Die Entwicklung des TiNo: Mini – Low Cost – TX Node auf Basis des ATMEGA328P (Teil 2)

Nach den ersten Gehversuchen mit Eagle will ich meinen Minisender von Teil 1 verbessern und alle Bauteile inklusive der Batterie auf einer Seite unterbringen. Der Arduino Pro Mini passt dann nicht mehr drauf. Das heisst ich muss den Atmega328 Chip selbst auf die Platine löten. Unter einer Lupe geht das gerade so noch von Hand, vorausgesetzt entsprechende Lötausrüstung ist vorhanden.

Das ist natürlich das gefühlt 10.000ste Design eines Atmega328 mit einem RFMxx Modul von HopeRF. Aber – ich kenne keines das

1. konsequent auf minimalen Stromverbrauch angelegt ist
2. auf ein bestimmtes Gehäuse optimiert ist
3. nicht unbedingt alle Möglichkeiten des Atmega328 zur Verfügung stellen will, sondern nur die notwendigen Funktionen

Die Vorgaben

• Es gibt zwei verschiedene Designs, eines mit RFM69CW Footprint, welcher mit RFM12B kompatibel ist, ein anderes mit RFM95/96 Footprint um letztendlich einen Lora Sender zusammenzubauen. Man kann aber auch einen RFM69HCW drauf montieren, der widerum zum RFM69CW (fast) softwarekompatibel ist.
• Die Leiterplatte passt genau in das SP2043 Gehäuse (hier erhältlich).
• Es wird zunächst der ATMega328P-AU Chip verwendet.
• Batterie, Mikroprozessor, HF Modul und Sensor sollen alle auf einer Seite untergebracht werden.
• ISP Adapter
• Anschlüsse für den seriellen Port
• Mindestens ein weiterer Port mit Entprellung (für z.B. Fensterkontakte)
• weitere Ports wenn möglich
• Footprint für den HTU21D auf der Unterseite. Dabei sehe ich auch gleich Löcher für die Filterkappe SF2 vor, die auf den China-Modulen fehlen. (suche nach „SF2 Filter“ bei aliexpress – ich stelle besser kein Link ein weil mir nicht klar ist wie langlebig so ein Link ist)
• Auf der Unterseite soll eine moeglichst grosse und homogene Massefläche als Gegengewicht zur Antenne entstehen.
• Keine Digitalen Leitungen unter dem HF Modul. Bei den Breakout boards von Adafruit oder Sparkfun kommt mir das Grausen.

Umsetzung

Eagle Design, hier das RFM69CW Board

RFM69CW Variante, Komplett Bestückt

Viele Kleinigkeiten dienen zu Testzwecken, zum Beispiel:

• Pads anstelle von Löchern für das Sensormodul. Die Idee war das Modul mittels Lötpaste aufzubringen, die Pads zu erhitzen bis die Lötpaste schmilzt und sich mit dem Modul verbindet.
• Sowohl Löcher als auch SMD Landeflächen für eine LED an D8. Wenn man will, kann man damit Aktivität auch bei geschlossenem Gehäuse beobachten. In der Praxis habe ich festgestellt dass das eigentlich nicht notwendig ist.
• Ports D0, D1 und D3 bis D7 stehen als digitale GPIO’s zur Verfügung. D8 wird für die LED benutzt, D9 für die Versorgung des Sensors, D10 bis D13 bilden das SPI.
• Pins für eine externe Stromversorgung, z.B. wenn man eine andere Batterie anschliessen will oder einfach nur zu Testzwecken.
• Pins für einen Jumper der D10 beim Programmieren über einen Widerstand auf VCC zieht. Dies ist nowendig da die RF Module auch am SPI hängen und manche davon beim Programmieren interferieren wenn NSS nicht sauber an VCC liegt. Der Jumper ist so ausgelegt dass man sich einen Programmieradapter mit 8 Pins bauen kann der die Brücke dan automatisch schliesst.
• Der Pullup für den Fensterkontakt wird per internem Pullup hergestellt, daher fehlt ein externer Widerstand. Das funktioniert gut und ist getestet!

Fazit

Die Platine hat auf Anhieb ohne Probleme funktioniert. Ich experimentiere zur Zeit etwas mit der Löttechnik. Zunächst wird der HTU21D Chip auf der Unterseite montiert und gelötet. Danach bringe ich Lötpaste an den Landeflächen aller SMD Bauteile auf der Oberseite auf. Danach gehts in den Reflowofen. Der HTU21D ist dabei bisher NICHT heruntergefallen! Die Erklärung ist dass die Lötpaste durch das enthaltene Flussmittel einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als das reine Lötzinn nachdem das Flussmittel herausgelaufen ist. Nachteil dieser Methode ist dass man den HTU21D zwei mal durch den Reflowofen schicken muss.

Das Auflöten eines Sensormoduls mit Lötpaste hat sich nicht bewährt. Das mache ich nun klassisch mit Lötkolben und Lötzinn. Ebenso das HF Modul – ich habe mich bisher nicht getraut das Modul auch durch den Reflowofen zu schieben, obwohl das eigentlich gehen sollte.

Was mich geritten hat die Platinen in schwarz zu bestellen weiss ich nicht mehr. Wahrscheinlich einfach die Neugierde wie es aussieht. Grün ist so langweilig, die nächsten werden weiss.

Zum Zeitpunkt der Bestellung wusste ich noch nicht wieviel Strom man mit einem Uhrenquarz sparen kann. Dieser wird in einer zweiten Version vorgesehen.

In der nächsten Version werde ich den Jumper zum Programmieren entfernen. Der Ruhestrom steigt durch den permanenten Pullup nicht messbar an.

Erinnert ein bisschen an ein altes Transistorradio, ist aber in Wirklichkeit nur so gross wie eine Streichholzschachtel.