beelogger

Arduino

Als Basis des Datenloggers dient ein Arduino. Um den Arduino gibt es eine große Community, viele gut dokumentierte Libraries und eine unüberschaubare Menge an Zubehör, welches schon für wenig Geld (die richtigen Einkaufstipps vorausgesetzt) zu erstehen ist. Ideal als Grundlage eines Arduino Datenloggers mit Stockwaage für Imker..

beelogger.de bietet Schritt für Schritt Anleitungen mit Beispiel-Codes zum Testen einzelner Sensoren bis hin zum vollständig ausgestatteten Datenlogger. Dennoch ist es notwendig, sich mit dem Thema Arduino und seiner Programmierung vorab zu beschäftigen, um die Grundlagen, wie man beispielsweise eine Library installiert oder Programmcode aufspielt, zu beherrschen. Im Internet findet man unzählige Anleitungen und Einführungen hierzu und selbst auf Youtube gibt es etliche Videos zu diesem Thema. Ein guter Anfang mit ausführlichen Anleitungen ist auf der Seite https://www.arduino.cc/en/Guide/HomePage zu finden.

Hardware

Einen einfachen Einstieg bietet der Arduino Uno. Nahezu alle Anleitungen für Einsteiger basieren auf dieser Bauform. Zudem gibt es eine  Menge an Zubehör (beispielsweise ein Ethernet-Shield), welches ohne weitere Lötarbeiten direkt mit dem Uno verbunden werden kann. Auch eine USB-Programmierschnittstelle ist mit an Bord – somit reicht ein USB-Kabel zum Computer für die Programmierung.

Wer es kleiner mag, kann einen Arduino Nano verwenden. Auch dieser besitzt eine USB-Buchse zum einfachen Programmieren.
Beim Kauf von einem Arduino Nano ist ein wenig Vorsicht geboten, da günstige Boards häufig einen nachgemachten FTDI-Chip verbaut haben. Der Hersteller des originalen FTDI-Chips hat vor einiger Zeit in seinem Treiber eine Funktion integriert, die nachgemachte FTDI-Chips erkennt und quasi unbrauchbar macht. Weitere Infos hierzu sind auf der Seite von Sparkfun zu finden: https://www.sparkfun.com/news/1629. Als Alternative zu den wesentlich teureren Boards mit originalem FTDI-Chip, werden günstige Boards auch mit dem neuen CH340-Chip angeboten. Sollte der CH340-Chip nicht automatisch von Windows erkannt werden, kann hierfür ein Treiber von der Seite des Herstellers geladen werden: http://www.wch.cn/download/CH341SER_ZIP.html.

Der Arduino Nano ist kompatibel mit beelogger-Universal 

Noch kleiner und günstiger geht es mit mit einem Arduino Mini Pro. Zur Programmierung wird jedoch ein separater FTDI-Adapter benötigt. Beim beelogger-Universal wird die 3,3V Spannungsversorgung, welche für einige Komponenten notwendig ist, über einen separate Spannungsregler realisiert.

Für den beelogger-Solar kommt ebenfalls ein Arduino zum Einsatz, allerdings nicht als fertiges Board. Auf dieser von uns erstellten Platine wird der Prozessor (ATmega 328P AU TQFP-32) mit den notwendigen externen Bauteilen beschaltet und ein Arduino-Bootloader aufgespielt. Damit kann der beelogger-Solar über die Arduino-Software mit einem FTDI-Adapter programmiert werden.

Der Vollständigkeit halber sei noch der Arduino Mega erwähnen. Mit seinem großen Speicher und vielen Ein- bzw. Ausgängen ist er auch für mögliche Erweiterungen gut gerüstet. Leider ist er recht groß und teurer als die anderen Boards. Zudem hat er zum Teil eine abweichende Pinbelegung zu den zuvor aufgeführten Arduinos. In diesen Anleitungen findet er daher keine Berücksichtigung.

Bild Bezugsquelle Preis ab Suchbegriffe* Bemerkungen
 beelogger Arduino Uno eBay 3,60€ Arduino Uno 328 Kompatibel mit Standard-Shields
Info
 beelogger Arduino Nano eBay 2,30€ Arduino Nano 328 CH340

Achtung! Nur Boards mit originalem FTDI-Chip oder mit CH340-Chip kaufen!

CH340-Chip für Universal erweiterter Aufbau erforderlich.


Info

 beelogger Arduino Mini Pro eBay 1,75€ Arduino Mini Pro 328 FTDI-Apdater zur Programmierung notwendig, keine 3,3V Spannungsversorgung für Sensoren integriert, 5V Version empfohlen
Info

*Einkaufstipps

Stromversorgung

Zur Stromversorgung sollte beim netzversorgten Betrieb ein möglichst energieeffizientes Netzteil gewählt werden, da der Datenlogger 24 Stunden am Tag und 365 Tage im Jahr laufen soll. Jedes Arduino-Board hat einen Eingang für eine geregelte Spannung von 5V und einen Eingang für eine ungeregelte Spannung von 6-12V (und höher). Welche Pins für welche Versorgungsspannungen geeignet sind, ist unter oben aufgeführten Info-Links zum jeweiligen Board auf den Seiten von arduino.cc zu finden.

Bei der Wahl der Stromversorgung sollte bedacht werden, dass der Spannungsregler für ungeregelte Spannungen auf dem Board nur relativ klein dimensioniert ist, so dass größere Ströme für externe Komponenten, wie beispielsweise für den Bienenzähler, hierüber nicht zu beziehen sind.

Empfohlen werden kann daher ein 5V Netzteil, welches zur Versorgung des Arduinos und externer Komponenten verwendet werden kann.

Unsere beelogger-Systeme Universal und solar können, mit Ausnahme der Variante mit Bienenzähler, über einen solargeladenen Akku versorgt werden.

Software

Für das beelogger-System ist die ARDUINO IDE als Entwicklungsumgebung erforderlich.

Der Download der Software ARDUINO IDE kann unter https://www.arduino.cc/en/Main/Software vorgenommen werden.
In Windows nicht die App aus dem Store verwenden.

Für den beelogger notwendige Bibliotheken hier.

Achtung: Mit der Arduino IDE 1.8.6 wurde der “Optiboot” Boot Loader als Standard eingeführt.
Zum Laden der Sketche in Systeme mit dem bisherigen Bootloader, z.B. bei beeloggern mit den NANO, kann die Einstellung “Werkzeuge”-> “Prozessor” -> “ATmega328P (Old Bootloader)”  notwendig sein.

 

Arduino NANO modifizieren um Strom zu sparen

Das Arduino-Nano-Modell hat einen Stromverbrauch im Normalbetrieb von 24,7 mA. Um im täglichen beelogger-Einsatz Strom zu sparen kann man mit einigen Handgriffen den Stromverbrauch senken.

Bei dem hier gezeigten NANO-Modell müssen zunächst drei der vier markierten SMD-Widerstände auf der Oberseite ausgelötet werden, damit  werden die LED’s POW,RX,TX deaktiviert.
Der Widerstand neben LED ‘L’ kann eingelötet bleiben. Die LED ‘L’ zeigt Aktivität beim Reset, dem Laden von Sketchen und das Schreiben auf eine ev. genutzte SD-Karte an.

 

Der verbaute Spannungsregler (AMS 1117) hat einen hohen Strombedarf auch wenn der ATmega im Sleep-Zustand ist. Eine externe Spannungsversorgung, z.B. mit einem MCP1702-5, spart hier etliche Milliampere. Dazu auf der Unterseite der Platine einen Pin des Festspannungsreglers (dicke gelbe Markierung) mit einen kleinen Seitenschneider (auch Nagelklips) durchtrennen. Den verbliebenen Teil des Pin von der Platine ablöten.
Der Festspannungsregler kann auch vollständig entfernt werden.  Dann ist die rote Verbindung rechts im Bild erforderlich, die Lötfahne, mittleren Pin und Bohrung miteinander verbindet.

Damit der USB-Schnittstellenbaustein CH340 von der Versorgung des ATmega getrennt wird, muss die Verbindung zwischen beiden getrennt werden.
Hierzu die Verbindung (grüne Linie im gelben Kreis auf der linken Seite) z.B. mit einem Cuttermesser auftrennen. Die Spitze des Cuttermesser entlang der grünen Linie in der gelben Ellipse aufsetzen und in die Leiterbahn drücken. Unmittelbar daneben einen zweiten Schnitt druchführen.
Damit der CH340 weiterhin über den USB-Stecker mit Spannung versorgt wird, ist die rote Verbindung links im Bild herzustellen.

Für die Verbindungen eignet sich am besten ein dünner isolierter Draht, z.B. Kupferlackdraht (Fädeldraht), dessen Ende in heissem Lötzinn abisoliert und vorverzinnt wird. Auch möglich aus einer flexiblen Leitung ein Drähtchen entnehmen und anlöten, mit etwas Nagellack sichern.
Die Drahtverbindung vor dem Anlöten passend zurechtbiegen und ablängen.

Eine andere Möglichkeit den Schnittstellenbaustein von der Schaltung abzutrennen ist das Anheben des IC-Pin. Während die Lötstelle erhitzt wird, kann der IC-Pin, z.B. mit einer unter den IC-Pin geschobenen Stecknadel, leicht hochgebogen werden. Danach ist die Drahtverbindung, wie im obigen Bild gezeigt, zur Diode einzubauen.
Die im nachstehenden Bild gezeigte Verbindung zum Kondensator (C106) ist möglich, wenn der Kondensator im Layout mit der Anode der Diode direkt verbunden ist. Dies kann mit einem Ohmmeter kontrolliert werden.

 

 

Nach diesen Modifikationen kann der Nano weiterhin über die USB-Schnittstelle programmiert werden.