Elektor Labornotizen 27: Lichtlaufzeitsensoren, LoRaWAN, Matter und mehr
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Willkommen zurück zu den Elektor Lab Notes! Alle paar Wochen veröffentlichen unsere Ingenieure und Redakteure bei Elektor neue Lab-Notizen mit Updates zu aktuellen DIY-Elektronikprojekten, Nachrichten aus der Tech-Welt und nützlichen Tipps für Entwickler. In dieser Ausgabe sprechen wir über Time-of-Flight-Sensoren, Kabelprüfung, LoRaWAN, Matter und mehr. Teilen Sie gerne Ihre Meinung im Diskussionsbereich am Ende dieser Seite – und veröffentlichen Sie auch Ihre eigenen Lab-Notizen. Lassen Sie uns wissen, woran Sie gerade auf Ihrer Elektronik-Werkbank arbeiten!
Jean-François Simon (Ingenieur, Elektor)
Alte und neue Technologien verbinden: Unsere treuesten Leser erinnern sich vielleicht daran, dass ich letztes Jahr in den Lab Notes #17 (wie die Zeit vergeht...), analoge Funktionsgeneratoren wie den XR2206 und den ICL8038 erwähnt habe. Diese wurden über viele Jahrzehnte hinweg intensiv genutzt – auch bei Elektor erschienen mehrere Schaltungen auf deren Basis. Kürzlich stieß ich auf Time-of-Flight-Sensoren, insbesondere die der Serie VL53L-Serie von STMicroelectronics. Dabei stellte sich mir die Frage: Lässt sich ein solcher moderner, digitaler Sensor mit einer der alten analogen Schaltungen verbinden, die spannungs- oder stromgesteuert arbeiten? Die Idee eines modernen, gestengesteuerten Klangerzeugers – quasi ein Pseudo-Theremin – nahm rasch Gestalt an.
Natürlich wäre es viel sinnvoller, das Ganze vollständig mit einem Mikrocontroller und ganz ohne analoge Schaltung umzusetzen. Aber wo bliebe da der Spaß? Stattdessen verwende ich den Arduino ausschließlich als I²C-zu-Analog-Wandler. Die Steuerung übernimmt dann ein ehrwürdiger XR2206-Funktionsgenerator zur Klangerzeugung. Eine Mischung aus Alt und Neu, ganz im Sinne des Tüftelns! Der erste Schritt bestand darin, die Sensoren zum Laufen zu bringen. Ich griff zur Arduino-Bibliothek von STM32duino auf Github und baute darauf auf. Da ich zwei VL53L4CD-Sensoren verwende – einen zur Steuerung der Tonhöhe, den anderen für die Lautstärke –, müssen diese zunächst einzeln initialisiert und mit unterschiedlichen I²C-Adressen versehen werden. Anschließend können sie problemlos dieselben SCL- und SDA-Leitungen gemeinsam nutzen.
Derzeit befindet sich die Schaltung noch auf dem Steckbrett, aber es gibt noch einiges zu verfeinern.. Die derzeitige Schaltung erzeugt zwar Klänge (eher seltsame Geräusche als Musik), aber was Spielbarkeit und Regelbereich betrifft, ist noch Luft nach oben. Ich experimentiere gerade mit der Art, wie das PWM-Signal vomArduino gefiltert wird, bevor sie die Transistoren erreicht, die den XR2206 steuern, und mehr. Die ganze Geschichte mit Schaltplan und Code finden Sie in der kommenden „Circuit Special“-Ausgabe im August. Bis dahin können Sie mir Ihre Ideen und Vorschläge in den Kommentaren unten mitteilen.
USB-Kabel testen: Vor kurzem bin ich auf ein merkwürdiges USB-A-zu-USB-C-Kabel gestoßen. Ich habe versucht, damit Daten zwischen meinem Telefon und meinem PC zu übertragen, ohne Erfolg. Könnte es eines dieser teuflischen Kabel sein, die nur zum Aufladen dienen und keine Datenleitungen enthalten? Ein kurzer Test mit dem erstbesten Entwicklungsboard mit USB-C-Anschluss (in diesem Fall eine NXP FRDM Platine), ließ mich eine Augenbraue hochziehen. Das Board funktionierte einwandfrei, und der USB-zu-UART-Konverter wurde von Windows korrekt erkannt. Die Leitungen D+, D-, 5 V und GND müssen also alle vorhanden sein. Das Kabel ist sehr kurz und mit „6A“ beschriftet, was darauf schließen lässt, dass es in erster Linie zum Aufladen gedacht ist. Und doch konnte ich mein Telefon damit nicht aufladen! Weder mit einem Ladegerät noch über den PC. Das Rätsel wird immer größer.
Das Vernünftigste wäre wohl gewesen, das Kabel einfach aufzugeben und in den Müll zu werfen. Aber so ticke ich nicht. Stattdessen bestellte ich bei Aliexpress einen USB-Kabeltester, der die Durchgängigkeit aller Leitungen prüft und die meisten Steckerkombinationen unterstützt. Da sich die Anschlüsse auf gegenüberliegenden Seiten der Platine befinden, ist für besonders kurze Kabel wie dieses ein kurzes USB-A-Verlängerungskabel (Stecker auf Buchse) nötig. Ich habe das fragliche Kurz-Kabel mit einem anderen, längeren verglichen, das einwandfrei funktioniert:
In beiden Fällen sind die erforderlichen Leiter für USB 2.0 (D+, D-, 5 V und GND) wie erwartet vorhanden. Das „Problem“ ist, dass bei dem extra kurzen Kabel die Abschirmung auf der USB-C-Seite nicht angeschlossen ist. Das hätte ich mit einem einfachen Multimeter gleich feststellen können! Wenn ich nur geahnt hätte, dass das relevant sein könnte. Es überrascht mich, dass mein Telefon weder lädt noch eine Verbindung zum PC aufbaut, nur weil der Schirm des USB-C-Steckers nicht verbunden ist. Ist dieses Verhalten irgendwo in einem Standard definiert? Oder ist mein Pixel 5 einfach wählerisch? Wenn jemand Unterlagen oder Hinweise zu diesem Thema hat – gerne in die Kommentare!. Auf jeden Fall besitze ich jetzt ein praktisches Kabeltestgerät , das sich definitiv als nützlich erweisen wird, um alle verdächtigen Kabel zu überprüfen, die mir begegnen
Saad Imtiaz (Senior Ingenieur, Elektor)
LoRaWAN Sensor Node – All-in-One Upgrade: Ich arbeite derzeit an der nächsten Version des LoRaWAN-Sensorknotens – diesmal mit einem umfassenden Upgrade. Das neue Design integriert alle Komponenten auf einer einzigen Leiterplatte, einschließlich des ESP32-S3, LoRa-Moduls, GPS, einer Schaltung zur Solarladung sowie USB-Ladeunterstützung für den integrierten Akku. Diese kompakte All-in-One-Lösung reduziert nicht nur den Verkabelungsaufwand, sondern verbessert auch die Energieeffizienz und vereinfacht die Installation im Außeneinsatz.
Ein besonderes Highlight dieser Version ist Toshibas TCK126BG – ein Lastschalter-IC mit ultraniedrigem Ruhestrom von nur 0,08 nA und 1,0 A Belastbarkeit in einem extrem kleinen Gehäuse. Ideal zur präzisen Stromsteuerung einzelner Module. Zusätzlich habe ich den MAX31334 RTC mit integriertem Powerschalter eingebaut, der die Stromzufuhr zum ESP32-S3 steuert. Dadurch sinkt der Stromverbrauch im Deep-Sleep-Modus von ca. 8 µA auf bis zu 70 nA – perfekt für energieeffiziente Sensorknoten im Fernbetrieb.
Smart Matter-Gerät – All-in-One Room Controller: Ein weiteres spannendes Projekt auf meinem Tisch ist ein Matter-fähiger Raumcontroller, der direkt in ein Wandschalter-Panel integriert oder mit Geräten wie einer Klimaanlage oder Heizung verbunden werden kann. Diese leistungsstarke kleine Einheit bietet zahlreiche Funktionen:
- Erkennung menschlicher Anwesenheit
- Umweltsensorik mit dem KI-fähigen Sensor von Bosch
- Drei Relais zur Schaltung von AC-Lasten über 5A
- IR-Sender und -Empfänger zur Steuerung klassischer Fernbedienungsgeräte
- Verbrauchsmessung für alle angeschlossenen AC-Lasten
Das Herzstück des Projekts ist der Beetle ESP32-C6, der Matter-Protokoll-Kompatibilität zusammen mit Wi-Fi- und Thread-Unterstützung bietet. Er ist so konzipiert, dass er mit modernen Smart-Home-Plattformen wie Home Assistant, Google Home und Apple Home zusammenarbeitet.
Dieses Projekt wurde von NEXTPCB gesponsert und hergestellt. NEXTPCB kümmerte sich nicht nur um die Leiterplattenproduktion und -bestückung, sondern leistete auch während des gesamten Prozesses hervorragende technische Unterstützung. Von der Klärung von Designdetails bis hin zu regelmäßigen Status-Updates verlief alles reibungslos und höchst professionell. Das Projekt befindet sich derzeit in der Testphase, und ich werde in Kürze einen vollständigen Bericht über die Elektor Labs Platform veröffentlichen. Aber wie immer - hier ist ein kleiner Vorgeschmack!
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