Dieser Teil ist die Bauanleitung für den Arduino-SAM. Hier habe ich hier alle Informationen zusammengestellt die zum Nachbau nötig sind.

Es ist jedem erlaubt den Arduino-SAM für den Privatgebrauch nachzubauen. Allerdings weise ich ausdrücklich darauf hin, dass ich keine Gewähr für die Funktion und entstehende Schäden gleich welcher Art übernehme.

Hier zunächst erst einmal das Wichtigste als PDF zum Herunterladen:

Die Bauteile

Eine Übersicht über die benötigen Bauteile habe ich in der Stückliste zusammengetragen. Da in meinen Augen die Fa. Reichelt der günstigste und zuverlässigste Lieferant von Elektronikkomponenten für Privatleute ist, habe ich versucht möglichst Artikel zu verwenden, welche bei Reichelt erhältlich sind. Dem entsprechend finden sich auch die Reichelt Bestellnummern in der Stückliste. Wer will kann natürlich auch bei anderen Händlern einkaufen. Ich habe versucht möglichst keine Spezialteile zu verwenden um den Nachbau so einfach wie möglich zu gestalten.

Einige Erläuterungen zu den Positionen der Stückliste:

zu Pos. 13 – 16: man kann hier auch auf die Stecker verzichten und das Display und den Drehencoder direkt anschließen

zu Pos. 17: einfach mal nach dem Modul suchen lassen, es gibt viele Lieferanten für diese Module. Dabei bitte das Aussehen mit dem in dieser Anleitung abgebildeten Modul vergleichen, dann findet man schnell das Richtige

zu Pos. 19: im Beispiel habe ich das Gehäuse von Völkner verwendet, da mir dies bedeutend besser als das Teko-Gehäuse gefällt. Wer will kann aber auch das Teko-Gehäuse von Reichelt verwenden oder jedes andere Gehäuse seiner Wahl

zu Pos. 28: für die Verkabelung der Sensoren habe ich dieses Netzwerkkabel genommen und im Außenbereich in Schutzrohr verlegt

zu Pos. 29 – 31: diese Artikel werden für den Anschluß der Sensoren an das Netzwerkkabel benötigt.

zu Pos. 33: diese Sensoren müssen direkt beim Hersteller bezogen werden. Je nach Ausbaustufe werden zwei oder drei Sensoren benötigt

Der mechanische Aufbau

Als erstes habe ich mit dem Gehäuse begonnen. In die Gehäuserückwand kommt ein quadratischer Ausbruch für die USB-Buchse und ein Loch für die Stromversorgung. Dabei aufpassen, dass auf der Seite noch ein Steg ist und die SAM-Platine etwas größer wie der Arduino ist. Hier also etwas Abstand lassen. Weiterhin muss noch ein Ausbruch für die D-SUB Buchse gemacht werden.

Der elektrische Aufbau

Danach geht es an die Bestückung der Platine. Dazu einfach alle Bauteile nach dem Bestückungsplan auf die Platine platzieren und verlöten. Einzig R3 sollte man erst mal unbestückt lassen, wenn ein anders Display verwendet wird. Es kann dann vorkommen, dass für R3 ein anderer Wert verwendet werden muss als angegeben. Diesen muss man dann mit Hilfe des Datenblattes berechnen oder austesten indem man mit 1,5 kOhm anfängt und gegebenfalls langsam verringert bis die Displayhelligkeit in Ordnung ist. Will man das Display und den Encoder direkt anschließen, lässt man einfach die Steckerleisten unbestückt und lötet die Kabel direkt in die Löcher der Steckerleisten an. An die D-SUB Buchse werden acht ca. 15cm lange Kabelreste angelötet und nach Möglichkeit mit Schrumpfschlauch isoliert. Nach Abschluss der Lötarbeiten bitte die Platine mit einem Platinenreiniger reinigen und anschließend die Lötstellen mit der Lupe kontrollieren. So kann man sicherstellen, nicht versehentlich einen Kurzschluss eingelötet zu haben.

Bei der RTC-Platine ist noch folgendes zu beachten: die Platine ist für den Betrieb mit einem Akku Typ LIR2032 konzipiert. Wer die Platine mit einer herkömmlichen Knopfzelle CR2032 betreiben möchte, was sinnvoll ist, der muss zur Deaktivierung der Ladeschaltung den im nachfolgenden Foto gezeigten Widerstand entfernen.

Nun geht es an den Encoder. Hier bitte beachten, dass eine Brücke zwischen dem GND-Anschluss des Tasters und dem Mittenanschluss des Encoders gelötet werden muß.

Der Zusammenbau

Wir sind schon beinahe am Ziel. Alle Elektronikkomponenten sind vorbereitet und wir beginnen mit dem Zusammenbau des Gehäuses. Als erstes kommt der Arduino in das Gehäuse. Dieser wird mit einer Schraube an der hinteren Seite fixiert. Wichtig: an beide Seiten der Schraubverbindung müssen Kunststoffscheiben gelegt werden um eine Verbindung zwischen den Leiterbahnen und der Schraube zu vermeiden.

Im letzten Schritt wird nun die SAM-Platine auf den Arduino Uno gesteckt und die restlichen Bauteile verkabelt. Zur Verkabelung bitte den Steckerbelegungsplan benutzen. Zur Befestigung des Displays an der Frontplatte hat sich doppeltseitiges Montageklebeband bewährt. Der Encoder wird in das entsprechende Loch eingeschraubt aber vorher muss die Achse ca. 5mm gekürzt werden.

Ist alles fertig, sollte das ganze dann so aussehen. Glückwunsch die Hardware ist damit fertig. Wenn jetzt das Steckernetzteil eingesteckt wird, sollten auf der Platine ein paar LEDs leuchten. Wer ein Voltmeter zur Hand hat, stellt am Pin 3 (V0) des Displays mit Hilfe des Kontrastpotis ca. 0,7 V ein. Wenn man kein Voltmeter hat, kann man den Displaykontrast auch nach dem Aufspielen der Firmware nach Gefühl einstellen.

Die Treiberinstallation

um die Firmware aufzuspielen zu können, wird der Arduino Uno zunächst erst einmal über USB mit dem Rechner verbunden. Jetzt sollte sich der VCP-Treiber für das Arduino Board automatisch installieren. Läuft dies nicht automatisch ab, müssen Sie dies per Hand erledigen. Wie dies gemacht wird, hängt unter anderem vom verwendeten Betriebssystem ab und ist im Internet hinreichend dokumentiert sodass ich hier nicht näher darauf eingehen möchte.

Wurde der Treiber richtig installiert, so ist der Arduino Uno im Gerätemanager unter Anschlüsse zu finden. Hier sieht man auch gleich den COM-Port welcher dem SAM zugeordnet wurde. In unserem Fall ist es COM6.

Die Firmware aufspielen

Um die Firmware auf den Arduino Uno aufzuspielen, eignet sich das Programm XLoader sehr gut, welches man im Internet kostenlos herunterladen kann. Dazu einfach eine Suchmaschine bemühen und „XLoader Russemotto“ eingeben.
Die aktuelle Firmwaredatei durch einen Rechtsklick und „Ziel speichern unter“ herunterladen und entpacken. Am besten in das gleiche Verzeichnis, indem sich XLoader befindet.

Nach dem Starten des XLoader erscheint folgendes kleine Menü:

Hier gibt man als „Hex file“ der Speicherort der zuvor entpackten Firmwaredatei an. Unter „Device“ wählt man den Uno, unter „COM port“ den im Gerätemanager ermittelten COM Port des Arduino und unter „Baud rate“ den Wert 115200 aus.

Nun den Programmier-Jumper abzuziehen und auf „Upload“ klicken. Nach ein paar Sekunden sollte in der untersten Zeile „xxxxx bytes uploaded“ erscheinen. Nach dem Aufstecken des Jumpers ist das Gerät betriebsbereit. Auf die gleiche Art und Weise können später auch Firmwareupdates aufgespielt werden.
Hat man die V0 mit einem Messgerät eingestellt, sollte jetzt Beim auf dem Display etwas zu lesen sein. Hat man die V0 noch nicht eingestellt, dreht man einfach das Poti vom Links- bis zum Rechtsanschlag. Wenn der Text auf dem Display optimal lesbar ist, ist auch die korrekte Einstellung des Potis gefunden.

Wenn Sie nun die Displayanzeige vorhanden ist, hat alles geklappt und der Arduino-SAM ist einsatzbereit. Herzlichen Glückwunsch! Die Bedienung sowie die Einstellungen, welche nun zum Betrieb noch nötig sind, kannst Du der Betriebsanleitung (siehe Link ganz oben) entnehmen.

Noch ein paar Infos zum Betrieb des Arduino-SAM:
obwohl für die Messung die sehr genaue und temperaturkompensierte Zeitbasis der RTC benutzt wird, haben Raumtemperaturschwankungen einen leichten Einfluss auf die Messung. Daher sollte der Arduino-SAM in einem Raum stehen, welcher möglichst geringe Temperaturschwankungen über den Tag hat.