Step4: Elektronik

Wie schon erwähnt, ist das Ziel meines kleinen Abfall-Eimer Projektes, nicht ein möglichst ausgereifter Droide, der für mich die Dunkle Seite der Macht bekämpft und nebenbei die Hausarbeit erledigt, sondern lediglich ein witziger Einrichtungsgegenstand, der seine Primärfunktion immer noch im sammeln von Abfall hat.
Um das Ganze jedoch etwas ansehnlicher zu gestalten, habe ich mich dazu entschlossen, dem Ganzen die richtige “Soundkulisse” zu verleihen.
Zusätzlich zu den typischen R2-D2 Geräuschen (was meist ein typisches Gepiepse ist) soll der Eimer auch noch ein bisschen blinken und leuchten um etwas Pseudo-Intelligenz vor zu täuschen.

Der Plan

Erst einmal denkt man bei so einem Vorhaben ja an einen Arduino! Ich hatte auch noch einen rumliegen (Arduino-Mini), welcher die gewünschten Funktionen definitiv auch leisten könnte, allerdings scheiterte ich an den Tönen. Es gibt zwar Möglichkeiten aus einem Arduino mittels den richtigen Bibliotheken auch “Töne” zu generieren und über einen Lautsprecher aus zu geben, allerdings ist dies dann tatsächlich “wildes Gepiepse” welches zufällig generiert werden muss.
Eine Digitalisierung von original-Tönen, ist zwar möglich, allerdings viel zu speicherintensiv als, dass man dies alles auf einem Arduino unterbringen könnte. Leider musste ich den Arduino-Plan daher schnell wieder verwerfen…
So habe ich mich etwas um gesehen und bin bei der Seite “voicemodul.de” gelandet, wo ich bei einem Modul names “FN-TG01(-Touch)” hängen geblieben bin, welches bei 9-24V und <500mA “Working-Current” über einen 8MB internen MP3 Speicher verfügt und auch noch externe Geräte wie z.B. LEDs ansteuern kann,sobald eine MP3-Datei abgespielt wird. Die Lautstärke ist mittels Poti regelbar und der Audio-Ausgang ist auf 10/15Watt 8 Ohm ausgelegt.
Quasi ideal für meinen Anwendungszweck, allerdings auch nicht ganz billig. Inklusive MwSt., Versand und einem Lautsprecher schlugen so 32€ zu buche. Aber der Funktionsumfang passte einfach so gut auf meine Anwendung, dass ich den Preis in Kauf nahm.

Als Beleuchtung, habe ich mir den bereits aufgebauten “Holoprojektor” als auch einen immer wieder aufblinkenden roten Punkt unter dem eigentlichen “Auge” von R2-D2 ausgesucht.

Ich wollte keine komplizierte Schaltung aufbauen, nur um eine LED zum blinken zu bringen… daher habe ich mir ein Blinklicht gekauft, welche es für Haustiere gibt, damit diese Nachts im Staßenverkehr nicht überfahren werden. Dies schien hervorragend geeignet, hatte mehrere, über einen Taster anwählbare Modi und lief mit 6V (2 Knopfzellen)… und wurde unvorhergesehener Weise auch zu meinem größten Problem bei der ganzen Geschichte.

Erste Inbetriebnahme:

Als das Soundmodul eintraf (übrigens erstaunlich schnell!) habe ich gleich meine vorbereiteten R2-D2 Sounds hochgeladen und auf einem Breadboard einen fliegenden Aufbau mit einem 9V Block, dem Soundmodul, meiner LED für den Holoprojektor und dem Blinki gemacht. Als Schalter habe ich erst einmal einen Taster verwendet. Überraschender Weise, funktionierte das Ganze auf Anhieb erstaunlich gut! Der Sound wurde wiedergegeben sobald der Taster gedrückt wurde, die LED leuchtete und ging auch wieder aus, sobald die MP3 zu Ende war (was immer so zwischen 1 und 3 Sekunden dauerte). Der LED habe ich noch einen Spannungsteiler gegönnt, damit mir diese nicht irgendwann die Krätsche macht, und die Spannung von 9V auf 4,5V heruntergesetzt.

Das Problem “Blinklicht”:

Was allerdings gar nicht funktionierte, war die Hundehalsband-Blinke-LED, welche ich mittlerweile von dessen Silikon-Gehäuse befreit hatte.
Nach kurzem rumprobieren, wurde mir klar, dass nach anlegen der Spannung (quasi dem einlegen der Batterie) die LEDs nicht automatisch ansprangen, sondern es musste erst noch ein Taster betätigt werden! Dieser Taster kann auch die verschiedenen Modi der Blinkerei umschalten.
Ich musste mir also erst einmal eine Schaltung basteln, welche nach einer gewissen Verzögerung erst den “Schalter” auslöst. Dies habe ich nach mehreren Tagen rumprobieren, ärgern, fluchen und aus dem Fenster starren mit einer Kombination aus einem 100µF Elko und einem 1k Widerstand hin bekommen, der durch die geringe Verzögerung, bedingt durch die Ladekurve des Elkos die 10tel Sekunde, welche ich warten musste nachdem das Blinke-Ding mit Spannung versorgt war, verzögerte um den Schalter dann im richtigen Moment “zu drücken”.

Nach dem nun das Blinke-Licht-Problem endlich gelöst war, habe ich den Standby-Strom im Ruhemodus kontrolliert und bin hierbei auf das nächste Problem gestoßen.

Das Problem “Standby-Zeit”:

Ich möchte meinen Eimer, mit einem 9V-Block speisen, welcher nach Möglichkeit min. 1 Jahr an Betrieb ermöglicht.
Ein 9V Block, hat etwa 450 mAh an Leistung, bis die Spannung deutlich abfällt. Mein FN-TG01 Modul, gibt allerdings auch bereits einen “Standby-Current” von 15 mA im Datenblatt an, welchen ich auch nachmessen konnte. Mit diesem Standby-Strom, würde die Schaltung leider nur ca. 30 Stunden (also nicht mal 2 Tage) durchhalten. Mein Anspruch an die Standby-Zeit war allerdings um das 180-fache höher!
Zum Glück startet das Modul sehr zügig und ist nach Anlegen der Betriebsspannung recht schnell betriebsbereit (ca. 1 Sek.). Ich habe daher den “Schalter” direkt in die Stromversorgung, also zwischen Batterie und Soundmodul eingebaut und den tatsächlich vorgesehenen Schaltkontakt einfach dauerhaft gebrückt. Dadurch ist das Soundmodul im Standby komplett Spannungslos und wacht quasi beim betätigen des Schalters sofort auf, spielt eine MP3 und steuert die LEDs an.
So weit so gut. Hier gibt es allerdings auch ein Problem: Wenn der Schalter während der 2-3 Sekunden die die MP3 brauch bis sie komplett abgespielt ist, wieder losgelassen wird (oder später, der Deckel entsprechend geschlossen wird) ist dies wie als ob man “den Stecker zieht”.
Das Modul bzw. der Sound stirbt sofort mit einem gehörigen “Knacken” und das Modul geht aus.
Dies führte mich zu meinem nächsten Problem:

Die Ausschaltverzögerung:

Was ich also brauche, ist eine Schaltung, welche mit einem kurzen Impuls angstoßen wird und dann eigenständig 2-3 Sekunden den Schaltvorgang übernimmt um das Ende der MP3 ab zu warten. Ich habe also einen Transistor mit Vorwiderstand in die Spannungszuleitung eingebaut, welcher über 3 Elkos oder dem Schalter angesteuert werden kann. So wird beim auslösen des Tasters der Transistor durchgeschaltet und damit die Spannungsversorgung des Soundmoduls hergestellt, aber auch die Elkos aufgeladen. Sobald der Schalter wieder unterbricht (also der Deckel geschlossen wird) übernehmen die Elkos für eine gewisse Zeit die Funktion des Schalters und speisen die Basis des NPN Transistors mit Strom, um das Soundmodul noch ein paar Sekunden in Betrieb zu halten.

Letzten Endes, brauchte ich also doch noch recht viel “Aussenbeschaltung” um genau das zu bekommen, was ich wollte:

Hier noch die Schaltung, falls es jemand nachbauen will:

Da das Ganze für eine fliegende Verdrahtung doch etwas viel war, habe ich die Schaltung auf einer Prototyping-Platine aufgebaut und fest verlötet.

Letzter Schritt: Ein Gehäuse muss her!

Ich habe nun mehrere Teile die ich unterbringen muss…

• ein 9V Block
• den Lautsprecher
• das Soundmodul
• meine Eigenbau-Platine mit den Außenbeschaltungen
• einiges an Kabel und Leitungen

Nach einer groben Skizze, habe ich mich daher an die Konstruktion eines Gehäuses inkl. Deckel gemacht, welches sich auch in die Rundung
des R2-D2 Kopfes einschmiegt und Platz für die entsprechenden Teile bietet. Ausserdem wollte ich von Aussen noch an die USB-Schnittstelle
des Soundmodules kommen um eventuell später, weitere oder andere Töne auf das Modul zu laden. (Momentan habe ich 5-6 unterschiedliche MP3s
auf dem Modul gespeichert, welche zufällig wiedergegeben werden).
Designed, gesliced, gedruckt und die Elektronik verbaut…

wurde das Ganze an die Innenseite des R2-D2 Kopfes gepappt und verkabel.
Auf der Vorderseite musste noch der “Rote Punkt” aufgeklebt werden und fertig ist der elektronische Teil meines R2-D2!

Bis auf die Füße ist nun langsam alles vorbereitet um mit dem eigentlichen Zusammenbau beginnen zu können. Für die Füße muss allerdings einiges aus dem 3D-Drucker kommen bzw. muss aus Holz hergestellt werden (speziell die großen Teile), welches dann noch lackiert werden soll.
Das Projekt ist bei weitem mehr Arbeit, als ich Anfangs vermutet habe (muss ich zugeben) macht aber durchaus Spaß 🙂

In diesem Sinne! Durchhalten 😀

Euer Matthias