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Das Homematic IP Produktportfolio von eQ-3 stellt bereits eine Vielzahl an Wettersensoren zur Verfügung. Neben zwei kompakten Sensoren für Temperatur/Luftfeuchte und Beleuchtungsstärke gibt es seit geraumer Zeit bereits die Kombisensor-Reihe als All-in-one-Paket in drei Ausbaustufen. Der neue Homematic IP Regensensor HmIP-SRD füllt nun eine kleine Lücke des Geräteportfolios ‒ ein superschneller Sensor, der bereits auf kleinste Regenmengen anschlägt, und sich perfekt für Automationsaufgaben im Smart Home Bereich eignet.

In dieser Folge beschäftigen wir uns mit der Hauptseite unserer Visualisierung und fügen nützliche und wichtige Informationen wie Wetterdaten und den Sicherheitszustand (Türen/Schlösser) hinzu.

Für mehr Dimmer-Appeal – der neue Homematic IP Drehtaster mit Tasterfunktion ist die intuitive Alternative zum konventionellen Bedientaster. Der mittels zweier Microzellen batteriebetriebene Drehtaster kann überall dort platziert werden, wo er gebraucht wird, auch im weit verbreiteten 55er-Rahmen eines bestehenden Schalterprogramms. Er verfügt über drei getrennt und vielfältig im Homematic IP System nutzbare Kanäle, die man zum Dimmen oder z. B. auch zum Einstellen der Lamellenposition von Jalousien einsetzen kann.

Die neue Mini-Kreis-LED-Uhr ist ein einfach aufzubauender Bausatz, der mittels einer in der Mitte angeordneten LED-Matrix und eines rundherum geführten LED-Kreis die Uhrzeit in einem schicken Design anzeigt. Neben den weiteren Anwendungsmöglichkeiten als Küchentimer oder Stoppuhr hat der Bausatz zusätzliche Features wie die Möglichkeit zur Anzeige des Datums oder der Temperatur. Technische Besonderheiten sind u. a. ein USB-Eingangsfilter, absetzbare Funktionstasten und ein frei platzierbarer Lichtsensor sowie die Möglichkeit zum Anschluss eines DCF-Moduls.

Mal eben ein neues elektronisches Gerät mit seriellen Daten testen oder am Raspberry Pi angeschlossene Elektronik in das System einbinden und die Daten an andere Empfänger weiterleiten. Oder den Abruf des aktuellen Wetters bis hin zur gesamten Steuerung des Smart Homes – das alles lässt sich mit dem Open-Source-Software-Tool Node-RED realisieren. Und dabei ist die Programmierung nahezu kinderleicht. Denn als visuelle Programmieroberfläche ist bei Node-RED kaum selbst geschriebener Code notwendig. In diesem Beitrag beschäftigen wir uns mit den Grundlagen, der Installation auf einem Raspberry Pi und ersten Anwendungsbeispielen mit diesem universellen Software-Tool.

Die Einfachheit der Mikrocontroller-Boards und der Programmierumgebung hat Arduino in den letzten 15 Jahren zu einem der populärsten Entwicklungstools für Maker, Elektronik-Enthusiasten, Programmiereinsteiger, Künstler und Anwender aus vielen anderen Bereichen gemacht. Millionenfach dürften die quelloffenen Boards – ob original oder als Nachbau – zusammen mit der Arduino IDE als einfache, aber wirkungsvolle Plattform für Projekte aller Art mittlerweile eingesetzt worden sein. Seit letztem Herbst gibt es nun einen Ansatz für eine professionellere Programmierumgebung (IDE) aus dem Hause Arduino [1]. Wir haben uns die Software, die sich noch im Alpha-Stadium befindet, genauer angeschaut.

Biosensorik und Bioelektronik sind vergleichsweise junge Fachgebiete der Elektrotechnik. Aufgrund bahnbrechender Entwicklungen in der allgemeinen Messtechnik konnten auch im biomedizinischen Bereich enorme Fortschritte erzielt werden. In den folgenden Ausgaben des ELVjournals soll die Bioelektronik daher etwas genauer betrachtet werden. Im ersten Beitrag stehen die Themen Gehör und Akustik im Fokus. Neben der Ton- oder Klangerzeugung und Audioverstärkern wird auch ein Do-it-yourself-Hörtestgerät zur Bestimmung des Hörfrequenzgangs vorgestellt. Dieses erlaubt insbesondere den Nachweis für die Abnahme der Hörfähigkeit mit zunehmendem Alter.

Nachdem im vorhergehenden Beitrag zu dieser Reihe Gehör und Akustik im Vordergrund standen, sollen in diesem Artikel verschiedene physiologische Parameter genauer betrachtet und elektronisch erfasst werden. Insbesondere die folgenden Werte können bereits mit vergleichsweise einfachen elektronischen Mitteln gemessen werden: Hautleitfähigkeit, Hauttemperatur und Herzfrequenz.

Mit dieser Lochrasterplatine ist es möglich, Schaltungen direkt von einem Steckboard auf eine Platine zu übertragen. Aus einer Versuchs- oder Experimentierschaltung wird dann ein stabiler, verlöteter Aufbau. Die Lochrasterplatine PAD5 hat identische Abmessungen und Bohrungen wie viele Steckboards (Breadboards) mit 830 Kontakten (siehe Anwendungsmöglichkeiten). Als besonderes Feature ist das PAD5 mit einer Spannungsversorgungseinheit ausgestattet, die auch separat betrieben werden kann.

Beim Entwurf elektronischer Schaltungen ohne deren Simulation ist der Entwickler auf einen aufwendigen, mehrfach zu durchlaufenden Zyklus angewiesen. Dieser besteht aus Entwurf, Aufbau, Analyse und daraus gewonnenen Modifikationen der Schaltung, bis das Analyseergebnis deren gewünschte Funktion bestätigt. Mit der Unterstützung durch Computer und modellierte elektronische Bauelemente lässt sich das Verhalten einer Schaltung simulieren und die daraus gewonnenen Erkenntnisse können zeitsparend in das Zielergebnis umgesetzt werden.

In der modernen Elektronik wird zur Stromversorgung der unterschiedlichsten Funktionsbaugruppen eine Vielzahl von Gleichspannungen in einem breiten Leistungsspektrum benötigt. Sie leiten sich zumeist von einer Eingangsgleichspannung ab, die möglichst verlustarm in die gewünschte Zielgleichspannung konvertiert wird, woraus sich die Bezeichnung DC-DC-Converter (DDC) herleitet.

Sensoren sind die Sinnesorgane der Elektronik – im Zusammenspiel mit Mikrocontrollern und heute relativ einfach nutzbaren Programm-Entwicklungsumgebungen eröffnen sich dem Anwender faszinierende Möglichkeiten. In unserem Sonderteil betrachten wir, ohne einen Anspruch auf Vollständigkeit, eine Reihe interessanter Sensoren, ihre Daten, Technik, Aufbau und praktische Anwendungsmöglichkeiten. Damit weisen wir Mikrocontroller-Einsteigern den Weg hin zu eigenen Lösungen und erfahrene Anwender erhalten eine kompakte Zusammenfassung inklusive umfangreicher Quellenhinweise als konzentriertes Nachschlagewerk. Zu allen besprochenen Sensoren zeigen wir verschiedene, für jeden zugängliche Softwarelösungen für die verbreitetsten Mikrocontrollerumgebungen, also Arduino/AVR, ESPxx, Raspberry Pi und zum Teil weitere wie STM32. Aufgrund der einfachen Handhabbarkeit, vor allem auf Steckboards, stellen wir, wo möglich, Breakout- Boards mit kompletten, einsatzfähigen Sensorschaltungen vor, die schnell per Stiftleiste einsetzbar sind. Das Anlöten einer Stiftleiste bleibt dann auch nahezu die einzige Lötarbeit, wenn man Steckboards benutzt. Die notwendigen peripheren Teile können aus der Prototypenadapter- und Experimentierboard-Reihe (siehe Anhang) entnommen bzw. die Schaltungen mit diesen realisiert werden.

BBC micro:bit und Calliope mini sind kleine, recht komplett ausgestattete Mikrocomputer-Plattformen, die, ergänzt durch auch für jüngere Schüler leicht beherrschbare-Code-Editoren, speziell für den Einsatz im Bildungsbereich konzipiert sind. Sie erlauben den ad-hoc-Einstieg in die Computerprogrammierung, machen es Lehrkräften einfach, Schülern das Programmieren nahezubringen. Eine umfangreiche Unterstützung renommierter Organisationen liefert dabei reichlich Rückenwind. Inzwischen sind die Plattformen wegen der reichhaltigen Ausstattung auch für den programmierenden Elektroniker interessant ‒ wir betrachten Technik, Programmier- und Erweiterungsmöglichkeiten.

Im vorangegangenen Beitrag dieser Serie waren Lautsprecher das zentrale Thema. Der folgende Beitrag befasst sich mit dem praktischen Einsatz von Lautsprechern, nämlich zu Beschallungszwecken, und zwar sowohl im Freien als auch in geschlossenen Räumen. Beide Fälle unterscheiden sich durch verschiedene Ausbreitungsgesetze und Effekte.

Akustische Aspekte und der Wunsch nach Wohlfühlen in Räumen – halb offenen oder geschlossenen – haben das Bauwesen von Anbeginn geprägt, und zwar angefangen bei den Amphitheatern im alten Rom bis hin zu unseren heutigen, modernen Gebäuden mit ihrem Komfort, in denen wir leben, arbeiten und unsere Freizeit verbringen.

Für viele mobile Anwendungen sind Primärzellen (umgangssprachlich „Batterien“) die am besten geeignete Energiequelle. Doch worauf muss man bei der Auswahl dieser Energiespender achten? Ist jeder Typ für jede Anwendung gleich gut geeignet? Wir beleuchten in unserem Grundlagenbeitrag die Eigenschaften dieser Energiespeicher, vergleichen die Entladecharakteristiken der unterschiedlichen Batterietypen in Bezug auf Chemie, Strombelastung und Umgebungstemperatur und gehen auf die Problematik von Leckagen ein.

Der übliche Weg, Arduino & Co zu programmieren, führt meistens über die Verbindung des Entwicklungsboards per USB-Kabel direkt an den Rechner. Doch was, wenn man für sein Projekt einen Mikrocontroller nutzen möchte, auf dem beispielsweise noch kein Bootloader aufgespielt ist? Miguel Köhnlein und Michael Gaus nutzen dafür einen Arduino Nano als ISP-Programmer (ISP = In-System-Programming) und werfen zudem noch einen Blick auf das Programmiertool BitBurner.

Der kompakte Schaltaktor für die Hutschiene ist ein vielseitiger Ersatz für herkömmliche Treppenlicht-Zeitschalter oder Stromstoßschalter und kann per Funk mit einer Fülle von Homematic IP Sendern angesteuert werden. Über eine Zentrale lässt sich der Aktor ebenfalls bedarfsgerecht steuern und die mit Sendern erstellten Verknüpfungen gewohnt vielfältig konfigurieren. Der potentialfreie Relaiskontakt des nur 1 TE breiten Geräts sorgt ebenfalls für einen sehr breiten Anwendungsbereich.

In der Haustechnik-Praxis gibt es immer wieder die Aufgabe, die Lage und Bewegung von Gegenständen zu erfassen und zu melden. Dies kann das Garagentor genauso sein wie die Briefkastenklappe oder die Überwachung einer gegen Einbruch angebrachten Kellerschachtabdeckung. Der Neigungs- und Erschütterungssensor HmIP-STV ist genau für diese und andere Meldeaufgaben konzipiert. Er ist durch Batteriebetrieb an beliebigen Orten einsetzbar, mit stromsparender Sensorik ausgestattet und kann vielfältig an seine konkrete Aufgabe angepasst werden.

In dieser Folge zeigen wir ein Beispiel für eine Grafik mit „eingebauten“ Visualisierungen von Zuständen sowie Auswahlmöglichkeiten für Geräte oder Seiten aus der Grafik heraus.

In dieser und der nächsten Folge zeigen wir, wie man in Kombination mit mediola AIO CREATOR NEO und der Smart Home Zentrale CCU2/ CCU3 mit Scriptprogrammierung ein System für ein variables Szenenhandling auf die Beine stellt.

Unser neuer Bausatz MMind ist ein Spieleklassiker aus den 1970er-Jahren ‒ umgesetzt mit aktueller digitaler Elektronik ‒, der für herausfordernden Knobelspaß sorgt. Er verspricht nicht nur spannende Unterhaltung für 1 bis 2 Spieler, sondern ist mit seinen insgesamt 84 LEDs auch eine gute Lötübung, die für den fortgeschrittenen Löter kein Problem darstellt. Schaffen Sie es, in zehn Zügen die vom Mitspieler oder Mikrocontroller vorbestimmten Farben auf vier Positionen zu erraten?

Der PID-Regler ist gewissermaßen die hohe Schule der Regelungstechnik. Statt nur wie ein einfacher Regler einen Prozess mit einer einzigen Regelgröße nachzuregeln, kann ein PID-Regler die Vorzüge mehrerer Einzelregelungen in sich vereinigen und so genau auf die anfallenden Anforderungen eingestellt werden bzw. schnell auf Störungsgrößen reagieren. Wir stellen sein Arbeitsprinzip vor und zeigen anhand zahlreicher nachvollziehbarer Projekte auf, wie man eine PID-Regelung in Mikrocontroller-Umgebungen realisieren kann.

Im ersten Teil dieser Serie über geschaltete Spannungswandler haben wir uns ausführlich mit dem Buck-Convertertyp beschäftigt. Sein ideales Umsetzverhältnis M(D) = Vout/Vin ist gleich dem Tastverhältnis D = Ton/ (Ton+Toff) (Duty-Cycle). Weil D nur Werte zwischen 0 und 1 annehmen kann, ist die Ausgangsspannung Vout des Buck-Converters stets ein Bruchteil der Eingangsspannung Vin (Vout = M(D) · Vin, 0 < M(D) = D < 1).

Unser Gehör ist eines unserer wichtigsten Sinnesorgane. Kinder, die ohne oder mit eingeschränktem Hörvermögen geboren werden, haben Schwierigkeiten, sprechen zu lernen. Mit dem verminderten Gehörsinn gehen Verständnis- und Verständigungsschwierigkeiten einher. Nicht umsonst leitet sich der Begriff „doof" von dem Wort „taub" ab. Im Vergleich zu unserem Auge, das sichtbares Licht mit Wellenlängen zwischen etwa 380 nm und 780 nm wahrnimmt, was nur einer Oktave entspricht, ist unser Ohr in der Lage, Frequenzen zwischen etwa 20 Hz und bis zu 20 kHz wahrzunehmen. Das entspricht einem Frequenzumfang von etwas mehr als 10 Oktaven. Man spricht hier auch vom Hörfrequenzbereich."

In diesem Beitrag zum Thema Bioelektronik geht es um die Erfassung der vom menschlichen Körper erzeugten elektrischen Potentiale. Die Messung und Analyse biologischer Signale liefert Informationen über Vitalfunktionen, die sowohl in der medizinischen Diagnostik, zur Kontrolle von Therapien, aber auch im technischen Bereich verwendet werden können. Die Einsatzgebiete reichen vom Herzschrittmacher über die Mensch-Maschine-Kommunikation bis hin zur Entwicklung moderner funktioneller Prothesen.

Die Kombination eines Mikrocontrollers mit einer Kamera, die mit der Etablierung des Raspberry Pi in die Selbstbau-Szene eingezogen ist, erfreut sich ungebrochener Beliebtheit. Und spätestens mit dem Erscheinen der auf der leistungsstarken 32-Bit-Plattform ESP32 von Espressif basierenden, äußerst preiswerten Mini-Kameramodule ist diese Technik für jeden interessant, der sich mit Mikrocontroller-Anwendungen beschäftigt. Wir stellen die Plattform ESP32-CAM vor.

Im ersten Teil des Beitrags zu Node-RED haben wir uns mit der Installation und den Grundlagen des praktischen Prototyping- Tools beschäftigt. Diesmal wollen wir uns die Möglichkeiten anschauen, elektronische Bauteile in Node-RED zu integrieren. Zum einen schließen wir dabei direkt Bauteile an den Raspberry Pi, auf dem unser Node-RED läuft, an. Zum anderen nutzen wir einen Arduino-Mikrocontroller, den wir seriell verbinden, und zeigen schließlich mit einem ESP32 eine über Funk verbundene Internet-of-Things-Variante.

In jeder Minute holt ein erwachsener Mensch etwa 12 bis 18 Mal Luft ‒ pro Atemzug atmen wir dabei einen halben Liter Luft ein und aus, das sind rund 10.000 Liter pro Tag. Je nach Belastung beispielsweise bei Sport oder schwerer Arbeit liegt dieser Wert noch deutlich darüber. Wir sollten daher genau darauf achten, wie es um die Qualität dieses lebensnotwendigen Mediums in unserer Umgebung bestellt ist. Mit unserem neuen Homematic IP Feinstaubsensor-Bausatz können wir eine der wichtigsten Schadstoffarten in der Luft genau analysieren und diese Messwerte in unserem Smart Home System auswerten.

In dieser letzten Folge der Reihe wird das Szenehandling mithilfe der Homematic CCU Scriptprogrammierung so erweitert, dass Szenen ohne Eingriff in die Programmierung verändert und gespeichert werden können.

Der neue ELV Mikrofonverstärker SMV5-2 ist eine Weiterentwicklung des SMV5 aus dem ELVjournal 5/2006 und durch die zahlreichen Einstellmöglichkeiten für den Amateurfunkbereich optimiert. Mittels Trimmer können jetzt zusätzlich Kompressionsfaktor und Ausgangspegel eingestellt und so bestens an die angeschlossenen Komponenten bzw. Umgebungsbedingungen angepasst werden.

Dass das Führen von Fahrzeugen im Straßenverkehr unter Alkohol oder Drogen verboten ist, dürfte den meisten Menschen bekannt sein. Neben diesen Faktoren gibt es jedoch viele weitere Einflüsse, welche die Wahrnehmungs- und Reaktionsfähigkeit einschränken. Diese Faktoren werden häufig unterschätzt. Aber nicht nur im Verkehr, auch bei anspruchsvollen Tätigkeiten im beruflichen Umfeld ist ein gutes Reaktionsvermögen unabdingbar. In diesem Artikel zur Serie Bioelektronik sollen daher Geräte und Methoden vorgestellt werden, die es erlauben die Reaktionsgeschwindigkeit zu messen. Natürlich können die hier verwendeten Verfahren keine absolut zuverlässigen Aussagen über die Arbeitsfähigkeit oder die Verkehrstauglichkeit einer bestimmten Person zu einem gegebenen Zeitpunkt liefern. Vielmehr zeigen die Methoden einige quantitative Anhaltspunkte auf, die auf stressbedingte Erschöpfung oder allgemeine Müdigkeitserscheinungen hindeuten.

Mit der Arduino IDE steht eine Programmierplattform für die Arduino-Entwicklungsboards, die hauptsächlich auf Microchip-Prozessoren (ehemals Atmel-Prozessoren) basieren, zur Verfügung. Mit der Zeit sind auch andere Mikrocontroller wie ESP8266/ESP32 von Espressif in diese Entwicklungsumgebung integriert worden. Wir zeigen in unserem praktischen Beispiel anhand der Programmierung des kostengünstig erhältlichen Einsteiger-Oszilloskops DSO138, wie man auch mit STM32-/STM8-Controllern von STMicroelectronics diese Plattform nutzen kann. Dabei lernen wir nicht nur mehr über die notwendige Toolchain, sondern verbessern auch noch die Funktionen des DSO138 mit einer Open-Source-Firmware.

Wenn man von Schallschutz spricht, meint man meist den Schutz vor „Lärm“, ein Begriff, der wiederum etwas zu tun hat mit dem Schutz vor lästigem oder im Extremfall sogar „ohrenbetäubendem Krach“, wie er früher oft in Verbindung gebracht wurde mit Kriegsgeschrei. Das Wort selbst hat nämlich seine Wurzeln im italienischen „all’arme“ (zu den Waffen, Alarm!). Gemäß unserer heute gängigen Definition wird Lärm als unerwünschter Schall (oder Geräusch) bezeichnet, der „Nachbarn oder Dritte stören, gefährden, erheblich benachteiligen oder erheblich belästigen kann“.

In den ersten beiden Beiträgen zu Node-RED haben wir uns mit der Installation und den Grundlagen des praktischen Prototyping- Tools vertraut gemacht sowie Möglichkeiten angeschaut, elektronische Bauteile in Node-RED zu integrieren. Im letzten Teil werfen wir einen Blick unter die Haube und schauen uns Beispiele für praktische Anwendungen und Automatisierungen an.

Das Fernauslesen des Stromzählers ist die bequeme und komfortable Variante, den Überblick über den Stromverbrauch im Haus zu erhalten. Die aufbereiteten Daten kann man dann einfach an einer zentralen Stelle anzeigen lassen, über Software-Programme beispielsweise grafisch visualisieren und analysieren. Unser USB-IEC-Interface erfasst die über eine optische Schnittstelle ausgegebenen Daten und gibt sie über eine USB-Schnittstelle aus. Mit zum Teil als Freeware erhältlicher Software eröffnen sich Möglichkeiten der Kommunikation über dieses Interface und der Datenverarbeitung z. B. auf einem PC oder Raspberry Pi.