Einige mögliche Anwendungsbeispiele hierzu:

• Datalogger. Beschleunigungswerte über einen Zeitraum erfassen und in einem I2C EEPROM ablegen, z.B. damitr eine Autofahrt aufzeichnen.
• Pan-Tilt Kamera Steuerung. Eine Kamera auf Servos montiert über den Nunchuk steuern.
• RC Modell Fernsteuerung. Zusammen mit einem RC-Sender könnte man RC-Autos, Roboter und Flugmodelle steuern

usw.

Was wird benötigt:

• WII Nunchuk 19€
• Ein Nunchuk Adapter 5$ oder DIY selber machen, oder einfach den Stecker abschneiden
• ATM-18-Modul oder Nachbau, es geht auch mit einem Arduino Board
• LCD Modul zur Anzeige, alternativ UART Verbindung

Optional, (aber sehr zu empfehlen):

• 3,3V Spannungsregler
• bidirektionaler Levelshifter 3,3V/5V für I2C Leitungen

Der Nunchuk wird mit 3,3V betrieben. Es funktioniert zwar anscheinend auch mit 5V, ist auf Dauer aber sicher nicht gut.
Zwar verträgt der im Nunchuk eingebaute Controller 5V, nicht aber der 3-Achsen-Beschleunigungssensor, der ist nur für max. 3,6V ausgelegt.

Zur Verdeutlichung einige Bilder von meinem Versuchsaufbau.

Der gesamte Probeaufbau mit ATM18-Modul, Wii-Nunchuk, Levelshifter und 3,3V Stromversorgung auf Steckbrett, STK500.

Das LCD-Modul mit Wii-Nunchuk Parametern.

• JOY zeigt den Joystick Wert an
• ACC zeigt die 3-Achsen Beschleunigswerte an
• BTN zeigt den Status der beiden Tasten C und Z an

Kabelsalat. Der I2C Levelshifter und die 3,3V Stromversorgung auf dem Steckbrett.

Wii-Nunchuk Adapter

Der Wii-Nunchuk Adapter führt Stromversorgungs und I2C Anschlüsse auf Stiftleiste heraus.

• Erfinder: http://todbot.com/blog
• Bezugsquelle: FunGizmos

DIY Wii-Nunchuk Adapter aus einem alten Floppy Adapter. Man kann sich auch aus dem Steckverbinder einer alten ISA Karte einen Nunchuk-Adapter basteln.

Schaltpläne:

3,3V Stromversorgung

Der WII-Nunchuk Levelshifter Schaltplan.
Setzt die 5V Signale vom ATM-18 Modul in 3,3V Pegel für den WII-Nunchuk um. Das ganze funktioniert bidirektional nach einer Application Note von Philips.
AN10441_1.pdf

Die komplette Fotoserie mit höher aufgelösten Fotos gibt es bei Flickr

Die Software für das ATM-18 Modul und weitere Informationen findet man im CC2 Forum.

Weblinks

• Elektor
• CC2 (ComputerClub 2)
• www.windmeadow.com
• http://todbot.com/blog
• FunGizmos
• Flickr
• CC2 Forum

Wer hatte noch nicht das Problem. Ein Klick an der falschen Stelle beim Setzen der Fusebits und schon hat man einen AVR Prozessor auf externen Takt gestellt, obwohl man eigentlich externen Quarz gemeint hatte. Damit hat man sich vom Prozessor ausgesperrt. Um so einen AVR wieder zu beleben benötigt man eine HV-Programmer, wie z.B. das STK500 oder den AVR Preserver.
Die Schaltung ist sehr einfach gehalten. Benötigt wird ein Quarz Oszillator (Frequenz ist fast egal, sollte zwischen 1..4 MHz liegen. Ich habe gleich einen 14poligen IC Sockel spendiert, so kann ich bei Bedarf auch den Quarz Oszillator tauschen. Der 10polige Wannenstecker hat die Standard Belegung der STK200/Kanda ISP Schnittstelle, und kann so einfach mit einer zusätzlichen 10poligen Buchse, sie auf das ISP Kabel gecrimpt wird, mit Spannung aus dem ISP Dongle mitversorgt werden.
Die Pinbelegung der Quarz Oszillatoren ist eigentlich immer dieselbe und entspricht vom Layout her einem IC. Im Bild oben wird ein quadratischer Quarz Oszillator verwendet, andere Bauformen sind oftmals rechteckig wie ein 14poliger IC. Pin1 ist immer mit einem Punkt gekennzeichnet (unten links). Die Zählweise der Pins ist wie bei ICs üblich von unten links (Pin1) bis unten rechts (Pin7) dann oben rechts (Pin8) bis oben links (Pin14).

Die Zahlen in Klammern gelten für den quadratischen Quarz Oszillator der im 14poligen IC Sockel steckt. Auf der Platine werden deshalb die Pins 4..7 untereinander verbunden und ebenso die Pins 8..12.

Schaltplan

Board Layout

Board 3-D Ansicht

Weblinks

Erste Versuche

Die ersten Versuche mit einem geclonten Arduino Diecimila Bootloader verliefen schon mal vielversprechend. Mit
Ein paar Änderungen in der Board Beschreibungsdatei hat man ein neues Board dazugefügt und dieses taucht nach dem Start der Arduino Oberfläche unter Tools | Boards aus.

##############################################################
atmega168.name=Arduino Asuro w/ ATmega168
atmega168.upload.protocol=stk500
atmega168.upload.maximum_size=14336
atmega168.upload.speed=9600
atmega168.bootloader.low_fuses=0xff
atmega168.bootloader.high_fuses=0xdd
atmega168.bootloader.extended_fuses=0x00
atmega168.bootloader.path=atmega168asuro
atmega168.bootloader.file=ATmegaBOOT_168_asuro.hex
atmega168.bootloader.unlock_bits=0x3F
atmega168.bootloader.lock_bits=0x0F
atmega168.build.mcu=atmega168
atmega168.build.f_cpu=8000000L
atmega168.build.core=arduino

Nach einstellen der Schnittstelle wird der Asuro auch gleich erkannt und das Beispiel Sketch kann übersetzt und geladen werden.
Allerdings zeigte sich dabei der Effekt das beim Flashen bzw. beim Einschalten oder Reset des Asuros der rechte Motor für ca. 10sek los läuft. Das ist natürlich unschön und liegt am Original Arduino Bootloader. Dort wird PB5 als Port für die Status LED verwendet. Beim Asuro ist dieser Port mit dem rechten Motor verbunden. Autsch!!

Bootloader anpassen

Da der Quellcode für den Bootloader als Open Source zur Verfügung steht, ist das Ändern der Status LED kein Problem. Allerdings blieb auch nach Änderung die recht lange Wartezeit von 10sek bis das Anwenderprogramm gestartet wird. Nach ein paar Internet Recherchen war auch für dieses Problem eine Lösung in Form des ADABOOT Bootloader gefunden. Dieser Bootloader bietet einige Vorteile gegenüber dem Arduino Bootloader. Damit bin ich erst mal glücklich.

Allerdings klappt die Übertragung bisher nur über RS232. Bei Bluetooth Anbindung gibt es keine Verbindung zwischen der Arduino IDE und dem Asuro.  Man kann zwar in der Bluetooth Umgebung die Verbindung manuell herstellen, dann klappt immerhin die Verbindung im Terminalmode. Versucht man aber ein Sketch zu laden, bricht die Verbindung wieder ab. Mit Hyper Terminal gibt es keine Probleme unter Bluetooth. Schade, aber man kann wohl nicht alles haben. Allerdings besteht noch Hoffnung. Auf der Chip45 Homepage, gibt es den Ur-Bootloader für die Arduino Boards. Dort gibt es auch ein kleines Tool zum Flashen von Programmen über den Bootloader. Dies ließe sich vielleicht anpassen, damit das Flashen auch unter Bluetooth funktioniert. Ein nettes Feature der Arduino Bootloader ist der automatische Reset des Boards, wenn ein neues Programm geflasht werden soll. Dazu muss lediglich ein 100nF Kondensator zwischen Reset Leitung und DTR Steuerleitung gelötet werden. Allerdings Führt das auch dazu, dass der Asuro einen Reset ausführt, wenn man die Arduino IDE, bzw. das Terminalprogramm startet.

Theoretisch ließe sich der Bootloader auch soweit anpassen, das er auch über die Standard Infrarot Schnittstelle des ASUROs funktioniert. Dazu müsste lediglich noch der 36kHz Timer für die Ansteuerung der IR-LED implementiert werden. Praktisch funktioniert das leider nicht. Die IR Übertragung ist leider zu fehlerträchtig.

Den Asuro Bootloader kann man sich bei Sourceforge herunterladen

Asurino – Eine Arduino Bibliothek für den Asuro

Aus dem bestehenden Sketch von Jakob Remin habe ich angefangen eine Arduino Bibliothek zu schreiben.
Der Name Asurino ist ein Kunstwort zusammengefügt aus den beiden Worten Asuro und Arduino. Bibliotheken für Arduino werden in C++ geschrieben. Das hört sich erst mal nach viel Arbeit an, ist aber nicht sonderlich schwer. Es gibt eine sehr gute Anleitung zum Schreiben von Bibliotheken. Man braucht auch nicht bei Null anfangen, da man natürlich die vorhandenen Arduino Funktionen alle verwenden kann. Außerdem kann man sich an bereits existierenden Bibliotheken orientieren.

Bisher ist die Bibliothek noch recht rudimentär und sicher auch nicht fehlerfrei. Wer möchte kann sich die derzeitige Arbeitsversion bei Sourceforge herunterladen.

Asuro Beispiel Sketche

Ein Beispiel Sketch für den Asuro sieht z.B. so aus. Durch das
#include "Asuro.h"
wird die Bibliothek eingebunden. Die Zeile
Asuro asuro = Asuro();
ist der Aufruf für den Konstruktor der Asuro Klasse. Die Setup Routine wird einmalig beim Start des Sketches ausgeführt und initialisiert lediglich die serielle Schnittstelle. Die Asuro spezifische Initialisierung passiert bereits im Konstruktor. Die loop Funktion wird dann zyklisch vom Hauptprogramm aufgerufen und durchlaufen. Das eigentliche Programm fragt die Tastsensoren ab. Falls eine Taste gedrückt wurde, wird der Tastenwert binär zum Terminalprogramm gesendet und die Status LED für eine Sekunde auf Rot gesetzt, dann wieder zurück auf Grün.

#include "Asuro.h"
Asuro asuro = Asuro();
void setup()
{
  Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
  int Switches;
  /* front switch check */
  Switches = asuro.readSwitches();
  if (Switches)      /* Key pressed?
  {
    Serial.println("switches pressed");
    Serial.println(Switches, BIN);    /* send key value in binary */
    asuro.setStatusLED(RED);        /* status led red */
    delay(1000);                         /* wait 1sec */
  }
  asuro.setStatusLED(GREEN);      /* status led green */
}

Einen aktualisierten Artikel zu diesem Thema findet man im AsuroWiki.

Weblinks

• Arduino
• Arduino Playground
• Arduino and the Asuro Robot
• Asurino, an Arduino Library for the Asuro robot
• Sourceforge – Asurino, AsuroBoot Download
• Asurino Artikel im AsuroWiki

Geschafft! Nach langer Zeit hatte ich mal wieder etwas Zeit, mich um meinen kleinen Freund den ASURO zu kümmern. Rechtzeitig zu Weihnachten erhält dieser mal wieder eine Erweiterung. Diese besteht zurzeit aus einem RS232 bzw. Bluetooth Modul und einer ISP Schnittstelle. Der Clou bei der Sache ist, die Erweiterung wird nicht, wie das LCD-Modul oder die SnakeVision Erweiterung, von oben, sondern von unten aufgesteckt. D.h. man kann oben zusätzlich z.B. das LCD-Modul stecken. Zudem ist auf der Platine noch jede Menge Platz für weitere Features.

Durchführung

Durch die Erfahrungen, die ich mit dem ASURO Eval Board gemacht habe, war die Umsetzung nicht sehr schwierig. Dort war ja auch schon das RS232 Modul und das Bluetooth Modul sowie die ISP Schnittstelle vorhanden. Nur ist das ganze jetzt wesentlich kompakter, robuster und nicht so verbaut wie beim Eval Board.

Der ASURO muß allerdings etwas modifiziert werden, damit das ganze auch funktioniert. Wer es nachbauen möchte, sollte schon wissen, was er tut. Die Umbauten sind allerdings nicht so gravierend, dass man das Ganze nicht wieder zurückbauen könnte. Auch ist der einwandfreie Betrieb ohne die Erweiterungsplatine möglich. Es müssen lediglich 3 Jumper am Asuro gesetzt werden.

UART Schnittstelle

Die UART Schnittstelle am ASURO ist normalerweise über eine Infrarot Schnittstelle realisiert. Leider ist die Reichweite dieser Lösung nicht besonders (max. 50cm). Zudem wird auf PC Seite ebenfalls ein Infrarot Transceiver benötigt. Um die UART Schnittstelle zur Erweiterungs Platine zu führen, müssen die beiden Signale RX und TX vom Prozessor zur IR Schnittstelle durchtrennt werden. Zusätzlich werden die durchtrennten Signale von der IR Schnittstelle ebenfalls zur Erweiterungsplatine geführt. Zweckmäßigerweise werden alle Signal auf einen doppelreihigen Steckerleiste geführt. Die untere Reihe wird an die Prozessor Pins gelötet. an die obere Reihe kommen die Signale von der IR Schnittstelle. Da gleich neben den UART ins der RESET Pin hängt, wird dieser ebenfalls auf die insgesamt 2×3 poligen Steckerleiste geführt (gehört aber eigentlich zur ISP Schnittstelle). Da der RESET Pin direkt an der Versorgungsspannung hängt, wird diese Verbindung ebenfalls durchtrennt und die Versorgungsspannung an die obere Reihe geführt. So ist gewährleistet, das durch Stecken von 3 Jumpern auf die Steckerleiste, die original Funktion des ASUROs wiederhergestellt ist.

ISP Schnittstelle

Die ISP Schnittstelle ist beim Original ASURO Prozessor abgeschaltet und kann nur durch einen Chip Erase wieder eingeschaltet werden. Leider ist durch den Chip Erase aber auch der Bootloader weg. Deshalb sollte man Experimente mit der ISP Schnittstelle nur mit einem anderen Prozessor durchgeführt werden und der Original Prozessor gut aufgehoben werden. Zur ISP Schnittstelle gehört neben RESET, VErsorgungsspannung und Masse die 3 Prozessor Signale MISO, MOSI und SCK. Diese 3 Signale liegen beim Mega8 glücklicherweise direkt nebeneinander auf Pin 17,18 u. 19. So reicht eine 3polige abgewinkelte Steckerleiste aus, die an die entsprechenden Prozessor Pins gelötet werden. Leiterbahnen müssen keine aufgetrennt werden.

Verdrahtung

Auf dem ASURO müssen ingesamt 4 Leitungen nachverdrahtet werden. Dies sind:

Dazu kommt eine 6-polige Leitung zur UART Schnittstelle und die 3polige Leitung zur ISP Schnittstelle. Versorgungsspannung und Masse kommen von den Erweiterungs Steckverbindern, die ebenfalls zur Erweiterungsplatine führen.

Schaltplan

Für eine vergrößerte Darstellung auf das Bild klicken.

UART-Modul

Das RS232 Modul besteht aus einem normalen RS232 Pegelwandler Chip, hier ist das der MAX202. Die Steckerbelegung des 6poligen Steckbverbinders ist diesselbe wie beim Bluetooth Modul.

Der ASURO mit dem RS232 Modul. Mit den beiden grünen Jumper rechts neben dem RS232 Modul kann man zwischen RS232 und IR Schnittstellen Betrieb umschalten.

Schaltplan

Für eine vergrößerte Darstellung auf das Bild klicken.

Bluetooth Modul

Als Bluetooth Modul kommt das BlueSmiRF von Sparkfun zum Einsatz. Dies ist noch die Version 1.0. Neuere Module verwenden einen Bluegiga Transceiver.

Der Asuro mit dem Bluetooth Modul.

ISP Schnittstelle

Die ISP Schnittstelle benötigt keine weiteren Bauteile, lediglich der RESET Pin bekommt den üblichen 10kOhm Pullup Widerstand. Als ISP Steckverbinder wurde ein 10poliger Pfostensteckverbinder mit KANDA/STK200 Steckerbelegung verwendet. Rechts daneben befindet sich noch ein Kurzhubtaster als RESET Knopf.

Aussichten

Es fehlen derzeit noch die Liniensensoren. Diese werden dann, wie die Infrarot Schnittstelle, über Jumper steckbar sein. Geplant ist weiterhin eine I2C Porterweiterung mit ein paar IS471 als IR Kollisionsdetektoren. Auch ein I2C A/D Wandler wäre eine sinnvolle Erweiterung. Eventuell wäre auch ein Co-Prozessor (als I2C Slave) besser als die I2C Chips mal sehen.

Ansonsten wünsche ich meinen Lesern ein frohes Weihnachtsfest.

Einen aktualisierten Artikel zu diesem Thema findet man im AsuroWiki.

Einleitung

Der Name Arduino ist italienisch und bezieht sich nach offizieller Meinung auf Arduino von Ivrea (955-1015), der Markgraf von Ivrea und später König von Italien war. Nach inoffizieller Meinung ist der Name eher trivialer Natur, es ist einfach der Name einer hiesigen Studentenkneipe . Einiger der Arduino Entwickler arbeiten am Interaction Design Institute von Ivrea darunter Massimo Banzi und David Cuartielles.

Hardware

Die Arduino Hardware benutzt den Atmel AVR ATmega8/168 als Prozessor Plattform. Zur Kommunikation mit einem PC mit dem Arduino Board steht die serielle Schnittstelle des Atmel Prozessors zur Verfügung. Neuere Boards verfügen zudem über einen USB-Seriell Wandler, Bluetooth oder ZigBee Adapter.

Das Arduino Board kann man:

• fertig montiertes Board kaufen,
• gefertigte Platine, ohne Bauteile
• das Board komplett selbst aufbauen.

Folgende Fertigboards gibt es:

• Arduino Serial, der Ur-Vater mit RS232 Anbindung
• Arduino NG, (Nuova Generazione) mit USB Anbindung
• Arduino Diecimila, die neuste Generation mit USB Anbindung
• Arduino BT mit Bluetooth Anbindung
• Arduino Mini, 24poliger DIL Sockel ähnlich der BasicStamp

Zudem gibt es noch einige Arduino Clones:

• Freeduino Board, ein Arduino Clone
• Boarduino, ein Arduino für Steckbretter

Arduino Diecimila

Das Arduino Diecimila ist das neueste Arduino Board auf dem Markt. Der Name Diecimila ist italienisch und bedeuted übersetzt 10000. Das soll auf die Zahl von über 10000 bisher verkauften Arduino Boards hindeuten. Die wichigtste Neuerung des Diecimila Boards ist die Fähigkeit das laufende Programm über die Arduino IDE jederzeit abzubrechen und ein anderes Programm zu laden. Bei den anderen Boards mußte dazu immmer noch der Reset Schalter auf dem Board gedrückt werden. Für ältere Boards ist allerdings ein Hardware Patch verfügbar, der dieses Feature nachbildet.

Arduino-BT

Das Arduino Board mit Bluetooth Modem bluegiga WT11. Der Atmega168 Porzessor ist hier aus Platzgründen ein SMD Typ. Ansonsten ist das Arduino-BT bis auf den Stromversorgungsstecker Pin kompatibel zu anderen Arduino Boards. Bei diesem Board ist darauf zu achten, dass die externe Stromversorgung höchstens 5,5V betragen darf.

Software

Der Microcontroller auf dem Board wird mit Hilfe der Arduino Programmiersprache programmiert. Diese basiert auf Processing mit der Syntax von C, bzw. C++. Als Entwicklungsumgebung steht die auf Wiring basierende Arduino IDE zur Verfügung. Ein Arduino Projekt kann als Stand-Alone Lösung arbeiten oder auch PC gesteuert. Dazu gibt es fertige Bibliotheken zur Anbindung des Arduino Boards an Flash, Processing, MaxMSP…

Die Arduino API

Die Arduino API besteht aus einer Reihe von High-Level Funktionen, die den Zugriff auf die AVR Hardware vereinfachen.Über zusätzlichen Bibliotheken läßt sich die Funktionalität erweitern (z.B. I2C, Schrittmotoransteuerung etc.). Es gibt eine Fülle von Tutorials und Beispielprogramme für die Arduino Plattform. Im Arduino Playground kann jeder angemeldete User seine eigenen Projekte vorstellen.

Die Arduino IDE

Mit der Arduino IDE kann man neue Sketche erstellen oder Beispiel Sketche laden. Auf Knopfdruck wird das Sketch kompiliert und falls fehlerfrei direkt auf das Arduino Board geladen. Über das eingebaute Terminalprogramm kann man sich die Ausgaben des Arduino Boards ansehen. Hinter der schicken Oberfläche steckt die AVR-GCC Compiler Suite. Natürlich ist es auch möglich in die Sketche direkten AVR Code einzubinden.

Arduino Programmierung

Ein Arduino Programm im folgenden auch sketch genannt besteht im Grund aus den beiden Funktionen setup() und loop(). Beide Funktionen werden zur Laufzeit vom Arduino Core Programm aufgerufen. Die Funktion setup() wird einmalig beim Programmstart aufgerufen. Sie enthält den Code für die Initialisierung der Hardware. Die loop() Funktion wird anschließend zyklisch vom Arduino Core aufgerufen.

Hello World für Arduino

Das folgende sketch läßt eine LED am Digitalausgang 13 im Sekundentakt blinken.


int ledPin = 13;
void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
digitalWrite(ledPin, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(ledPin, LOW);
delay(1000);
}

Arduino für Robotik

Arduino eignet sich durchaus für kleinere Roboter-Projekte. Beispiele hierfür sind der Wiimote controlled firefighting robot und die Portierung für den Asuro. Auch zur Prototypen Entwicklung ist es aufgrund der einfachen Programmierung sehr gut geeignet. Ich arbeite zur Zeit auch an einem Arduino Roboter, über den ich dann natürlich auch hier berichten werde.

Weblinks

Englisch

• Arduino Homepage
• Arduino Forum
• Arduino Playground
• http://www.freeduino.org/ – Arduino Index und FreeduinoBoard
• todbot blog >> Arduino
• todbot blog >> Spooky Arduino, Tutorials
• ITP – Physical computing
• tigue.net – Arduino/Wiring, Beispiele
• Jeff Gray Blog, Arduino Beispiele
• Arduino Sourcecode, SVN Repository
• Wiimote controlled firefighting robot
• http://wiring.org.co/
• http://www.processing.org/

Deutsch

• incom.org - Arduino Bauanleitung

Bezugsquellen

• Segor Elektronik
• Watterott