MiniLab

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Version vom 27. September 2008, 03:41 Uhr von Marcus (Diskussion | Beiträge) (Hinweis auf Netzteil geklaert.)
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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.

Preisabschätzung

Preise von 20080716:

Ohne Bauteile:

  • Experimentier-Steckboard 640/200 Kontakte (2.75 EUR) sollte wohl ausreichen. 640 Kontakte für Bauelemente, und 200 Kontakte oben und unten für Stromversorgung. Die Kontakte für die Stromversorgung sind zweireihig und zweispaltig (linke und rechte Seite sind unterbrochen). Das Steckbrett ist mit Klebeband auf der Rückseite versehen.
  • Stecker-Netzgerät, stabilisiert, 500mA (5.60 EUR). Dies ist das günstigste stabilisierte Netzteil bei Reichelt. Vorteil: Kein giftiger Batteriemüll. Betreibt auch andere Geräte. Nachteil: Mit Steckdose, also 220V, betrieben, daher potentielles Sicherheitsrisiko. Netzteile begrenzen den Strom besser als Batterien. Das Netzteil sollte allerdings kurzschlussfest und nicht zu leistungsstark sein. Muss eingestellt werden, was eine zusätzliche Fehlerquelle darstellt (oder auch eine Lernquelle). Achtung: Das Bild auf der Reichelt-Webseite ist nicht zuverlässig---statt des bestellten Netzteils lieferte Reichel mir (Marcus) ein besseres (Schalt-) Netzteil mit 1000mA ohne Aufpreis, aber leider, wie auch in der Produktbeschreibung ersichtlich, auch ohne 9V-Clip Anschluss.
  • Batterieclip für 9-Volt-Block, vertikal (0.092 EUR). Der Anschlussdraht passt in das Steckboard (verifiziert 20080926).
  • Litze, 2x 0,14mm², rot/weiß, 5m-Ring (1.15 EUR). Die Beschreibung sagt Litze, aber im Katalog steht Klingeldraht. Der einizige "Draht" bei Reichelt ist Litze, kann das sein? Wer kann im Reichelt-Angebot passenden Draht finden? Der Draht kann zum Beispiel über eine Klopapierrolle gerollt in gleichmässige Stücke geschnitten werden (eine Abisolierzange wäre nützlich aber teuer, einfaches Verfahren, viel Draht abzuisolieren?). Peter hat auch eine gute Methode gezeigt, um kleine Stücke mit einer Spitzzange und einem Seitenschneider abzuisolieren.
  • Kroko-Verbindungsdrähte (1.05 EUR für 10 Stück, Vorschlag von Peter). Super zum Verbinden eines Netzteils ohne Batterclip mit dem Batterieclip und zum Fixieren von Prüfkabeln, etc. Für den Preis eine tolle Sache.
  • Leerbox (2.10 EUR) mit 12 Fächern. Die Abb. auf der Reichelt-Seite ist nur ähnlich, die zu mir Gelieferte besteht aus einem Stück mit festen Clip-Verschlüssen. Die Fächer sind leider zu klein, um Widerstände und andere horizontale Bauteile ungebogen aufzunehmen. Ansonsten ist die Box sehr gut. Die günstigste Leerbox aus der Raaco Serie kostet 3.95 EUR.

Summe: 4.35 EUR 6.35 EUR + Draht

  • Alternative Stromversorgung: Halter für 3 Mignonzellen (AA), Druckknopf (0.36 EUR) liefert 4.5V, womit ein Mikroprozessor betrieben werden kann (Benutzer:Soeren schlägt 6V vor, Peter befürwortet solch höhere Spannungen). Der Formfaktor "Druckknopf" erlaubt auch ggf. die Ersetzung durch eine 9V Blockbatterie.

Werkzeug:

  • Seitenschneider (im Haushalt) und Spitzzange (Peter schlägt vor, diese mit in den Baukasten zu packen, um Qualität sicherzustellen und zu vermeiden, dass die Kinder die Küchenschere ruinieren). Beide Werkzeuge sind multifunktional: Kürzen, Abisolieren, zupacken, rausziehen. Abisolierzange (optional)
  • Klebeband zur Befestigung des Batteriehalters (im Haushalt) Nicht nötig mit Netzteil. Das Steckbrett ist rückseitig bereits mit Klebestreifen versehen.
  • Mini-Multimeter (6.30 EUR). Der preisgünstigste Multimeter bei Reichelt. Das Multi-meter ist super, kann alles ausser Kapazitäten messen (Spannung, Strom, Widerstand, Diodenprüfer, Temperatur, Transistor-hcF).
  • Klopapierrolle zur Drahtstücke-Herstellung (im Haushalt) Peters Methode besteht daraus, den Draht mit dem Seitenschneider zu kürzen, dann mit der Spitzzange zu packend und dabei mit dem Seitenschneider abzuisolieren. Funktioniert sehr gut auch mit extrem kurzen Drahtstücken.
  • Biegelehre zum Abknicken von Bauteilen (0.72 EUR). Der Formfaktor stimmt, aber die Biegelehre ist nützlicher zum Löten als zum Stecken. Die Bauteildrähte sind nicht fest genug, um die Form beim raus- und reinstecken dauerhaft zu behalten, und der enge Raum auf dem Steckbrett führt zu recht "organischen" Aufbauten.
  • Kunststoff-Pinzette 125mm, antistatisch, säurefest (0.29 EUR). Die Pinzette ist sehr weich und packt nicht sehr gut, Bauteile fliegen schon mal durch die Gegend. Da ist die Spitzzange wohl besser geeignet, wobei diese nicht anti-statisch ist.

Summe: 7.02 EUR (Erst Seitenschneider und Spitzzange rausuchen).

Bauteile:

  • Ein Kohleschichtwiderstand (1/4 Watt, +-5%) kostet einzeln 0.10 EUR, 10 Stück von der gleichen Sorte kosten 0.33 EUR. Werte sind noch nicht klar, bei 4.5V sind 220 Ohm für die LEDs angemessen.
  • Kondensatoren, 47muF, 10pF (?), vielleicht auch einen dickeren (470muF?).
  • Transistoren, npn 458C sind gut.
  • Dioden
  • ...

Interaktive Bauteile:

  • LED, 5mm, Low Cost, rot (0.051 EUR), auch in gelb und grün erhältlich. Blaue müssen noch rausgesucht werden. 2 Stück von jeder Farbe?
  • Fotowiderstand oder -transistor. Zwischen 0.30 und 0.50 EUR etwa. Muss noch rausgesucht werden/
  • Drehpotentiometer 6mm 100KOhm Linear, evtl passender Drehknopf (?). Die Beinchen passen mit etwas Gewalt ins Steckboard (ohne es völlig zu zerstören, die Löcher sind danach halt etwas leichtgängig), und das Poti sitzt dann auch gut. Die Achse ist lang genug, dass sie ueber das Steckbrett hinausragt und lässt sich darum trotz des vertikalen Einbaus gut bedienen.
  • Taster. (3D Joystick? Formfaktor?). Notbehelf könnte Drahtbrücke sein. Wir brauchen gute Taster die ins Steckbrett passen.
  • ...
  • Robotikerweiterungen (z.B. Vorschlag von Benutzer:Bg Motorsteuerung)

Mikroprozessor Erweiterung

  • ATtiny (2-3 EUR). Muss allerdings über Parport (hat keiner mehr) oder USB (zu kompliziert?) initialisiert werden. Lösungsvorschläge?

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

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).

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
  • 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

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

Gesamt: 20.88 EUR

Weitere Klein-Bauteile wurden dem Labor-Fundus entnommen.

MiniLab 0.1

IN PLANUNG!

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

Vergleich

Der Kosmos-Baukasten hat:

  • Vorteile: Bauteile mit festerem Draht, vor-abisolierte Drahtbrücken, geräumigeres Board.
  • Nachteile: Kein multimeter, keine Werkzeuge.

verwandte Projekte

Erstmal keine. Evtl das Laborboard.

Ressourcen und weitere Hinweise

[1]

Links

Reichelt, die Konkurrenz bei Kosmos, etc.

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