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Layout + Bestückungsplan für geätzte Platinen
Der "Memorizer"
Das Intelligent Interface von fischertechnik verfügt über einen sog. "Download-Modus", in dem es möglich ist, Programme in das Interface zu übertragen und ohne PC ausführen zu lassen. So kann man mobile Roboter ohne störende Verbindungsleitung zum PC durchs Zimmer flitzen lassen. Aber leider gibt es eine Einschränkung: Wird die Spannungsversorgung vom Interface getrennt, ist das Programm weg, da das Programm im ungepufferten RAM des Interface gespeichert wird.
Ich habe einen "Industry-Robot" in meinem Zimmer, der immer wieder ein Blickfang für Besucher ist. Nur: Jedesmal den PC anwerfen, um ein kleines Programm auszuführen? Da ich bei solchen Problemen immer ein Jucken in die Finger bekomme, habe ich mir überlegt, wie man dieses Dilemma lösen könnte.
Eine Möglichkeit wäre gewesen, in das Interface einzugreifen und den RAM mit einer kleinen Hilfsbatterie über Spannungsausfälle zu helfen. Dies erfordert allerdings massive Eingriffe (löten von SMD) und ich habe von Anfang an das Ziel verfolgt, daß die Lösung auch für andere fischertechnik-Fans nachbaubar sein soll.
Deshalb blieb nur eines übrig: Es kann nur etwas sein, das von außen, ohne öffnen des Gehäuses, angesteckt wird. Nach vielem Grübeln und Versuchen kam eine Idee heraus: Warum nicht, wie ein Kassettenrekorder, die Datenübertragung zwischen PC und Interface abhören, um sie später einfach wiederzugeben. Nach vielen Stunden (und auch vielen Rückschlägen) ist er nun fertig:
Der Memorizer
Wenn das Programm LLWIN, das für den Downloadmodus notwendig ist, die Daten zum Interface schickt, läuft eine komplizierte Kommunikation zwischen beiden Geräten ab. Diese Kommunikation wird vom Memorizer abgehört und in einem EEPROM gespeichert. (Ein EEPROM ist ein Speicher, der seinen Inhalt auch ohne Spannungsversorgung nicht verliert und dennoch jederzeit gelöscht werden kann). Im Wiedergabe-Modus werden diese Daten einfach wieder aus dem EEPROM gelesen und an das Interface gesendet.
Realisiert wird dies mit einem Mikrocontroller, dies ist ein Computer, der alles in einem IC vereint: Prozessor, Speicher, Steuerleitungen, Schnittstellen etc. In diesem Mikrocontroller wurden zwei vollwertige serielle Schnittstellen realisiert, so daß er zwischen Interface und PC als Verbindungsglied funktioniert.
... ist sehr einfach. Beim Einschalten (Dies sollte zusammen mit dem Interface geschehen) prüft der Memorizer zunächst, ob ein Programm im EEPROM vorliegt. Ist dies der Fall, beginnt er sofort mit der Datenübertragung. Ist das EEPROM leer, dann erwartet der Memorizer ein neues Programm. Hierzu wird zusätzlich das Datenkabel des PC angesteckt, und wie üblich, das Programm per Download-Modus ins Interface geladen. Der einzige Bediener-Eingriff ist notwendig, wenn das auf dem Memorizer gespeicherte Programm wieder gelöscht werden soll: Hierzu muß für mindestens 2 Sekunden ein Taster gedrückt werden (direkt nach dem Einschalten). Danach ist der Speicher gelöscht und bereit für die Aufnahme eines neuen Programms.
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Die Platine des Interface, Bestückungsseite. Man erkennt die 3 verwendeten Schaltkreise, links das EEPROM, in der Mitte der Mikrocontroller, und rechts der Spannungswandler für die beiden RS-232 Schnittstellen. |
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Die Platine in der Übersicht mit den angelöteten Kabeln |
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Die Lötseite der Platine. Aus Platz- und Designgründen sind einige Bauteile auf dieser Seite verlötet. Die Platine ist einseitig geätzt, es ist aber ohne Probleme möglich, die Schaltung auch auf einer Lochraster-Platine nachzubauen |
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Der Memorizer in einem 9V-Batterie-Gehäuse. Der Stecker ist mit je 2 30x15 und 15x15 Bauplatten verkleidet und mit Heißkleber ausgegossen. |
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Der Memorizer an einem Industry-Robot. Natürlich tut er auch seinen Dienst an einem Mobile-Robot, und durch die kleine Baugröße bekommt man ihn auch ohne Probleme überall unter. Die Stromaufnahme beträgt im Ruhezustand ca. 40mA, ich möchte diesen aber noch etwas reduzieren. |
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Hier sieht man die "Bedienelemente". Die 3 LEDs dienen zur Status- und Modus-Anzeige, der Taster ganz rechts ist zum Löschen des EEPROMs. |
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Ein Detail-Foto des Doppelsteckers. Oben drauf nur noch die Verbindungsleitung zum PC - fertig. Nach erfolgreicher Programmierung wird der PC natürlich nicht mehr benötigt. |
Nach diesen vielen guten Nachrichten auch eine schlechte:
Da meine Freizeit leider sehr begrenzt ist und ich mich eher der Entwicklung von neuen "Spielzeugen" widme (ich habe da noch einiges in der Schublade), möchte ich den Memorizer nicht als Fertigprodukt anbieten, sondern biete eine Nachbauanleitung an.
Vielleicht finden sich ja Nachbauer, die den nicht so versierten Interessenten beim Zusammenbau helfen könnten.
Den Mikrocontroller allerdings werde ich interessierten Nachbauern fertig programmiert zusenden, da nicht jeder die Möglichkeit hat, diesen selbst zu programmieren und ich die Software nur sehr ungern zum Download freigeben möchte. Auch ist das EEPROM nur schwer zu bekommen, es würde mir helfen, wenn ich Feedback bezüglich der Nachbauwünsche bekomme, evtl. kann ich dann größere Mengen beschaffen.
Der Preis für den fertig programmierten Mikrocontroller wird bei ca. 7 Euro liegen. Die restlichen Komponenten sind für ca. 8-9 Euro beschaffbar, so daß die Elektronik ca. 15-16 Euro kostet.
Bauanleitung
Ich habe den Memorizer mehrere Male hergestellt, die hier veröffentlichte Bauanleitung habe ich nach bestem Wissen zusammengestellt. Für eventuelle Fehler und daraus entstehende Schäden übernehme ich keine Haftung, der Nachbau erfolgt auf eigene Gefahr.
| IC1 | AT90S2313 | Mikrocontroller (programmiert) | |
| IC2 | µA78L05 | Festspannungsregler +5V | |
| IC3 | 24C256 | serielles EEPROM | |
| IC4 | MAX232 | RS-232 Schnittstellenwandler | |
| C1,C2,C3 | 100nF | Kondensator | |
| C4 | 10µF / 16V | Elektrolyt-Kondensator | Bauform "Miniatur" |
| C5,C6,C7,C8 | 1µF / 16V | Elektrolyt-Kondensator | Bauform "Miniatur" |
| C9,C10 | 27pF | Keramik-Kondensator | |
| R1 | 10K 1/4W | Widerstand | |
| R2,R3,R4 | 270R 1/4W | Widerstand | |
| D1,D2,D3 | LED grün 3mm | Leuchtdiode | |
| D4 | 1N4004 (1N4148) | Diode | |
| S1 | Taster | Löschtaste | |
| Q1 | 7.3728 Mhz | Miniatur-Quarz | |
(Klicken zum Vergrößern)
Nachbau mit Lochrasterplatine (frei verdrahtet)
Die Schaltung ist relativ unkompliziert und kann durchaus auch auf einer Lochrasterplatine aufgebaut werden:
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Schritt1: Eine Lochrasterplatine auf Maß schneiden. Ich mache dies mit einem kleinen Seitenschneider, anschließend werden die Kanten mit einer Feile geglättet. Die benötigte Platine sollte 10 Löcher breit und 22 Löcher lang sein. |
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Schritt2: Zuerst werden die IC-Fassungen eingelötet. Es werden 3 Stück benötigt: Je einmal 20, 16 und 8 polig. Auf den Bildern ist die Anordnung der Fassungen zu sehen. Bitte beachten: Die 20- und die 16-polige sollten mit der Kerbe nach oben zeigend eingelötet werden, die 8-polige mit der Kerbe nach unten. Zusätzlich werden bei der 8-poligen Fassung die Pins 1,2,3 und 4 gleich miteinander verbunden - einfach etwas mehr Lötzinn benutzen, bis die Lötpunkte miteinander verbunden sind.
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Schritt3: Nun können bereits die ersten Bauteile eingelötet werden. In der Übersicht: 1=Diode, 2=Taster, 3=Quarz, 4=LED, 5=Widerstand, 6= Spannungsregler, 7 = Keramik-Kondensator (KerKo), 8 = Elektrolyt-Kondensator (ElKo), 9 = Keramik-Vielschicht Kondensator.
Zuerst die Diode (D1, Einbaurichtung beachten!), die beiden Kondensatoren 27pF (C9,C10) und C1 (100nF), wie im Bild gezeigt, einlöten. Hierzu werden die Anschlußdrähte durch die Löcher der Lochraster-Platine gesteckt, verlötet und bündig abgeschnitten. |
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Schritt4: Nun die ElKos C4 (10µF) und C5...C8 (1µF) einlöten. Bei ElKos muß auf die Polarität geachtet werden. Meistens ist der Minus-Pol mit einem schwarzen Strich auf dem Gehäuse gekennzeichnet. C4 (hier blau) mit dem Minus-Pol nach links, die anderen ElKos mit dem Minus-Pol nach unten einlöten.
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Schritt5: Einlöten des Spannungsreglers (IC2, µA78L05). Die Position der Lötpunkte ist auf den Bildern rot markiert. |
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Schritt6: Nun fehlen noch die Widerstände. R1 (10K) ist der einzeln stehende Widerstand, die drei übrigen Widerstände werden nebeneinander eingelötet (rote Markierungen auf den Bildern)
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| Keine Anleitung ohne Fehlerteufel... Ich habe erst sehr spät bemerkt, daß einer der Kondensatoren 100nF noch fehlt. Der Kondesator wird an den rot markierten Stellen platziert. Die ganze Fotoserie nochmal wiederholen - dazu fehlte mir der Nerv ;-) | 
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Schritt7: Die Verbindungsleitungen für die Versorgungsspannung werden gezogen. Oben die Leitungen für die Masse (die unten links bleibt offen, da kommt später der Taster hin). Rot gepunktet sind die zu legenden Leitungen, gelb markiert sind die Lötpunkte, die verbunden werden müssen. |
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Schritt8: Die jeweils rot markierten Verbindungsleitungen herstellen. Im unteren Bild rechts oben kreuzen sich 2 Verbindungen (türkis markiert).
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Schritt9: Taster und LEDs werden eingelötet. Die Anschlußbeine der LEDs vorher abschneiden, als Maß dient das 9V-Gehäuse. In den Kunststoff der LEDs ragen die Enden der Anschlußbeine hinein, eines davon ist dicker als das andere. Das dickere entsprich dem Minus-Pol und muß in Richtung der Widerstände zeigen. Der Plus-Pol der LEDs wird mit der 5V Spannungsversorgung verbunden.
Der Taster wird an den markierten Punkten befestigt. Er dient gleichzeitig als Brücke für die Masse, sie wird von oben nach unten durchgeschleift. |
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Schritt10: Den Taster mit dem Controller verbinden. |
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Schritt11: Der Quarz wird eingelötet. Vorher nach Muster die Anschlußbeine abschneiden, sonst paßt die Platine hinterher nicht ins Gehäuse. Im unteren Bild sind die Verbindungspunkte für den Quarz markiert. |
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Schritt1: Wir benötigen einen männlichen und einen weiblichen 9-poligen SUB-D Steckverbinder.
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Schritt2: Die Anschlüsse 2 + 3 bei beiden Steckern mit einem kleinen Seitenschneider abschneiden. Diese Anschlüsse dürfen sich später nicht mehr berühren. Vor dem Abschneiden die Nummern der Anschlüsse überprüfen - sie sind bei den beiden Steckern spiegelbildlich angeordnet. Außerdem müssen in diesem Fall bei einem der Steckverbinder alle Anschlüsse etwas gekürzt werden. Zur Kontrolle eine Bauplatte 30 x 15 verwenden. Wenn alles paßt, werden die Anschlüsse 1, 4, 5, 6, 7, 8 und 9 einfach miteinander verbunden. An die Anschlüsse 2 und 3 wird das Verbindungskabel angebracht.
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Schritt3: Das Anschlußkabel besteht aus einem Flachbandkabel. Ich nehme, wenn möglich, eines das eine Markierung (rot) auf einem der Leiter hat. So ist die Verwechslungsgefahr nicht so groß. Es kann auch jedes andere Kabel verwendet werden (z.B. Rundkabel). In dieser Bilderserie wird die Herstellung und Verbindung des Anschlußkabels gezeigt. |
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Schritt4: Die andere Seite des Kabels wird am Memorizer angeschlossen. Die Einzelnen Adern exakt so anschließen, wie auf den Bildern gezeigt, sonst funktioniert der Memorizer nicht !
Zum Schluß wird die Masse angeschlossen. Wir finden sie unter dem Quarz an der Verbindung der beiden Keramik-Kondensatoren (27pF).
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Schritt5: Nun fehlt noch die Spannungsversorgung. Sie wird an das freie Ende der Diode angelötet - ein ft-Stecker dran und wir sind fertig.
Zum Schluß sollte der Memorizer in etwa so aussehen, wie auf dem Bild ganz unten. Die Anschlußbeine der LEDs lasse ich dran, das ergibt eine bessere Stabilität.
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Bei der Lochraster-Version entfällt einer der 100 nF - Kondensatoren aus Platzgründen.
Vor dem Einbau der ICs sollten einige Prüfschritte durchgeführt werden.
Zunächst wird der Stecker des Memorizers in die Buchse eingesteckt, dann der ft-Stecker in die "+" Buchse an der Steckleiste. Nun das Interface mit Spannung versorgen. In diesem Stadium kann noch nicht viel passieren - das Interface wird lediglich als Spannungsversorgung genutzt. Mit einem Multimeter sollte nun zwischen Pin 10 und 20 der Controller-Fassung 5 Volt gemessen werden können (20 = +, 10 = -). Ist dies der Fall, setzen wir den Controller in die Fassung ein (währenddessen die Spannungsversorgung unterbrechen). Nach dem Einschalten sollte nun LED 1 einschalten, nach ca. 2 Sekunden verlöschen und dann LED 2 + 3 leuchten. Ist dies der Fall, so ist der Controller betriebsbereit. Nun den RS-232 Schnittstellenbaustein einsetzen (natürlich wieder die Spannungsversorgung unterbrechen). Mit einem Multimeter zwischen Pin 15 (-) und Pin 2 messen - hier sollten +10 V anliegen. Zwischen Pin 15 (-) und Pin 6 sollten es - 10 V sein. Ist dies der Fall, ist auch die Schnittstelle in Ordnung und man kann nun den letzten Baustein, das EEPROM 24C256 bestücken. Hierbei ist darauf zu achten, daß dieses IC eine andere Ausrichtung hat.
Wer die Möglichkeit hat, eine Platine zu ätzen (oder ätzen zu lassen) kann die Schaltung am einfachsten nachbauen. Hier das Layout als PDF (Seitenverkehrt)
Bestückungsplan und Schaltplan für den Stecker
| Das Gehäuse für die Elektronik besteht
aus einem 9V-Batteriegehäuse. Die vorhandene Kabeldurchführung reicht
für die Durchführung des Steckerkabels aus (ein wenig einrollen).
Die Bohrungen für die LEDs (3 mm) und den Lösch-Taster (4 mm) anhand der Platine ausmessen und in den Deckel bohren. |
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| Das Steckergehäuse besteht aus 4 Teilen:
2 x Bauplatte 15x15 2 x Bauplatte 15x30 Allerdings müssen wir an den Bauplatten einen Frevel begehen und sie etwas nacharbeiten: An allen Bauplatten die Zapfen abschneiden (Seitenschneider) und eine der 15x15 Bauplatten seitlich mit einer Kerbe versehen (Feile), so daß das Flachbandkabel hindurchgeführt werden kann. |
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