DIY Arduino / FEZ shield

Des öfteren wurde ich gefragt, wie man selbst ein Arduino Shield herstellen kann und was dazu benötigt wird. Für Roboter Projekte verwende ich diese selbstbebauten Shields sehr oft. Sie sind allerdings so universell, das man sie auch für andere Zwecke verwenden kann. Aufgrund des selben Pinouts taugt diese Lösung nicht nur für Arduino, sondern auch für die FEZ Reihe (Panda, Domino), Netduino und andere.

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Einleitung

Das Shield sollte ein Steckbrett aufnehmen können und für jeden IO über eigene Stromversorgungspins für Sensoren und Aktoren wie LEDs und Servos verfügen. Zudem sollten man zwischen verschiedenen Stromversorgungen wählen könenn. Intern 3.3V und 5V sowie Vin vom Arduino board, zudem noch eine externe Stromversorgung z.B. für Servos. Über Jumper solte wählbar sein welche Stromversorgung in welcher Reihe anliegt. Die bei anderen käuflichen Shields üblichen Steckbretter mit 17 Reihen zu 2×5 Reihen sind mir etwas zu mickrig. Zudem ist kaum Platz für die 3pin Steckverbinder. Deshalb kommt hier ein 23 reihiges Steckbrett mit 2×5 Spalten und mit jeweils einer extra VCC und GND Reihe zum Einsatz. Dafür wird das Shield insgesamt breiter und ragt über das Arduino Board hinaus. es kommen nämlich noch die 3reihigen Steckverbinder oben und unten dazu.

Stückliste:

1 Stück Lochraster ca 20 Reihen x 28 Spalten
1 40polige Stiftleiste 40polig
1 36polige Stiftleiste 36polig
oder 3 40polige Stiftleisten 40polig
1 2polige Schraubklemme 5,08mm Raster
1 Set Arduino Stackable Headers, 2x8polig, 2x6polig (SparkFun)
1 Arduino Offset Header 8polig (Sparkfun)
1 Stück Silberdraht ca 30cm
1 Stück isolierter roter Draht ca 10cm
1 Steckbrett ca 23 Spalten

Etwas schwer zu beschaffen sind die Arduino Steckverbinder, sie erleichtern aber den Zusammenbau erheblich. Man bekommt diese bei Sparkfun bzw. den üblichen SparkFun Distributoren. Man kann sich zwar die Arduino Header auch mit Buchsenleisten und Stiftleisten herstellen. Dummerweise ist die linke obere 8polige Buchsenleiste nicht im 2.54mm Raster sondern um 1,27mm versetzt. Hier hilft die Offset Leiste ungemein.
Im unteren Bild ist links unten der Offset Steckverbinder zu sehen rechts daneben der normale Arduino Steckverbinder.

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Aufbau

  • Die Lochraster Platine zuschneiden. 4 Reihen nach oben und unten freilassen für die 3pin Steckverbinder
  • Vor dem Festlöten der Steckverbinder unbedingt überprüfen, ob der Pinabstand korrekt ist, die Steckverbinder lose durch die Lochrater Platine stecken und auf das Arduino Bard stecken.
  • Die Steckverbinder festlöten. Am besten nur jewiels am Anfang und Ende. Erst wenn man die Drahtverbindungen macht, sollte man die restlichen Steckverbinder Pins anlöten
  • Am besten mit der GND Verbindung anfangen. Dann die VCC Verbindungen. zum Schluss die einzelnen Signalleitungen verlegen.
  • Bevor man Spannung an das Shield anschliest, mit dem Ohmeter die Verbindungen prüfen (Durchgang und Kurzschluss). Dann das Shield alleine versorgen und an den Jumpern die Spannung prüfen, dann die Jumper in allen Varianten durchprüfen und die Spannung an den Steckverbindern prüfen.

Der Fritzing Layout Plan sollte helfen die notwendigen Verbindungen zu finden. Die verwendeten Farben bedeuten:

  • schwarz GND
  • rot VCC oder 5V
  • orange 3.3V
  • gelb Vin oder Vextern
  • blau Signal

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Verbesserungsvorschläge

Auf den Fotos ist zu erkennen das bei den unteren 3poligen Steckverbindern GND in der Mitte liegt und nicht aussen, wie bei den oberen Steckverbindern. Das habe ich mir bei anderen Kaufboards abgeschaut. Das kann aber leicht zu Verwirrungen führen. Deshalb besser einheitliche Steckernormen verwenden. Im Schaltbild ist das schon so realisiert.
Die Stromversorgung der beiden oberen 3poligen Steckverbinder könnte man splitten und über einen zusätzlichen Jumper mit 2 unterschiedlichen Spannungen betreiben.
Derzeit ist die Schraubklemme mit Vin vom Arduino verbunden. Damit kann man zwar das Board über die Schraubklemme mitversorgen. Aber man darf nicht gleichzeitig das Arduino Board über die Powerbuchse und über die Schraubklemme versorgen.
Vin ist nicht verpolungssicher. Schliesst man die externe Stromversorgung falsch an, raucht das Board ab (und alles was darn hängt).

Das komplette Shield mit Steckbrett auf einem FEZ Panda II board.
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Hier noch ein Bild mit extern angeschlossenen Sensoren, Servos, serielles LCD. Auf dem Steckbrett ist ein Motor Treiber IC (L293D) zu sehen an dem 2 Getriebmotoren angeschlossen snd. Fertig ist der Testaufbau für einen kleinen Roboter.
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