Serielle Datenübertragung mit Arduino über Infrarot

 

Heute geht es um Infrarote Datenübertragung.

Eigentlich war sinn des Projektes einen Infrarotsender im Haus zu empfangen, aber dazu schreibe ich in einem anderen Beitrag mal was. Hier also eher eine einfache Übertragung  über die serielle Schnittstelle mit Hilfe von Infrarotlicht.

Boards

Sender

Aufgebaut habe ich einen Sender mit Hilfe eines Arduino Uno. Der macht nichts anderes als alle 2 Sekunden 480 Byte über die serielle Schnittstelle auszugeben. Das Coding dazu ist geradezu trivial:

void setup()
{
  // start serial port at 9600 bps:
  Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
  for(int i = 0; i < 40;i++){
    Serial.write("Hallo Test--");
    }
    delay(2000);
}

Die Elektronik dazu verstärkt das Signal und leitet es an die Infrarot LED CQY 99 weiter. Die LED benötigt bis zu ca. 150mA Strom. Bei 5V braucht man einen 24Ohm Vorwiderstand mit 540mW. Da ich nicht soviel Leistung brauche, habe ich 2x100Ohm parallel geschaltet und komme so auf 75mA und 280mW. Das ist zwar etwas mehr Leistung als die Widerstände vertragen, aber im Pulsbetrieb sollte das kein Problem sein. Mit Hilfe einer Digitalkamera kann man sehen wie die LED alle 2 Sekunden kurz aufleuchtet. Mit bloßem Auge kann man das Infrarotlicht nicht sehen.

IrLed

Besonderst hell sieht das nicht aus, aber eigentlich kann man es ja gar nicht sehen, also ist das schon ein Fortschritt.

Schaltplan

Schaltplan

Die Transistoren verstärken das Signal und da es sich um eine Emitterschaltung handelt wird es auch invertiert. Das soll beim senden vermieden werden, daher eine doppelte Emitterschaltung, ist aber beim Empfangen erwünscht, da das serielle Signal eine invertierte Signalform hat.

Empfänger

Der Empfänger ist ein Arduino Mega. Dort ist ein Fototransistor SFH 300 FA-3/4 der die Infrarotsignale empfängt. Diode und Transistor sind für 950nm Wellenlänge ausgelegt, passen also zusammen. Die Empfangsschaltung ist ein einfacher Transistorverstärker. Ich nehme da den BC337, ein universeller NPN Transistor. Da der Arduino Mega 4 serielle Schnittstellen hat, kann man ganz einfach die empfangenen Daten an den über USB gekoppelten Computer ausgeben.

byte inByte = 0;

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  Serial1.begin(9600);
}

void loop()
{
  if (Serial1.available() > 0) {
    // get incoming byte:
    inByte = Serial1.read();
    Serial.print(inByte);
  }
}

Und nach einigen Experimenten funktioniert die Übertragung bei 9600 bps über eine Strecke von 5-20 cm je nach störendem Lichteinfall. Viel ist das nicht, aber doch ganz nett zu sehen dass es zumindest eine kurze Distanz überbrücken kann.

Demnächst mehr Details zu den übertragenen Daten.

Lüftersteuerung mit ATtiny

Wie versprochen nun mein erstes ATtiny Projekt

Ziel

Wenn die Temperatur von dem Wechselrichter der Solaranlage eine bestimmte Temperatur überschreitet soll ein Lüfter hinzugeschaltet werden, der die Kühlrippen belüftet.

Funktionsweise

Das ganze ist ein ganz einfacher Temperaturgesteuerter Regelkreis. Eigentlich sogar ein einfacher Temperaturschalter. Warum das also mit einem Microcontoller steuern? Gute Frage. macht eigentlich keinen Sinn. Wenn man nur einen Hammer hat sieht halt alles aus wie ein Nagel. Egal – Das ist sozusagen das ‚Hello World‚ der Microcontroller Steuerung. Der Aufbau ist eigentlich ganz einfach. Ein Pin muss mit dem Temperatursensor verbunden werden, ein anderer gibt ein Steuersignal an ein Relais, das einen Lüfter steuert. Das Programm schaltet den Relais-Ausgang auf An wenn die Temperatur zu hoch ist. Der Aufbau sieht so aus:

2015-06-15 TemperatureBoard

Als Temperaturfühler verwende ich den DS18S20. Das ist eigentlich schon zu High-Tech für den Anwendungsfall, aber der war gerade greifbar. Den Ventilator schaltet dann ein Relais vom Typ SIL05-1A72-71L. Aufgebaut auf einer Lochrasterplatine sieht das dann so aus:
2015-06-15 Platine
Auf jeden Fall kompakter als ein Arduino Uno. Gegenüber dem Pro Mini der Vorteil dass alle Anschlüsse auf einem Board sind.

Coding

Bleibt noch das Programm. Das kompizierteste ist das Auslesen des Temperatursensors über den 1-Wire Bus. Das wird hier beschrieben. Eigentlich gibt es dafür auch eine fertige Bibliothek, aber benötigt zu viel Spiecher für den ATtiny 85.

#include <OneWire.h>

OneWire ds(0); // on pin 10 (a 4.7K resistor is necessary)
int relay = 1;
int threshold = 480; //30 Degrees =480
int temp;

void setup(void) {
  pinMode(relay, OUTPUT);
}

void loop(void) {
  byte i;
  byte present = 0;
  byte type_s;
  byte data[12];
  byte addr[8];

  if ( !ds.search(addr)) {
    ds.reset_search();
    delay(250);
    return;
  }

  ds.reset();
  ds.select(addr);
  ds.write(0x44, 1);

  delay(900);

  present = ds.reset();
  ds.select(addr);
  ds.write(0xBE);
  for ( i = 0; i < 9; i++) {
    // we need 9 bytes
    data[i] = ds.read();
  }
  temp=(data[1]*256)+data[0];
  if (temp>threshold) {
    digitalWrite(relay, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(relay, LOW);
  }
  delay(3000);
}

Ergebnis

Und was bring es? Vor 3 Tagen ohne Lüfter stieg die Temperatur auf bis zu 64 Grad. Über 60 Grad war sie fast 4 Stunden lang. Heute war es sehr sonnig und der maximale Ertrag lag bei über 4050W. Die Temperatur ist bis auf 61 Grad angestiegen, aber nur kurzzeitig für 15 Minuten. Vorher und nachher lag sie unter 60Grad. Das ist sicher nicht viel aber stimmt mich insgesamt positiv. Durch die Temperatursteuerung muss der Lüfter auch nur dann laufen wenn er wirklich gebraucht wird. Gerade bei einer sonnenabhängigen Erwärmung ist das stark von den Jahreszeiten abhängig. An einem sehr guten Tag im Januar wird der Lüfter höchstens 8 Stunden benötigt, bei trüben Wetter viel weniger. Im Sommer hingegen in der Regel 12 Stunden auch wenn es nicht ganz so sonnig ist.

 

ATtiny 85

Vor kurzen habe ich ein paar ATtiny 85 Microcontroller bestellt. Die kosten etwas mehr als 1 Euro pro Stück und sind im Prinzip die gleichen Microcontroller wie auf einem Arduino. Allerdings haben sie viel weniger Speicher (8 Statt 32 kB) und weniger Ein-/ Ausgänge (5 Statt 20) Hier eine gute Zusammenfassung

2015-06-14-Attiny

Wozu das ganze nun? Für kleine Projekte mag man vielleicht nicht immer gleich ein komplettes Arduino Board verwenden. Das ist ja doch ein bisschen größer selbst wenn es ein pro mini ist. Der größte Vorteil ist aber wohl, dass man den ATtiny 85 einfach in eine Schaltung integrieren kann, und durch den fehlenden Spannungswandler und Status LEDs kein unnötiger Strom verbraucht wird.

2015-06-14 Groessen

Wie Programmiert man das nun? Das kann man leicht im Internet nachschauen. Ich habe mich an die Anleitung von Highlowtech gehalten und einen Arduino Uno als Programmer benutzt. Nach einem kurzen Test auf dem Breadboard habe ich mir gedacht dass ich den Programmer sicher mal wieder brauche und nicht wieder die Anleitung im Internet suchen will um das auf dem Breadboard aufzubauen. Daher habe ich gleich ein kleines Arduino Shield gebastelt. Das ganze ist eigentlich nur Verkabelung von Arduino Pins auf ATtiny Pins. Siehe auch die Anleitung oben. Die LEDs blinken schön sind aber für die Funktion nicht notwendig.  Die Steckerleisten sind mit den Ein-/ Ausgängen des ATtiny verbunden. Damit kann man das Programm gleich testen. Ich bin nicht sicher wieweit die Verbindug mit dem Arduino Uno das einschränkt, aber bei mir ging das.

2015-06-14 Programmer

Mein erstes quasi ‚Hello World‘ Projekt zeige ich in einem der folgenden Beiträge.