Fachbeiträge

Für den Datenaustausch zwischen Geräten gibt es eine Vielzahl von Protokollen. Im rasant wachsenden Internet der Dinge (IoT) wird ein Protokoll aufgrund seiner besonders für energiesparende Sensoren geeigneten Eigenschaften häufig genutzt: MQTT. Wie das Protokoll aufgebaut ist, welche Möglichkeiten es bietet und wie man es in der Praxis anwendet, zeigen wir in diesem Grundlagenbeitrag.

Zielstrebiges Arbeiten zahlt sich aus ‒ unser „Jugend forscht”-Protagonist Nick Pfeiffer hat nach einem zweiten Platz im Regionalwettbewerb 2018, dem drei Regionalsiege und ein zweiter Platz im Landeswettbewerb 2019 folgten, nun als seinen bisher größten Erfolg den Landessieg im Fachgebiet Technik in Baden-Württemberg erringen können. Unser Glückwunsch geht an den erfolgreichen jungen Forscher!

Mit unserer Experimentierplattform ELV-LW-Base steigen wir in die Welt von LoRaWAN® ein – einer faszinierenden Kombination aus Funk- und Netzwerktechnologie, die mit wenig Energie Daten über weite Strecken in einem lizenzfreien Frequenzband übertragen kann. Die möglichen Anwendungen sind beeindruckend vielfältig: vom Temperatursensor auf dem freien Feld über den Tracker, der jede Art von Gegenstand per angeschlossenem GPS verfolgbar macht, bis zum Parkplatzsensor, der zukünftig ein intelligentes Parkraum-Management in Städten ermöglicht. Die übermittelten Daten sind dabei Ende-zu- Ende verschlüsselt. Die ELV-LW-Base stellt mit dem im Funkmodul enthaltenen System-on-Chip (SoC) von STMicroelectronics die Basis-Funktionalität zur Verfügung – die Funk-Anbindung an LoRaWAN®. Das SoC beherbergt aber auch die Anwendung, die bei unserer ELV-LW-Base bereits eine Firmware enthält, die den Anschluss von zwei Tastern und einem Output ermöglicht, später aber an andere Anwendungen und weitere aufsteckbare Module angepasst werden kann.

Wichtige Raumklimawerte unter Kontrolle ‒ vom Keller bis ins Dachgeschoss. Genau dies ist die Aufgabe der eleganten Funk-Raumklimastation RoomLogg PRO (868 MHz). Mit bis zu acht Funksensoren lassen sich das Klima in mehreren Räumen im Eigenheim/der Wohnung anzeigen, der Verlauf visualisieren und die Daten aufzeichnen. Über Tabellenkalkulationsprogramme oder die zur Raumklimastation gehörende Windows-PC-Software lassen sich die gesammelten Daten extern auswerten. Durch individuell einstellbare Alarmwerte können Sie das Wohnraumklima überwachen, um so Schimmelbildung und Unwohlsein vorzubeugen. Wir baten fünf Leser, die Station auf Herz und Nieren zu testen.

Der WLAN-Stromzählerausleser poweropti ermöglicht das einfache Auslesen des Stromzählers aus der Ferne. Ins eigene WLAN eingebunden, liefert der auf die optische Schnittstelle elektronischer Stromzähler aufgesetzte Ausleser die Verbrauchsdaten auf das Smartphone. Über eine API ist auch die Einbindung in Smart Home Plattformen möglich. Großer Vorteil vor vielen anderen Smartmetern: Es ist kein Eingriff in die Hausinstallation nötig.

Einen 6-fach-Taster kann man im Smart Home System immer wieder gebrauchen, denn er kann quasi alle wichtigen Bedienfunktionen in einem Raum in einem sehr kompakten Gerät zusammenfassen, etwa für Licht, Rollladen und Heizung.

In unserem Projekt „Betonklotz-Style für Homematic IP Unterputzgeräte“ zeigen wir, wie man Unterputzgeräte in einen kleinen Betonkubus einbauen und so auch außerhalb der normalen Installation in Schalterdosen verwenden kann. Damit lässt sich der Einsatzbereich und Standort vieler Geräte wie beispielsweise des Homematic IP CO2-Sensors HmIP-SCTH230 oder des Schaltaktors für Markenschalter mit Signalleuchte HmIP-BSL verändern, die normalerweise nur in einer Unterputzdose in der Wand genutzt werden. In unserem Beitrag zeigen wir, welches Material zum Bau dieser besonderen Gerätegehäuse notwendig ist, worauf man dabei achten muss, und beschreiben Schritt für Schritt den Nachbau.

Warum gibt es ein Interesse an „alten“ Röhrenradios? Eigentlich sollten diese Geräte längst in Vergessenheit geraten sein, vor allem bei den heute scheinbar unbegrenzt zur Verfügung stehenden Medien- quellen. Tatsache ist, dass die Nachfrage nach Röhrenradios groß ist. In den letzten Jahren haben sich immer mehr Menschen der Aufgabe verschrieben, diese alten Radios wieder zum Leben zu erwecken. Die einen restaurieren sie zu voll funktionsfähigen Geräten, die so gut funktionieren wie zu ihrer Zeit oder sogar besser, die anderen machen sie einfach zu dekorativen Designobjekten für schicke Wohnräume oder Büros.

Im ELVjournal 2/2021 haben wir den neuen ELV Bausatz Universelles Energy Harvesting Modul UEH80 vorgestellt. Der Bausatz dient dazu, aus der von der Sonne abgestrahlten Energie mithilfe von Solarmodulen einen angeschlossenen Energiespeicher aufzuladen. Gleichzeitig stehen an zwei Ausgängen Spannungen zur Verfügung, die beispielsweise zur Versorgung von energiesparenden Sensoren oder Mikrocontrollern genutzt werden können. In dieser Ausgabe des ELVjournal folgt nun ein Projekt, das die Anwendung des Bausatzes in einem praktischen Beispiel zeigt.

Wasserschall besteht seiner physikalischen Natur nach aus mechanischen Schwingungen, die sich, wie der Name schon sagt, im Wasser, aber auch in anderen Flüssigkeiten ausbreiten können. Genauso wie beim Luftschall werden diese Schwingungen durch zwei Feldgrößen vollständig beschrieben, nämlich durch den Schalldruck p und durch die Schallschnelle v. Letztere ist eine vektorielle Größe. Beim Wasserschall ist der Schalldruck ein Wechseldruck, der in Gewässern dem tiefenabhängigen hydrostatischen Druck p_ überlagert ist.

Unser neues 32-teiliges CMOS-Logiklevel-Modul- und Funktionsplatinen-Set PAD6 ermöglicht Logikschaltungen auf dem Breadboard. Das typische Prototypenadapter-Format gewährt die Steckbrett-Kompatibilität von Bauteilen, die nicht im üblichen 2,54-mm-Rasterformat vorliegen oder nicht mechanisch passen. Zudem sind durch die aufgedruckten Anschlussbeschriftungen alle Funktionen auf einen Blick ersichtlich. Im zweiten Teil der Vorstellung des neuen Bausatzes schauen wir uns die übrigen Module wie u. a. Dezimalzähler, Schieberegister, BCD-zu-7-Segment-Decoder, LED-7-Segment-Anzeige und Logiklevel-Anzeige (8-fach) an.

Das Internet der Dinge (engl. Internet of Things, IoT) besteht aus Objekten in drahtgebundenen und drahtlosen Netzwerken, die eingebettete Technologien zur Kommunikation nutzen. Zu den bekannten Funktechniken gehören Wi-Fi und Bluetooth. Sie werden mittlerweile fast überall in unseren Smartphones, Tablets, Fernsehern, Internetradios, Küchenmaschinen, Smartwatches und Sportgeräten verwendet. In diesem Beitrag stellen wir mit LoRa bzw. LoRaWAN® eine sehr stromsparende Funk-Technologie vor, die bei niedrigem Datendurchsatz sehr stromsparend Daten über weite Strecken übermitteln kann.

Klein, aber oho – das beschreibt unseren neuen Bausatz Mini-Voltmeter MVM1 auf treffende Weise. Das Modul mit den Abmessungen 40 x 30 mm kann an zwei Eingängen Spannungen bis 40 Volt messen und besitzt zur Anzeige ein hochwertiges TFT-Display mit 80 x 160 Pixeln (0,96"). Dabei können über zwei Tasten verschiedene AnzeigemModi (Digital, Analog, Bargraph, Plotter) ausgewählt werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die Messwerte über die UART-Schnittstelle auszulesen. Die Auflösung der Messwerterfassung liegt im Millivoltbereich, die Genauigkeit wird über eine sehr präzise Spannungsreferenz und einen 12-Bit-ADC im Mikrocontroller ermöglicht. Das Modul kann als Stand-alone oder auf einem Breadboard eingesetzt werden.

Schafft man sich heute ein Auto an, kommt man um das Thema Fahrer-Assistenzsysteme nicht herum – von der einfachen Rückfahrkamera bis zum High-End-Assistenzsystem, das teilautonomes Fahren ermöglicht. Assistenzsysteme machen das Fahren im heutigen hochkomplexen Verkehrsgeschehen sicherer und bequemer. Im zweiten Teil zu den Fahrer-Assistenzsystemen schauen wir uns die verschiedenen Technologien an, die eine einwandfreie Sicht auf die anderen Verkehrsteilnehmer ermöglichen und für eine gute Erkennbarkeit des eigenen Fahrzeugs sorgen. Außerdem geht es um das ökonomische und sichere Fahren, bei dem die intelligenten Assistenten beispielsweise in Gefahrensituationen mitdenken oder durch Sensoren optimale Voraussetzungen für die Teilnahme am Straßenverkehr schaffen, sowie um einen Überblick, was heute schon mit Kamerasystemen am Fahrzeug möglich ist.

Das Experimentierset-Prototypenadapter besteht aus zahlreichen Bauteilen, die für grundlegende Experimente in der Elektronik genutzt werden können. Mit insgesamt 45 Bauteilen wie Kondensatoren, Doppelklemmen, LEDs, Widerständen/ Potentiometern, Transistoren, MOSFETs, NTC, Taster, Relais, ICM7555, Micro-USB-Buchsen-Platine, Spannungsschiene und Piezo-Summer lassen sich zahlreiche Schaltungen auf dem im Set enthaltenen Breadboard und dem Kabelset realisieren.

Das Thema „Künstliche Intelligenz“ (auch KI oder AI für engl. Artificial Intelligence) wird seit längerer Zeit intensiv in allen Medien diskutiert. Die Vision, dass in naher Zukunft Roboter, Computer oder ganz allgemein Maschinen „intelligent“ sein sollen, bewegt viele Menschen mehr als jede andere technische Entwicklung. Dabei steht die Frage im Brennpunkt, ob Maschinen tatsächlich jemals wirklich selbstständig lernen oder sogar intelligent sein können.

Das hochwertige TrueRMS-Tischmultimeter verfügt über ein großes, gut ablesbares Display und eine USB-Schnittstelle, über die das Messgerät mit einem PC fernbedient und ausgelesen werden kann. Zusätzlich zu den exakten Messergebnissen mit geringer Messkreisbelastung bietet das Gerät Bauteiltests wie z. B. Induktivitätsmessungen, aber auch Transistor- und Thyristortestfunktionen. Wir baten vier Leser, das vielseitige Gerät ausführlich zu testen.

Die Funktion digitaler Schaltungen zu kennen, gehört zu den Grundkenntnissen moderner Elektronik. Das Digital-Experimentierboard macht den Aufbau, den Test und Experimente mit digitalen CMOS-Schaltungen einfach – ein Werkzeug sowohl für den privaten Laboreinsatz als auch für die Ausbildung. Das DEB100 ist ein Experimentiersystem aus unserer eigenen, sehr erfolgreichen Experimentier- und Prototypen-Board-Reihe. Sieben Leser erhielten den Bausatz für einen Test – wir waren gespannt auf die Antworten zu unserem umfangreichen Fragenkatalog.

Es war ein Paukenschlag für die Mikrocontroller-Community, als James Adams von der Raspberry Pi Foundation Ende Januar 2021 den Verkaufsstart des brandneuen Raspberry Pi Pico (RPi Pico) bekannt gab. Der RPi Pico sieht ganz anders aus als der gewohnte komplette Single-Board-Computer. Der ist ein vielseitiges Mikrocontroller-Board mit einem eigens entwickelten Prozessor, dem RP2040 mit Dual-Core-ARM-Prozessor, reichlich Anschlussmöglichkeiten und UF2-Unterstützung für die einfache Drag-and-drop-Programmierung. Wir stellen das neue Board kurz vor.

Der neue Bausatz HmIP-USBSM ist ein Homematic IP Schalt-Mess-Aktor, der zwischen eine USB-Spannungsquelle und ein USB-Gerät gesteckt wird, um die Spannungsversorgung mittels Homematic IP zu schalten. Außerdem misst der HmIP-USBSM die Spannung und den aufgenommenen Strom und stellt diese Daten dem Homematic IP System zur Verfügung. Somit kann z. B. die aktuelle Leistungsaufnahme angezeigt oder bei Unter-/Überschreiten eines eingestellten Stromwerts die Spannungsversorgung abgeschaltet werden. Zusätzlich kann der Verbraucher direkt am HmIP-USBSM per Taster ein- und ausgeschaltet werden.

Schafft man sich heute ein Auto an, kommt man um das Thema Fahrer-Assistenzsysteme nicht herum – die gibt es von der einfachen Rückfahrkamera bis zum High-End-Assistenzsystem, das teilautonomes Fahren ermöglicht. Assistenzsysteme machen das Fahren im heutigen hochkomplexen Verkehrsgeschehen sicherer und bequemer. Eng mit diesem Thema verwandt ist auch das des Bedienkomforts und der Ergonomie in modernen Fahrzeugen, was allerdings mitunter auch Kontroversen hervorruft. Wir unternehmen einen Streifzug durch diese Themen, unterfüttert mit eigenen Erfahrungen mit verschiedensten Fahrzeugtypen und Systemen.

Unser neues 32-teiliges CMOS-Logiklevel-Modul- und Funktionsplatinen-Set PAD6 ermöglicht Logikschaltungen auf dem Breadboard. Das typische Prototypenadapter-Format gewährt die Steckbrett-Kompatibilität von Bauteilen, die nicht im üblichen 2,54-mm-Rasterformat vorliegen oder nicht mechanisch passen. Zudem sind durch die aufgedruckten Anschlussbeschriftungen alle Funktionen auf einen Blick ersichtlich. So sind Experimentierschaltungen einfach und übersichtlich realisierbar. In Kombination mit den bereits als Bausatz angebotenen Prototypenadapter-Sets PAD1‒4 [1] erweitern wir damit die Möglichkeiten für Breadboard-Experimentierschaltungen um Logikmodule. Zudem können Schaltungen, die auf unserem Digital-Experimentierboard DEB100 [2] getestet wurden, nun auch mit Einzelmodulen auf dem Steckbrett nachgebaut werden.

Die Erstellung einer Elektroenzephalografie (EEG) ist ist die Königsdisziplin in der Bioelektronik. Die Signale des menschlichen Gehirns sind wesentlich schwerer zu erfassen als Herz- oder Muskelpotenziale. Die Signalformen sind deutlich komplexer, daher ist ihre Auswertung mit erheblich größerem Aufwand verbunden.

Unser Leser Jens-Peter Stern hat bereits zwei Mal über sein mittlerweile mehr als sieben Jahre laufendes Projekt seiner mit Homematic Geräten ausgestatteten Heim-Sauna berichtet. Zuletzt hat er im ELVjournal 2/2020 beschrieben, wie er einen Timer, ein Audiosystem mit Präsenzsteuerung und die Integration von Parametern wie Temperatur, Luftfeuchte und Türzustand für seine Sauna realisiert hat. Nun hat nicht jeder eine Sauna im Haus, und doch bietet dieses langjährige Projekt so viele Anregungen für Automatisierungen, dass wir es gerne weiterbegleiten und die technischen Finessen dazu zeigen.