Vielseitiges I/O-Shield-Board 2.0 für (fast) alle Arduinos

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Vielseitiges I/O-Shield-Board 2.0 für (fast) alle Arduinos
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[google-translator]Hier wurde bereits ein universelles I/O-Shield Board für den Arduino beschrieben und für Interessierte einige  Komplettbausätze mit SMDs zur Verfügung gestellt.
https://www.stall.biz/?project=praxistaugliches-universelles-io-shield-board-fur-arduino .
Allerdings ist das Löten von SMDs doch nicht jedermanns Sache, weshalb jetzt ein neues auch funktional weiter verbessertes I/O-Shield   bei mir erhältlich ist. Dieses Board ermöglicht mit Schraubklemmen  den Anschluß von vielen Sensoren und Aktoren, die insbesondere für den Arduino  sehr günstig zu erwerben sind.

Das I/O-Shield als Bausatz können Sie in meinem Shop kaufen: https://www.stall.biz/?product=io-shield-2-0
Die Baubeschreibung hier zeigt, wie einfach der Zusammenbaus ist:  https://www.stall.biz/wp/wp-content/uploads/2015/03/Bauanleitung_shield.pdf

Hier die Beschreibung der Eigenschaften :

1  Allgemeines

Der Arduino hat in  den meisten  verbreiteten Ausführungen Stiftleisten mit standardisiertem Pinout. Durch Zusammenstecken verschiedener Platinen sog.  Shields sind nahezu alle Funktionen darstellbar, die im Bereich der Automation und insbesondere der Hausautomation benötigt werden. Allerdings ist normalerweise die notwendige Anschlusstechnik zu den Sensoren und Aktoren nur sehr unbefriedigend über Steckbrettchen oder Prototypen-Shields möglich. Die heute am Markt erhältlichen fertigen Prototypen- oder  I/O-Shields führen meistens einfach nur die Signale der Arduino-Stiftleisten auf Schraubklemmen. Damit lassen sich aber oft nicht die Sensoren und Aktoren direkt anschließen und man benötigt weitere Bauelemente wie Treiber und Widerstände. Und schon ist wieder ein unzuzverlässiger „Drahtverhau“ entstanden 😉

Der hier gewählte Ansatz für ein I/O-Shield führt die Signale der Stiftleisten an Anschlußklemmen, allerdings sind auf dem Board für jeden Port zusätzliche Bauelemente integriert, die entsprechend dem individuellen Bedarf per Jumper „programmierbar“ sind. Damit kann die gewünschte Funktionalität jeder einzelnen Anschlussklemme bzw. jedes einzelnen Ports dem typischen Bedarf in der Hausautomation angepaßt werden.

2  Eigenschaften des I/O-Shield-Boards

Das I/O-Shield-Board hat Stiftleisten mit dem gleichen Pinout wie die meisten Arduinos. Damit kann es unproblematisch mit fast allen Arduinos zusammengesteckt werden. Oben auf der Platine sind Stiftbuchsen und unten Stiftstecker, so daß die Signale komplett einschließlich ISP-Anschluss durchgereicht werden. Damit kann das Shield bei mehreren zusammengesteckten Shields in jeder beliebigen „Etage“ betrieben werden. Das I/O-Shield-Board ist dabei nur eine Teilkomponente, die eigenständig nicht funktionsfähig ist, sondern erst mit weiteren Komponenten und dem Arduino-Board in die gewünschte Funktion gebracht werden kann.  Darüberhinaus ist das Ganze vom Anwender noch in ein Gehäuse einzubauen und mit der notwendigen Anschlusstechnik und einem Netzteil  zu versehen.

Hier die Eigenschaften des I/O-Shield-Boards im Detail:

  •   17  I/Os insgesamt werden nach außen auf Schraubklemmen geführt  (D2 … D13 und A0 … A5) und sind alle jeweils mit 150 Ohm Schutzwiderständen gegen Kurzschluss geschützt
  •   11  I/Os sind davon ausschliesslich  digitale I/O-Ports , davon sind …
  •   8  digitale I/Os  (D2 … D9) , welche alle  per Jumper programmierbare MOSFET-Treiber,  LED-Statusanzeigen und 4k7-Pullup-Widerstände besitzen
    (die  verwendeten  IRLML0030 – MOSFETs  können  Ströme >2A und Spannungen bis 24V schalten, Hochstrom-LEDs und Infrarot-LEDs sind damit ebenfalls direkt steuerbar, z.B. pulsweitenmoduliert)
  •   6  analoge I/Os (A0 … A5) können als anloge Eingänge und digitale Ausgänge verwendet werden. Dabei können die Eigenschaften als analoge Eingänge per Jumper programmiert werden:
    Programmierbare Eingangsspannungsbereiche:    0 bis +5V;    0 bis +10V;    -5V bis +5V;
    Darüberhinaus kann ein 10k Ohm Pullup-Widerstand z.B. für NTCs zugeschaltet werden.
  •   1  Trimmpotentiometer ist vorhanden, mit dem eine analoge Spannung (0 …+5V) z.B. zum Testen über Jumper und Taster auf die analogen Eingänge geschaltet werden kann
  •   1 Reset-Taster, mit dem ein Arduino-Reset ausgelöst werden kann. (Wichtig, weil man beim Etagenaufbau oft nicht an den Arduino Reset-Taster  dran kommt!)
  •   Lötpads zum Anschluss für die  verbreiteten 433Mhz-Sender (an Port D05)  und -Empfänger (an Port D03) u.a. für die Steuerung von Funkschaltsteckdosen
  •   Lötpads für  5V-Buzzer  (Port D07)

Das nächste Bild zeigt das fertige Board von der Bestückungsseite:

Bild_5

Mit dem nachfolgenden Schemabild erklärt sich für den Fachmann die Funktion der Jumper-Programmierung :

Folie3

Und hier sieht man, wo welche Jumper gesetzt werden müssen.

Folie5

Das I/O-Shield_Board im typischen Etagenverbund:

Biold_3

Auf dem Board können sehr einfach  die sehr  preiswerten kleinen 433Mhz-Sender und -Empfänger eingelötet werden. Damit lassen sich dann Funksteckdosen aus dem Baumarkt etc. steuern und auch deren ausgesendeter Code empfangen.
Bild_8

 

3  Anwendungsmöglichkeiten

Verwendbar ist das Shield für nahezu alle Arduinos mit dem standardmäßigen Pinout.
Das sind heute : UNO,  Duemilanove,  MEGA2650, YUN,  Due, Leonardo, und ,und, und.
Sicher wird das verwendete Pinout auch in zukünftigen Arduinos verbreitet sein, so daß das Shield immer wieder eingesetzt werden kann!
Die Anschlussmöglichkeiten von Sensoren und Aktoren sind natürlich sehr vielseitig und können hier nicht alle beschrieben werden.

Weiter hervorzuheben ist, daß mit dem I/O-Shield  sehr einfach auch stromhungrige Aktoren bis zu 24V geschaltet werden können. Aber es sind auch sehr verbreitete sog. 1-Wire-Temperatursensoren wie die DS18B20 Sensoren direkt anzuschalten. NTC-Temperatursensoren können sogar  direkt angeklemmt werden, weil der notwendige 10k-Pullup-Widerstand einfach per Jumper  zugeschaltet wird.

Und wer doch gerne die zuverlässigen Federklemmleisten von WAGO oder PHOENIX einsetzen möchte, der kann statt der  verwendeten Schraubklemmleisten die entsprechenden Federklemmleisten einlöten. Das Platinenlayout ist so gestaltet, daß Klemmleisten im 2,5mm und 5mm Rastermaß passen. Hier ein Beispiel eines  I/O-Shields mit jeweils einer typischen Federklemmleiste im 2,5mm Rastermaß und einer im 5mm-Rastermaß:

Bild_10

Ganz besonders ist das I/O-Shield-Board für den Homeduino geeignet. Dies ist ein Hard- und Software-Konzept auf Basis von verbreiteten Arduino-Komponenten, mit dem sich drahtgebunden über LAN oder drahtlos über WLAN recht einfach per Browserbefehlen die verschiedensten Sensoren und Aktoren in die heimische  Automatisierung einbinden lassen. Mehr dazu hier:
https://www.stall.biz/?project=homeduino-der-universelle-lanwlan-arduino-fur-die-hausautomation


4  Wo bekommt man  das I/O-Shield-Board ?

Das I/O-Shield_Board gibt es nur als Teil-Bausatz. Dabei sind die sehr schwierig zu handhabenden SMD-Teile bereits auf der Platine verlötet. Andere Bauteile wie die 433Mhz-Sender und -Empfänger und auch der Buzzer müssen selbst beschafft und nach Bauanleitung in die Platine eingelötet werden. Auch die Programmierung der Jumper ist beispielsweise nach den gewünschten Pinfunktionen vorzunehmen. Entsprechende Beispiele und Lösungsansätze findet man u.a. im Homeduino -Projekt auf dieser Website.

Das I/O-Shield als Bausatz können Sie in meinem Shop kaufen: https://www.stall.biz/?product=io-shield-2-0

Haftungs- und Sicherheitshinweise

Beim Nachbau müssen natürlich alle wichtigen einschlägigen Sicherheitsvorschriften für den Umgang mit gefährlichen Spannungen  eingehalten werden. Fundierte theoretische und praktische Fachkenntnisse der Elektrotechnik und für den Umgang mit gefährlichen Spannungen sind unverzichtbar!!

Durch eine unsachgemäße Installation gefährden Sie ihr Leben und das Leben ihrer Mitmenschen! Darüberhinaus riskieren Sie erhebliche Sachschäden , welche durch Brand etc. hervorgerufen werden können ! Für alle Personen- und Sachschäden durch falsche Installation etc. ist nicht der Hersteller sondern nur der Betreiber verantwortlich.

Ich verweise hier unbedingt auf  die  „Sicherheitshinweise und Haftungsausschluss„-Seite dieses Blogs.

 

 

 

 

 

Fähigkeiten

Gepostet am

14. November 2014