand sog. Wirbelströme, die zusätzlich Energie aus dem gesamten Magnetfels absaugen. Somit sind Magnetfelder dann insgesamt gestört/geschwächt und nicht nur in Richtung des Störgegenstandes.
3. Durch das „Absaugen“ von Energie kann es außerdem dazu kommen, dass die induzierte Versorgungsspannung für die Elektronik in Chip/Karte nicht mehr ausreicht.

Ich hoffe, die „Wissenschaftler“ der Community sehen mir diese Erklärung in „einfacher Sprache“ nach, da eine wirkliche Erklärung elektrischer und magnetischer Felder den Rahmen dieses Forums absolut sprengen würde.

[gorwell]

Damit kann ich arbeiten, danke!

[gorwell]

Wenns in Ordnung ist, würde ich deinen Beitrag hier weiter in Beschlag nehmen mit meinen Fragen ansonsten fange ich einen neuen an…

Gibt es eine nicht-industrielle Möglichkeit einer angemessenen Abschirmung/Isolierung des Magnetfeldes? In Handys u.ä. sehe ich oft komplett geschlossene Baugruppen, deren „Metallkäfige“ vermutlich genau das tun. Spontan wüsste ich nicht wie ich das in meinen Basteleien reproduzieren könnte.

Ich hatte eigentlich vor eine alte, kleine JBL Box zu einem mobilen TonUINO umzubauen. Da aber die Störungen und Probleme im „großen“ Kasten schon so einen deutlichen Effekt haben, bin ich pessimistisch dass ich es im beengten Gehäuse der kleinen Box zum laufen bekomme.

[NoBl]

Da du eine zuverlässige Erkennung der RFID-Karten möchtest, ist eine Abschirmung/Isolierung genau das, was nicht sein sollte. Eine Abschirmung ist eine beabsichtigte Schwächung von Feldern und/oder Strahlung mit dem Ziel die Reichweite (das Störpotenzial) zu verringern oder, im Idealfall, ganz zu unterdrücken.

Für den Bau eines TonUINO mit RFID-Leser sollte folgende Grundregel berücksichtigt werden:
KEINE metallischen Gegenstände im Bereich der Spule (Leiterbahnen der Spule sind auf dem Modul gut erkennbar).
Zu „metallischen Gegenständen“ zählen auch Befestigungsschrauben und Winlel., aber auch Anschlussleitungen zu den Buttons und anderen Baugruppen. Diese also sorgfältig verlegen und nicht einfach „hineinstopfen“.

Zeige uns doch bitte deinen bisherigen Aufbau, besonders das „Innenleben“.
Meine eigene Erfahrung und auch viele TonUINOs anderer Mitglieder zeigen, dass auch kleine Gehäuse sehr gut funktionieren - also auch in einer kleinen JBL Box keine Probleme auftreten sollten.

[gorwell]

Naiverweise meinte ich, die störenden Leiter u.ä. abschirmen zu können damit sie nicht das Magnetfeld beeinflussen

Bisher befinde ich mich noch in einer wirren Planungsphase, d.h. noch kein Aufbau vorhanden.

Hoffentlich wird hier etwas deutlich womit ich arbeite.
Meine Idee/Hoffnung war es, die Taster und LED samt Platinenrest zu behalten (mehr Metall ) und direkt zu verkabeln. Auf der Platine sitzen sie einfach perfekt und ich muss mir keine Gedanken bzgl. Befestigung machen. Die Leiterbahnen zu den Tastern würde ich durchtrennen damit nichts unkontrolliert durch die Gegend fließt.

Zwischen Platinenrest und RFID sind es etwa 7,5 mm. Evtl kann ich noch einen Millimeter frei machen.
Mittig ragt der Lautsprecher bis auf etwa 4 mm über den RFID reader ins Gehäuse.
Akku, Lademodul und Arduino werden sich (wenn überhaupt ) an die Seiten kuscheln müssen.

Der RFID reader liegt beinahe plan an der Rückwand der Box, etwa 2 mm starkes Plastik, außen sollen die Karten dran gehalten werden.

Achso: die vordere Abdeckung der Box ist ein Metallgitter

Soweit die Idee

[NoBl]

Ich kann Dir aufgrund der Angaben natürlich keine funktionierende „Bauanleitung“ geben, sondern Dir nur kurz beschreiben, wie ich an diese Aufgabe herangehen würde.

1. Eine funktionsfähige Baugruppe aus Arduino und DF-Player herstellen. Entweder mit der Classic Platine der Leiterkartenpiraten (sofern noch verfügbar) oder auf einer handelsüblichen Lochrasterplatine. Dabei das Platinenformat schon so wählen, dass es für späteren Einbau in die Box geeignet ist.
2. Stromversorgung zunächst nur über den USB-Anschluss des Arduino
3. Anschluss der Tastenplatine über ca. 10 cm lange flexible Leitungen
4. Anschluss des RFID-Readers ebenfalls über ca. 10 cm lange flexible Leitungen.

Damit solltest du dann einen voll funktionsfähigen TonUINO als „Laboraufbau“ auf dem Tisch haben und es kann der schrittweise Einbau ins Gehäuse mit Funktionsprüfung für jeden Schritt erfolgen.

1. Auf dem Platinenrest sind große Kupferflächen erkennbar, die beim Original vermutlich zur Strom- / Masseversorgung verwendet wurden. Hier solltest du versuchen, die Kontur der Platine mit einer Laubsäge so zu verändern, dass die verbleibenden (und für deinen Zweck nutzlosen) Kupferflächen möglichst klein sind. Außerdem wurden sehr häufig mehrlagige Platinen verwendet, wobei eine Lage großflächig als Masse-Ebene eingesetzt wurde. Dies könnte auf der Rückseite der Tastenplatine der Fall sein - also auch die Kupferfläche auf der Rückseite der Platine kontrollieren und minimieren.
2. Den Magnetkorb des Lautsprechers (also einen „riesigen“ Metallklotz) der Spule des RFID-Readers (auch noch fast zentrisch) auf 4 mm zu nähern wird sehr wahrscheinlich zu massiven Störungen führen.
3. Prüfe die Möglichkeit, ob du das Gehäuse soweit modifizieren kannst, dass du die Platine des Readers an eine Seitenwand „stellen“ kannst - also senkrecht zur gezeigten Einbaulage - und du die Karte dann an die Seite statt an die Rückwand halten musst.
   Dadurch sollte der Störeinfluss der Metallgegenstände (Platine, Lautsprecher) deutlich verringert werden.
4. Dann platziere die Baugruppen deines Laboraufbaus nacheinander im Gehäuse und mache nach jedem Schritt eine Funktionskontrolle sowohl am offenen Gehäuse, wie auch mit aufgelegter Frontplatte und Lautsprecher (das Gehäuse muss nicht unbedingt fest verschlossen sein, nur der Lautsprecher sollte schon möglichst nahe der Endposition liegen).

Dabei sollte sich zeigen, welcher Schritt zu Funktionseinschränkungen führt und welchen Einfluss Position und/oder Ausrichtung der Baugruppen im Gehäuse haben.
Schlimmstenfalls musst du nach einem kleineren bzw. flacherem Lautsprecher suchen.

Ich hoffe, dir mit meinen Hinweisen etwas Mut gemacht und zur Entwirrung deiner Planungsphase beigetragen zu haben.

[gorwell]

Vielen Dank!
Ich werde berichten…