ct-bot (v2): Vorschläge Komponenten

[Nightwalker-87]

Auch wenn es derzeit noch nicht aktuell ist, so bietet es sich dennoch an, Elektronik-Hardware-Komponenten hier an zentraler Stelle zu sammeln, die für ein zukünftiges Redesign interessant sein können. Dieses Thema ist nicht dafür gedacht generelle Konzepte rund um ein Redesign zu diskutieren. Dafür haben wir ja bereits ein eigenes Thema.

Sammelliste (Stand: 08/2019):

a) Ersatz für obsolete USB-2-Bot-UART / AVR-ISP-Programmer: Pololu USB AVR Programmer v2.1
-> ausführliche Dokumentation, Treiber-Sourcecode ist auf GitHub veröffentlicht und kann selbst kompiliert werden
-> preiswert; online-verfügbar in DE bei EXPTECH --> erfolgreich getestet (nw87)
-> Übernahme in die Dokumentation bei nächster Gelegenheit

1) Helligkeitssensoren:
-> mögliche Alternative für LDRs: Adafruit ALS-PT19 Analog Light Sensor Breakout (in Evaluierung)
-> Streulichtverhalten untersuchen

2) Display:

• Waveshare 2.9 Inch E-Paper Display Modul mit SPI Interface, dreifarbig (SPI)
• Waveshare 2.9 Inch E-Ink Display-Modul (gelb, schwarz, weiß) (SPI)
• Adafruit Monochrome 0.96" 128x64 OLED graphic display (SPI oder I2C, SSD1306-Controller)
• Adafruit Monochrome 1.3" 128x64 OLED graphic display (SPI oder I2C, SSD1306-Controller)
• Waveshare 1.5 Inch RGB OLED Display-Modul (128 x 128) (SPI, SSD1351-Controller)

3) Lichtschranke:
Sharp IS471F (IR-Receiver aus Originaldesign) --> obsolet

• Pololu 38 kHz IR-Näherungssensor, feste Verstärkung, Niedrig-Helligkeit-Version

4) IR-Abstandssensoren:
Sharp GP2D12 0XJ00F (Sensor aus Originaldesign) --> obsolet
Sharp GP2Y0A60SZLF (verwendete Ausführung) (späterer Ersatz-Sensor) --> vom Hersteller abgekündigt

• Sharp GP2Y0A21YK0F Analog Distance Sensor 10-80cm
• Sharp GP2Y0A41SK0F Analog Distance Sensor 4-30cm
• VL6180X Time-of-Flight Distance Sensor Carrier with Voltage Regulator, 60cm max (Favorit für die Evaluierung),
  Gehäuse via 3D-Druck

5) Sensor-Platine:

• Pololu QTR Reflectance Sensors (ggf. kleinere CNY70-Alternative)

Sonstiges:
Schieberegister IC5 (für ENAs) und IC6 (für LEDs) (74HC595 ist obsolete) -> Remote 8-Bit I/O Expander for I2C Bus (PCF8574P)
verteilte P-MOSFETs (BS250 ist obsolete) -> High-Voltage High-Current Source Driver Array (UDN2981A / MIC2981 / TBD62783A)

Punkte zum PCB-Design:

• Insbesondere sind Analog- und (hochfrequente) Digitalsignale nicht voneinander getrennt, große Störeinflüsse habe ich allerdings auch noch nicht beobachtet.

• Der Hintergrund dazu ist: ich hatte das Problem, dass das Teensy Board nicht sauber gebootet hat nach dem Einschalten der 5V-Spannungsversorgung, wenn die durch einen Schaltregler erzeugt werden. Vermutlich schwankt die Spannung anfangs zu stark, bis alle Kondensatoren aufgeladen sind. Dafür dieser Reset-Controller, der das Teensy solange im Reset hält, bis eine stabile Spannung verfügbar ist. Das hatte das Problem dann gelöst. Es gab allerdings auch vor einiger Zeit einen Fix in den Teensy-Treibern bzgl. der Initialisierung beim Booten, evtl. wurde das Problem auch damit bereits in Software gefixt, das habe ich dann nicht mehr ausprobiert. Lange Rede, kurzer Sinn, ich würde den MAX803R erstmal weglassen und schauen, ob es nicht so schon funktioniert. Ansonsten muss man halt nach dem Einschalten einmal manuell einen Reset ausführen als Workaround. Langfristig sollte man da nach einer besser verfügbaren Reset-Schaltung schauen, am besten auch mit einem größeren Gehäuse zum einfacheren verlöten.

• Anbei noch zwei Anmerkungen zum PCB-Layout:
  Beim Bestücken ist mir aufgefallen, dass ein paar Durchkontaktierungen ungünstig liegen (für den Fall dass man händisch bestückt). Dies sind die Durchkontaktierungen an R25 und eine Durchkontaktierung an IC4 die sehr dicht an den Pinlöchern liegen. Für Leute mit ruhiger Hand und eher ausgeprägter Feinmotorik (so wie ich es von mir kenne ^^) ist das sicherlich noch akzeptabel; allerdings sollte man sowas in späteren Layouts schon berücksichtigen.

[tobi]

eine frage zu den displays: sind die kompatibel? also kann man auch sagen man kann sich aussuchen welches man auf den bot machen will? die kleinen finde ich jetzt eher zu klein, die großen sind halt schon eher teuer und können leider auch nur 3 farben.
wär ja eigentlich ganz cool, wenn man je nach bedarf das display auswählen könnte.

Tobi

[Nightwalker-87]

Hi Tobi,

es geht hier um Vorschläge für Komponenten für ein Neu-Design des c't-Bot, was eax begonnen hat. Das bedeutet, dass es voraussichtlich ein neues Mainboard geben wird was sehr wahrscheinlich nicht abwärtskompatibel zum alten Design sein wird (einzelne Komponenten werden nach aktuellem Stand der Diskussion jedoch wohl wiederverwendet werden wie z.B. die Motoren). Für das alte Design wird das ohne unfangreichere Anpassungen im Code auf keinen Fall funktionieren, allein schon deshalb weil die Displays über SPI angesteuert werden und nicht über Schieberegister via I2C wie bisher. Auch muss die Ausgabe von Inhalten neu programmiert werden. Also nix mit plug-and-play.

P.S: Wenn im Forum irgendwo der Begriff "Redesign" oder "c't-Bot v2" auftaucht, hat der Inhalt sehr wahrscheinlich nix mit dem aktuellen Design zu tun.

[tobi]

ja schon klar
ich meinte ob die von dir vorgeschlagenen display untereinander kompatibel sind?

[Nightwalker-87]

Asooo... sry,
also 1 und 2 sowie 3 und 4 sollten IMHO sogar baugleich sein und sich nur in den Farben unterscheiden.
Untereinander dürfte die Ansteuerung wohl ähnlich sein, aber mindestens die Adressierungsbereiche der Pixel müssen sich logischerweise unterscheiden, allein wegen der unterschiedlichen Pixelzahl. Könnte mir aber vorstellen, dass man sowas im Code berücksichtigen könnte.

Hier sind die Datenblätter:
Datasheet 1,54"
Datasheet 2,9"
Ich habe mir das noch nicht bis ins Detail angesehen. Allerdings denke ich auch, dass eax mit seinem Coding-Background bestimmt mehr rauslesen kann als ich.

Die 4,2 Zoll wären von den Maßen her halt auch so ziemlich das Maximum was noch grob in die Gehäusegeometrie reinpasst (Draufsicht).

[VDX]

... was ich sehr interessant fände, wäre eine zusätzliche Option für den Einbau einer FPV-Kamera - dann könnte auf dem Bot auch nur eine "rudimentäre" Firmware zum reinen Fernsteuern laufen

Da wäre nicht nur fürs manuelle Fernsteuern, sondern mit einem komplexen Programm mit Bildverarbeitung auf dem PC ginge das in Richtung "Waldo" -- das ergibt unendlich viele Möglichkeiten

Viktor

[Nightwalker-87]

Anmerkung: Denkt auch an den Stromverbauch... Wenn ein WLAN Modul an Bord sein soll (wir kennen das in ausgeprägter Form vom Wiport), dann wird da bereits ordentlich Leistung verbraten. Der Akku ist daher übrigens auch ein Thema, der muss nämlich sehr kompakt sein und eine gleichzeitig eine hohe Kapazität mitbringen. eax hatte da schonmal mit Lithium-Zellen experimentiert. In seinem Bot waren 18650er Zellen (wenn ich das richtig in Erinnerung habe). Das Problem ist, dass das von den Abmessungen her eigentlich schon zu knapp war. Es muss außerdem praktikabel sein die Zellen selbst aufzuladen. Das ist bekannterweise nicht so trivial wie bei den bekannten NiMH-Zellen.

[VDX]

... oder ein größeres/stärkeres Akku-Modul und mit entsprechend breiterem Rahmen

[eax]

Anmerkung: Denkt auch an den Stromverbauch... Wenn ein WLAN Modul an Bord sein soll (wir kennen das in ausgeprägter Form vom Wiport), dann wird da bereits ordentlich Leistung verbraten. Der Akku ist daher übrigens auch ein Thema, der muss nämlich sehr kompakt sein und eine gleichzeitig eine hohe Kapazität mitbringen. eax hatte da schonmal mit Lithium-Zellen experimentiert. In seinem Bot waren 18650er Zellen (wenn ich das richtig in Erinnerung habe). Das Problem ist, dass das von den Abmessungen her eigentlich schon zu knapp war. Es muss außerdem praktikabel sein die Zellen selbst aufzuladen. Das ist bekannterweise nicht so trivial wie bei den bekannten NiMH-Zellen.

Na ja, ein modernes WLAN-Modul macht da auch nicht so viel aus. Ich hatte zu dem Thema vor einiger Zeit mal ein wenig experimentiert mit einem Spannungsversorgungsmodul auf Basis von LM2596, das 5V (für Elektronik und Microcontroller), 6V (für Motoren und Servos) und 3.3V (Referenzspannung für I/Os) erzeugt.
Bei einem ct-Bot (ohne Display) mit Teensy 3.6 Board ergaben sich primärseitig 122 mA bei 14.5 V Eingangsspannung. Mit einem WLAN-Modul und regelmäßiger Datenübertragung erhöhte sich der Strom auf 150 mA bei 14.5 V Eingangsspannung.
Man muss allerdings dazusagen, dass sowohl die Software für die ARM-CPU auf dem Teensy noch für das WLAN-Modul irgendwelche Stromsparmechanismen aktiviert hatten.
Das Design taugt (nach ersten Tests) für bis zu 15 W in Summe dauerhaft, für mehr bräuchte man wohl andere Schaltregler.

Als Akkupack hatte ich mal vier 18650-Zellen mit jeweils 3.7 V und 3200 mAh ausprobiert. Die passen noch gerade so unten in den Bot.

[Nightwalker-87]

Wo wir grade beim Thema Stromversorgung sind: Ich habe die obige Liste diesbezüglich um einen weiteren Vorschlag ergänzt.

[eax]

Zu den Wifi-Modulen: ich benutze aktuell so ein Modul als WiPort-Ersatz sozusagen mit dieser Software darauf.

Zu dem Lademodulen: Ich weiß nicht, ob man sowas wirklich integrieren will, dann müsste ja auch noch eine Ladeelektronik mit auf den Bot.

[Nightwalker-87]

Zu dem Lademodulen: Ich weiß nicht, ob man sowas wirklich integrieren will, dann müsste ja auch noch eine Ladeelektronik mit auf den Bot.

Ja, schon - denkbar wäre allerdings ein solches Miniboard mit der Laderegelung auf dem Akku-Pack oder auf der Bodenplatte zu befestigen.
Das wäre jedoch nur eine sehr vage Ersteinschätzung. Auch müsste die Spule unter der Bodenplatte einen Platz finden, also rund um den Maussensor - aber gleichzeitig auch zwischen den Rädern. Ich würde diese Idee derzeit noch nicht verwerfen, den Vorschlag in der Gesamtdiskussion aber als ein Nebenthema einordnen.

[tobi]

Zu den Wifi-Modulen: ich benutze aktuell so ein Modul als WiPort-Ersatz sozusagen mit dieser Software darauf.

macht das dasselbe wie das originale erweiterungsmodul mit wiport? also könnte ich das auch für einen alten bot als wlan-erweiterung nehmen oder ist das nur für eine neue bot version gedacht?

[Nightwalker-87]

Also im aktuellen, originalen Bot-Code wird die Ansteuerung dieses Moduls derzeit nicht unterstützt.

[eax]

Doch doch, das kann man auch für den originalen Bot mit dem originalen Bot-Code als WLAN-Erweiterung nehmen.
Man muss nur beachten, dass man es mit 3.3V versorgen muss und in die TX-Leitung vom ATmega einen Widerstand einbaut, weil das ESP8266-Modul nur 3.3V Pegel kann. Ansonsten tut das genau dasselbe wie der alte WiPort (mit dem Unterschied, dass es auch WPA2 mit langen Passwörtern usw. kann).

Oder man nimmt einfach noch solch ein Adapter-Board dazu, das die 5V-Anpassung und Spannungsversorgung macht.