MiniLab

Datei:Minilab-steckbrett.png

Über dieses Projekt

OpenTronics aka MiniLab ist ein Opensource Elektronik-Baukasten entwickelt von Mitgliedern des Labors. Mit Hilfe des Baukastens soll vor Allem Kindern Wissen über Elektronik vermittelt werden.

Mit seinen zahlreichen Experimenten und günstigen Anschaffungskosten (Selbstkostenpreis) ist der Baukasten eine attraktive Alternative zu herkömmlichen Produkten. Dadurch, das Schaltpläne und Anleitungen in einem offenen System zur Dokumentation zusammengefasst werden, kann jeder seine eigenen Schaltpläne und Erweiterungen hinzufügen und Schaltpläne diskutieren. Über lange Zeit gesehen soll dabei eine Plattform entstehen, über die sich Anfänger und Fortgeschrittene austauschen können.

Ansprechpartner für dieses Projekt ist Benutzer:Marcus, Benutzer:Soeren. Mitwirkende sind auch Peter und Daniel.

Motivation

Elektronikbaukästen von Kosmos bieten einen ersten Einstieg in die Welt der Eletronik und Mikroelektronik. Leider sind diese Baukästen sehr teuer (von 20 EUR bis 150 EUR. Der Grund dafür ist sicher nicht der Materialwert, der sich mit ein paar Euro in Grenzen hält, sondern die das Know-How: Die Abstimmung der Komponenten aufeinander und die Experimentieranleitungen. Dies ist aber Software, und es sollte daher möglich sein, im Geiste der Freien Software eine kostengünstige, partizipatorische, freie Alternative zu den kommerziellen Produkten anzubieten. Das Projekt OpenTronics ist eine erste Machbarkeitsstudie. Es soll erarbeitet werden, ob und wie ein solcher freier Experimentierbaukasten realisiert werden kann.

Vorstellung des Projekts

Die Kernelemente des Projekts sind:

• Zusammenstellung kostengünstiger elektronischer und mikroelektronischer Bauteile zu einem Basis-Set und mehrerer Erweiterungs-Sets.
• Erstellung von Anleitungen mit vielfältigen Experimenten, die mit diesen Sets durchgeführt werden können.
• Erstellung einer Plattform für alle, mitzumachen und Ergebnisse sowie eigene Ideen hinzuzufügen.
• Herantragen des Projekts an Schüler in Physik-Klassen.

aktueller Zustand

• 20080729: Domain opentronics.org reserviert
• 20080711: Erstes informelles Treffen.
• 20080920: MiniLab 0.0 durch Marcus bei Reichelt bestellt. Allerdings fast ohne Bauteile, da noch keine Schaltungen vorliegen und somit keine sinnvolle Auswahl getroffen werden kann.
• 20080926: Besprechung des MiniLab 0.0 im Labor.

Grobe Einteilung

Der "Baukasten" soll modular aufgebaut werden. Hier eine grobe Gliederung:

Anfänger Kasten Hier lernt der Nutzer den Umgang Strom und Spannung. Es werden ein paar praktische Schaltungen gezeigt - z.B. Wechselschaltung, Reihenschaltung von Glühbirnen.

Fortgeschrittenen Kasten Hier werden Widerstände, Kondensatoren, Dioden, LEDs und Transistoren eingeführt und erklärt.

Microcontroller Kasten In diesem Bausatz werden Microcontroller, Z-Dioden, Quartze und weitere Bauteile eingeführt.

Schaltpläne

Eine einfache Beispielschaltung: LED mit Vorwiderstand und Helligkeitsregler. Mit dem Voltmeter läßt sich auch die Stromstärke berechnen.

Schaltpläne, die von Peter mit dem MiniLab 0.0 aufgebaut wurden:

• Blinkschaltung mit 2 LEDs und regelbarem Blinkverhältnis.
• Lauflicht mit 3 LEDs mit regelbarer Geschwindigkeit. Das Lauflicht hat mehrere stabile Zustände (2 LEDs an mit laufender "Lücke", eine laufende LED an, alle LEDs an). und reagiert auch sensibel auf Hautwiderstand statt Poti, total cool!
• Darlington-Schaltung zur E-Feld Messung
• Parallelschaltung von LEDs (nur die rote leuchtet, nur die gelbe leuchtet, etc, die Farben des Regenbogens entlang).
• ... (vergessen, sorry)
• Periodisches Blitzlicht (funktioniert nur mit dem Transistor 547B anderer Marke).
• Transistor + freihängender Draht an Basis und LED mit Widerstand hinter Emitter des Transistors. Dann den Nutzer instruieren eine seite der Versorgungsspannung und den Draht anzufassen. LED leuchtet weil Widerstand des Körpers ausreicht um den Transistor durchzuschalten.
• Transistor mit Kondensator an Basis, LED dahinter... C aufladen und dem Nutzer zeigen wie lange die C den Transistor auf durchgang halten kann - LED geht erst aus, wenn C fast ganz entladen.

Timeline/Termine

Im Moment keine. Nächstes Treffen?

Die nächste Aufgabe wird sein, Software zu ermitteln und zusammenzustellen um Schaltpläne und Steckpläne zusammenzutragen und in Buch- und Webform zu pressen.

Ausserdem muss das MiniLab 0.1 zusammengestellt und die fehlenden/neuen Teile bestellt werden.

Das MiniLab 0.0 befindet sich momentan nicht im Labor sondern bei Marcus zu Hause!

Kostensenkungsideen

• Gruppenbestellungen, klar.
• Kleine Bauteile in grossen Stueckzahlen kaufen durch Spenden und dann an frankierte Rückumschläge verschenken. Z.B.: 8 * 1000 Widerstände = 40 EUR. 8 Widerstände einzeln: 0.80 EUR (* 1000 = 800 EUR). Portokosten 1.10 EUR, ergo lohnt es sich erst bei über 8 Widerständen oder mit zusätzlich anderen Bauteilen.

Problemstellungen

• Gesucht ist ein Programm, mit dem man möglichst einfach Breadboard-Layouts zusammenstellen kann
  • Lochmaster eignet sich hierfür sehr gut, eine Darstellung mit den einzelnen Elementen ist genausogut möglich wie ein normales Schaltbild. Ggf. des Board-Layout für das Breadboard anpassen. [1]
  • Fritzing kann noch viel mehr, könnte aber geeignet sein.
  • Ein kleines Online Drag-and-Drop speziell für Breadboards von dieelektronikerseite.de ist wie dafür gemacht. Durch Rechtsklick auf die gesetzten Elemente lassen sich weitere Eigenschaften wie Farbe, Pinzahl, Beschreibung etc. ändern. Das Layout lässt sich "im Textformat" speichern um es ggf. später erneut zu ändern.

• Bauteile die noch gefunden werden müssen - Für alle Bauteile gilt: Robuste Kontakte müssen sie haben - sie werden schliesslich oft eingesteckt und rausgezogen! Ausserdem sollten sie bedrahtet sein. Vorausssetzung für die Nutzung des Baukastens sollte eigentlich NICHT der Gebrauch des Lötkolbens sein.
  • Breadboard-kompatible Wechselschalter & Taster
  • Glühbirnchen oder Fassungen die bedrahtet sind
  • Potentiometer (s.o.)

• Bootstrap Problem beim Microcontroller

Die Microcontroller sind von Haus aus ja bekanntlich unprogrammiert. Nun gibt es zwei Alternativen: Entweder man kauft sich ein teures Programmiergerät schon fertig, oder lötet sich was zusammen. Es ist hier angedacht, die Microcontroller selbst-reproduzierbar zu programmieren. Will heissen: Beim Starten misst der Controller den ADC-Wert an einem bestimmten Ausgang (oder mehreren). Wenn die Werte in einem definierten Bereich liegen, kopiert der Microcontroller seinen Flash via ISP Schnittstelle zu einem anderen Controller.

Wie kann ich mithelfen?

• Schlage geeignete Lösungen zu o.g. Problemstellungen vor
• Wir brauchen jemanden, der ein Logo und grobes Webseiten-Layout erstellt
• Wir brauchen Leute, die sich Schaltungen ausdenken, Anleitungen und Erklrungen schreiben.

Bauteillisten

MiniLab 0.0

Alle Teile des MiniLab 0.0 Baukastens. Nur das Netzteil entspricht nicht dem Gelieferten (9V clip).

Die durchgestrichenen Teile wurden nicht in die nachfolgende Version wieder aufgenommen.

• Leerbox (0.99 EUR)
• Experimentier-Steckboard 640/200 Kontakte (2.75 EUR)
• Halter für 3 Mignonzellen (AA), Druckknopf (0.48 EUR)
• Stecker-Netzgerät, stabilisiert, 300mA (5.60 EUR)
• Batterieclip für 9-Volt-Block, vertikal (0.15 EUR)
• Litze, 2x 0,14mm², rot/weiß, 5m-Ring (1.25 EUR)
• Biegelehre zum Abknicken von Bauteilen (0.72 EUR) Überflüssig?!
• 10 Kohleschichtwiderstände (1/4 Watt, +-5%) 1.5K-Ohm (0.33 EUR)
• Transistoren BC 548C (0.041 EUR), 3 Stück oder: 100er Gurt BC337-40 1,95€
• LED, 5mm, Low Cost (0.06 EUR), 2x rot, 2x gelb, 2x grün
• Drehpotentiometer 6mm 10KOhm (0.90 EUR)
• 9V-Batterie (1,15€)

Gesamt: ca. 12.00 EUR

Weitere Klein-Bauteile wurden dem Labor-Fundus entnommen.

MiniLab 0.1

IN PLANUNG!

• Leerbox (2.10 EUR zur Zeit nicht lieferbar)
• Mini-Multimeter (9.45 EUR).
• Experimentier-Steckboard 640/200 Kontakte (2.90 EUR)
• Stecker-Netzgerät, stabilisiert, 500mA (5.60 EUR zur Zeit nicht lieferbar) OHNE 9V-CLIP, MUSS MIT KROKO-KLEMMEN BETRIEBEN WERDEN
• Batterieclip für 9-Volt-Block, vertikal (0.15 EUR).
• Draht GEÄNDERT
• Kroko-Verbindungsdrähte (0.95 EUR für 10 Stück) NEU
• 10 Kohleschichtwiderstände (1/4 Watt, +-5%) 1.5K-Ohm (0.33 EUR) WERTE?
• LED, 5mm, Low Cost (0.06 EUR), 2x rot, 2x gelb, 2x grün
• Blaue LED NEU
• Transistoren BC 548C (0.04 EUR), 3 Stück
• Kondensatoren
• Fotowiderstand oder -transistor
• Drehpotentiometer 6mm 100K-Ohm Linear (0.67 EUR zur Zeit nicht lieferbar) GEÄNDERT
• Taster

Gesamt: 19.31 EUR + Seitenschneider, Spitzzange, Draht, Blaue LED, Kondensator, Taster, Fototransistor

Minilab 2012 =

Eckdaten / Notizen:

Bauteile

• LEDs: Rot, Grün, Gelb
• Passende Vorwiderstände
• je 4x NPN und PNP Bipolar Transistoren
• Steckbrett
• Batteriehalter (4xAA)
• Batterieclip
• Fotowiderstand
• Poti
• NE555
• Krokoklemmen
• Diverse Elkos & Kerkos
• Diverse Widerstände
• Draht

Wenn noch Platz im Budget ist:

• Lautsprecher
• Multimeter (sprengt ggf. die Kosten)

Eckdaten

• Arbeitsbereich der Schaltungen möglichst zwischen 9.5 und 3.5V
• Bauteilkosten max. 20 EUR

Schaltungen

• Tongenerator (NE555, Lautsprecher, Transistoren, Elko...)
• Wechselblinker (mit und ohne NE555)
• Daylight-indikatior
• Ampelschaltung
• Verstärkerschaltung (Berührungstaster)

Werkzeug

• Seitenschneider 1,95€
• Spitzzange 3,95€
• Mini-Multimeter 9,75€ //billigeres suchen! (Pollin?)

Gesamt: 15,65€

LED-Set

• LED BLAU 0,28€
• LED GELB 0,06€
• LED GRÜN 0,06€
• BLINK LED ROT 0,29€
• BLINK LED GELB 0,29€
• SUPERHELL WEIß 0,24€

Gesamt: 2,44€ (jede LED 2Mal, die genaue Variation können wir noch besprechen)

Vergleich

Der Kosmos-Baukasten hat:

• Vorteile: Bauteile mit festerem Draht, vor-abisolierte Drahtbrücken, geräumigeres Board.
• Nachteile: Kein multimeter, keine Werkzeuge, teuer, kaum bis keine Erklärungen zu den Schaltungen

verwandte Projekte

Blog von H3PO (englisch): Einstieg in die Programmierung von PIC18F-Mikrocontrollern auf dem Steckbrett. Schaltpläne, Fotos und Code für erste Experimente.

Ressourcen und weitere Hinweise

[2]

Programme zur Schaltbildzeichnung.

Stripes ist ein Werkzeug das in Java gebaut ist und sich ggf. in eine Website integrieren lässt - so könnte man Schaltpläne mit anderen Menschen teilen und in einem Wiki verwursten.

Links

Reichelt, die Konkurrenz bei Kosmos, etc.