WIP: kabelloser TonUino

Hallo,

Vor drei Jahren wollte ich meiner Tochter einen RFID-Lichtwecker bauen und bin bei der Teilebestellung über das Tonuino-Set und damit das Tonuino-Projekt gestolpert. Ich fand das damals sehr cool, aber leider waren meine Kinder schon zu groß dafür. Letztendlich kam dann meine Nichte in den Genuss eines Mini-Tonuinos: Seifen-Ton-Kiste.

Inzwischen gibt es ein weiteres Mitglied in unserem Haushalt, was so langsam ins richtige Alter kommt. Und auch die Nichte ist seit über zwei Jahren kein Einzelkind mehr.
Kurz: es wird mal Zeit für einen neuen TonUino!

Mein Erstlingswerk wurde (bzw.wird :slightly_smiling_face:) mit Netzkabel betrieben. Das war zum einen dem doch sehr kleinen Gehäuse (5x11x7) geschuldet und zum anderen traute ich mich an das Thema Akku (noch dazu für ein anderes Kind) nicht ran. Dieses Mal möchte ich eine Box ohne Netzkabel haben.

Ich habe die benötigten Teile alle* seit Monaten hier rumliegen. Und ich lese mich das Forum rauf und runter, aber irgendwie werde ich immer verwirrter. Um meine Gedanken etwas zu ordnen, vielleicht das eine oder andere Feedback zu bekommen und den Arbeitsfortschritt zu dokumentieren, soll dieses Thema helfen. Ich hoffe, das Thema ist in der Kategorie okay, sonst gerne verschieben. Und ja, der Titel ist vielleicht irreführend - aber griffig -, denn natürlich muss man auch in eine akkubetriebene Box hin und wieder ein Ladekabel stecken :wink:

* Zumindest dachte ich, ich hätte alles da. Bis ich dann feststellte, dass ich ein Pololu Power-Switch Modul ohne Pushbutton, dafür mit Slide Switch, gekauft habe.

Los geht’s mit der Planung und den Teilen!

Meine Anforderungen sind ehrlich gesagt überhaupt nicht speziell. Es soll eine Box für ein Kleinkind werden:

  • Fünf-Tasten-Version
  • kein Kabel bzw. zwischendurch aufladbar, ohne dass das Kind was kaputt macht oder sich verletzt
  • ansprechendes Design
  • Keine Figuren, sondern Karten

Ich habe hier im Forum tolle Lösungen gesehen. In Ermangelung von 3D-Drucker und Lasercutter und ohne herausragende Fähigkeiten in der Holzbearbeitung sind meine Möglichkeiten für das Gehäuse eingeschränkt. Dafür kann ich halbwegs gut löten und prima programmieren :wink:

Folgende Teile habe ich:

  • Arduino Nano
  • RFID RC522
  • DFPlayer Mini bzw. Klon davon
  • Arcade-Buttons noch aus dem ersten Projekt
  • für die Lautstärke kleinere Taster, die vermutlich aber zu kurz für die Wandstärke des Gehäuses sind
  • evtl. kauf ich stattdessen so schicke Edelstahl-LED-Taster zum Einschrauben
  • Holzbox 13x13x14,5 von Midas Creativ
  • Lautsprecher Visaton FRS 8 M
  • Power Bank Realpower 10.000 Mini HD
  • Pololu MiNi MOSFET Slide Switch LV (da hab ich mich verkauft)
  • Micro-USB-Buchse zum Anschrauben
  • diverse USB-Kabel mit Winkel-Steckern
  • Kleinkram, Lötkolben, Crimpsets, …

Du kannst auch den Pololuswitch mit Slideschalter verwenden. Schau Mal im Thema Pololuswitch différences nach. Da habe ich beschrieben, wie dieser angeschlossen werden muss. Ist auf Englisch, aber ich denke damit kommst du klar.

Zum Thema laden finde ich ein magnetisches Ladekabel am kinderfreundlichsten. Schau mal bei diesem Gehäuse wurde es verbaut:

Danke @Thomas-Lehnert , da schaue ich doch gleich mal nach.

@TobiDD Genau das war der Plan - dazu wäre ich noch gekommen :wink:
Auf der Suche nach fertigen Gehäusen habe ich neulich eine defekte Tigerbox erstanden. Die Micro-USB-Buchse war abgerissen. Den Tigerbox-Umbau hier im Forum habe ich gesehen, aber der ist ne Nummer zu groß für mich. Mein Plan war, alles bis auf den Lautsprecher herauszunehmen und einen TonUINO mit kleinem RFID-Leser und platzsparender eigener Platine einzubauen (Netzbetrieb). Letztendlich war mir die Box aber zu schade, um sie komplett zu entkernen und so habe ich nur die Reste der alten USB-Buchse aus- und eine neue eingelötet. Und dann gleich so einen Magnetadapter reingesteckt. Damit geht die Buchse nicht wieder kaputt und man reißt die Box nicht am Kabel runter, falls es mal drinsteckt. Würde ich jetzt am neuen TonUINO auch so machen.

So, die Sache wird ernst: bis Weihnachten sollen zwei Boxen entstehen.
Nach den üblichen Anfangsproblemen (RX/TX vertauscht, SD-Karte falsch bestückt) läuft der Grundaufbau. Also Nano, DFPlayer, RFID-Reader und Lautsprecher funktionieren über die Power Bank. Der Lautsprecher ist super-schwer und da ich nun eh noch einen zweiten brauche, überlege ich den nochmal zu tauschen.

Nun das Problem mit der Power Bank. Da gibt es ja sehr verschiedene und die Vergleichsliste hier im Forum ist ne tolle Sache. Nur leider wusste ich nicht so recht was ich eigentlich brauche bzw. welches Verhalten der Power Bank gut ist.
Klar, im laufenden Betrieb, also während des Abspielens, sollte die Power Bank nicht abschalten. Ich teste das noch, aber laut Liste sollte meine Realpower 10000 Mini HD das auch nicht tun. Durchladefähig sollte sie auch sein, muss getestet werden.

Aber wie schalte ich den TonUINO ein und aus bzw. was ist mit der Auto-Abschaltung?

  1. Auto-Abschaltung Power Bank
    Wenn ich es richtig verstehe, schalten die Power Banks ab, sobald kein Strom fließt (bzw. zu wenig Strom). Also sobald der Arduino nichts mehr spielt, macht die PowerBank (irgendwann) aus, oder? Und wieder einschalten geht dann wie? Oder sollte genau diese Abschaltung verhindert werden?

  2. Manuell abschalten
    Um den TonUINO manuell auszuschalten, würde ja ein Schalter zwischen Power Bank und Arduino ausreichen. Kann man ihn damit auch wieder aufwecken? das müsste mit dem Pololu gegen, oder? An den kann ich wahlweise einen separaten Power-Button hängen oder die normalen Tasten zum Aufwecken und abschalten (Code!) nutzen.

  3. Stromsparmodus
    Dann gibt es noch die softwareseitige Auto-Abschaltung, also dass der TonUINO nach x Minuten im Leerlauf abschaltet. Auch hierfür Pololu und Taster zum Aufwecken.

Die Pololu-Platine wurde ja ausgiebig diskutiert (Pololu als Power-Switch), aber mit all den Anmerkungen und Kommentaren in dem ellenlagen Thread bin ich immer noch unsicher.

Auch wenn das mit der fälschlich gekauften Slide-Switch-Platine irgendwie ginge (so richtig überzeugt mich das nicht), habe ich jetzt nochmal zwei Pushbutton-Versionen bestellt - brauch ja sowieso ne zusätzliche für die zweite Box. Sobald die da sind, kann ich das Ganze testen. Ich mach mich schonmal an die Planung der Verkabelung…

Also ich benutze bei 2 Boxen den Pololu um die Box mit der Play taste an und auszuschalten, zusätzlich hab ich den autoabschalttimer auf 5 Minuten gesetzt. funktioniert bei mir super, allerdings nutze ich dafür jeweils einen Akku von Eremit und den affenbox-fork, aber ich bin der Meinung das bei einem Testaufbau von mir das auch mit ner Powerbank funktioniert hat.

Das kommt drauf an was du verbaust.
Am einfachsten ist ein Schalter zwischen Powerbank und TonUINO. Damit kann man ein-und ausschalten.
Wenn die Powerbank abschaltet, wenn der Standby-Timer abgelaufen ist, kann man dann zusätzlich die automatische Abschaltung nutzen. Zum Aufwecken der Powerbank muss diese dann einmal von TonUINO getrennt werden. Man muss dann also am Schalter aus und wieder an machen.
Alternativ kann man dann auch einen Taster (Öffner) nehmen. Dann braucht man zum Einschalten nur diesen Drücken, um kurz die Verbindung zur Powerbank zu unterbrechen. Allerdings kann man dann nicht mehr einfach ausschalten, sondern muss den Timer abwarten.
Schaltet die Powerbank nicht von allein ab oder will man keinen zusätzlichen Schalter/Taster dann braucht man den Pololu. Der trennt dann die Verbindung zwischen Powerbank und TonUINO.
Aus dem Stromsparmodus, der zum Abschalten der Powerbank genutzt wird, kann man den TonUINO nur durch aus- und wieder anschalten wecken.

Welche Variante zum Abschalten man nimmt, hängt sehr davon ab, was man möchte.
Wenn man möchte, dass das Kind auch nach längerer Zeit noch genau an der Stelle weiterhören kann, wo es aufgehört hat, dann stört der Standby-Timer, weil der genaue Fortschritt beim Abschalten ja verloren geht. Andererseits ist es natürlich praktisch, wenn die Box abends nach dem Hörspiel abschaltet.

Ja, wie @Gute_Laune schon beschrieben hat, kommt es sehr darauf an was man will. Man kann den Pololuswitch Buttonvariante aber auch die Slideswitch Variante verwenden, muss diese aber total unterschiedlich anschließen. Wenn du eine Powerbank verwenden möchtest wäre die Version mit dem Slideswitch relativ einfach zu verwenden. VIN des Pololuswitch wird dann mit +5V der Powerbank verbunden und VOUT an den +5V anschluss des Tonuino. Im Gegensatz zum Pololuswitch Buttonversion wird bei der Slideversion der Taster zum Einschalten nicht an ON angeschlossen sondern an SW. Außerdem muss der Taster nach Ground schalten, im Gegensatz zum Pololu ButtonVariante. Hier kann man z.B. den Play/Pause Button auch zum Einschalten benutzen. Dieser muss aber über Dioden entkoppelt werden. Ich mach dir da noch eine Schaltungsskizze.
Der ON Anschluss dient hier jetzt als Selbsthaltung und muss mit dem PowerControlpin des Arduino verbunden werden. Das ist der Pin der vom StandbyTimer angesteuert wird und er muss so konfiguriert werden, dass er nach einschalten des Tonuino HIGH Pegel führt und zum Ausschalten vom Standbytimer nach LOW geschaltet wird. Wichtig ist hier nur, dass der PauseButton zum Einschalten etwas länger gedrückt werden muss bis der PowerControlpin auf HIGH Pegel geschaltet hat.

Hier noch die Schaltung. Nicht schön, aber verständlich. Wichtig! der Schiebeschalter auf dem Pololu muss bei dieser Schaltung immer ausgeschaltet bleiben, sonst funktioniert die Abschaltung nicht und der Pololu wäre ständig eingeschaltet.

Einen Hinweis noch zum Öffner. Man sollte das Alter des Nutzers bedenken und daraufhin überlegen, wo dieser Taster (Öffner) hinkommt. Wenn der Taster leicht zu erreichen und das Kind noch sehr jung ist, ist ein Betätigen des Tasters im Laufenden Betrieb sehr wahrscheinlich → Neustart des Tonuinos. Ein Kippschalter (o.ä.) ist deutlich schwieriger zu betätigen…

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Ganz herzlichen Dank euch dreien für die Hinweise. Ich bin seit dem letzten Post immer nur kurz zum Weiterarbeiten gekommen, daher antworte ich erst jetzt.

Inzwischen sind alle noch fehlenden Komponenten für den zweiten TonUINO angekommen (man, ist das Zeug teuer derzeit!). Die beiden werden nicht ganz baugleich, aber dazu ein andermal mehr.

Zum Problem mit dem Ein- und Ausschalten habe ich nun zwei Varianten.

Variante 1: mit beleuchtetem Kippschalter
Den Kippschalter einfach zwischen Power-Bank und TonUINO eingehängt. Wenn man anschaltet, gehen TonUINO und LED am Schalter an. Beim Ausschalten geht beides aus. Ausschalten per Timer ist auch möglich. Dann muss man aber hinterher zum Aufwecken erstmal aus- und dann wieder einschalten.
Ist jetzt nicht furchtbar schlimm, da man durch die LED immer sieht, ob der TonUINO an oder aus ist. Den Perfektionisten in mir juckt es aber etwas :wink:

Daher:
Variante 2: mit Taster
Dafür habe ich zwischen PowerBank und TonUINO den Pololu Pushbutton gehängt. An A und B ist ein (separater) Taster angeschlossen - derzeit noch ohne LED.
Mit dem Taster kann ich den TonUINO ein- und ausschalten. Ausschalten per Timer geht auch. Zum Aufwecken muss ich aber zweimal auf den Knopf drücken. Beim ersten Druck erwacht die Power Bank, beim zweiten geht der TonUINO an.
Noch fehlt mir der LED-Taster, daher hängt nur ein unbeleuchteter dran. Wird sicher auch mit Licht kein Hexenwerk sein.

Eine wirkliche Verbesserung zum Kippschalter sehe ich jetzt aber nicht. Das mit dem zweimal bzw. lange drücken müssen, ist aber normal, oder?

Und zum Thema Taster vs. Kippschalter und Kleinkindtauglichkeit: die Überlegung ist gut. Meine Tochter liebt Knöpfe (und Kabel und Stecker :+1:t2:). Sie kriegt aber nen Kippschalter schon manchmal umgelegt. Für die schwergängigen Knöpfe fehlt ihr dagegen der Hebel, das schafft sie noch nicht. Gut, dass ich diese für die Lautstärke-Regelung vorgesehen habe :sweat_smile:

Möh! Die bestellten „LED-Taster“ sind gerade gekommen. Nachdem ich viel Zeit damit verbracht habe, die bezahlbaren Angebote durchzugehen und jeweils zu ermitteln, ob es Taster oder Schalter sind und wie die Einbaumaße sind… habe ich mich doch vergriffen. Jetzt liegen hier fünf große Status-LEDs mit Edelstahlrahmen rum, an denen sich leider nix drücken lässt und die ich daher gar nicht gebrauchen kann :stuck_out_tongue_winking_eye:

So, gestern habe ich jede Menge Kabel vorkonfektioniert. Die endgültigen Längen kann ich erst ausmessen, wenn ich die Gehäuse wieder habe (sind momentan in der Holzwerkstatt). Und nach einer Nachtschicht mit Löten ist meine Platine fertig.

Ich baue ja zwei TonUINOs. Diese sind vom Gehäuse her fast baugleich - der einzige Unterschied ist, dass der fürs Nichtenkind bitte eine Kopfhörerbuchse haben soll. Ich hatte daher die Kopfhörerplatine bestellt. Und weil dafür eh schon Versandkosten anfallen, dachte ich, ich tu mir einen Gefallen und bestell mal die Classic-Platine gleich mit. Dann spare ich mir den Ärger mit den zu sortierenden Anschlüssen am RFID-Reader. Die beiden Platinen waren in Nullkommanichts da (Danke!), aber mit der Classic-Platine bin ich nicht so recht glücklich. Dass man die Kopfhörer-Platine nicht huckepack auf die andere draufsetzen kann, hatte ich vorher gelesen - ist aber schade! Ich tu mich eh schon schwer, alle Anschlüsse in meine Holzbox mit den dicken Wänden einzubauen. Hat halt nicht jeder einen 3D-Drucker! Ansonsten bin ich kein Freund von Dupont-Steckern. Die fertigen sind entweder wackelig, oder die Kabellänge passt nicht und meist sind die Kabel auch sehr starr. Daher verbinde ich „entfernte“ Komponenten gern mit Schraubbuchsen oder JST-Buchsen und -Steckern an. Nur passen diese leider nicht auf die Classic-Platine :frowning: (mein Fehler!). Also hab ich für TonUINO 1 eben doch Dupont-Kabel im Einsatz. Meine selbstgecrimpten Stecker sind aber blöd, da reißen mir die Kabel (sind sehr dünne Litzen und die Crimpzange ist auch nicht so toll). Muss ich also für den endgültigen Aufbau nochmal neue herstellen bzw. vermutlich eher fertige Kabel zerschnippeln.

TonUINO2 braucht keine Kopfhörerbuchse und wird im Übrigen an die Wand geschraubt (kann also nicht runter fallen). Der Aufbau ist da einfacher. Arduino und DFPlayer sollten auf eine eigene Platine. Für die Taster, Lautsprecher und Strom-Eingang wollte ich wie schon erwähnt JST-Buchsen verwenden. Platz spielt keine große Rolle, daher wird aus Bequemlichkeit eine Breadboard-Platine verwendet. Um die Taster-Buchsen unterzubringen, habe ich ein kleines Breakout-Board gebastelt. Und tada! So sieht jetzt meine Schaltung aus:

Ach ja, wie man sieht, bin ich beim Kippschalter geblieben und verzichte auf die zusätzliche Pololu-Platine :wink: