Vor ein paar Jahren bin auf die außergewöhnliche Freizeitbeschäftigung Geocaching gestoßen. Für Nicht-Cacher werden diese Lichter relativ nutzlos sein. Die ersten Begegungen mit technischen Spielereien in Geocaches hatte ich beim hitec1@night, bei dem Morse-Reaktivlichter verbaut sind. Kurz darauf war ich natürlich ganz scharf darauf, meine eigenen Lichter zu bauen.

Das Reaktivlicht reagiert auf einfache Lichtsignale/Lichtblitze. Bei jedem Wechsel von Dunkel auf Hell leuchtet die LED kurz auf. Es gibt keine Tag/Nacht Erkennung, wie bei anderen Reaktivlichtern.

Schaltung

Hauptbestandteil der Schaltung ist ein Attiny13. An ihm ist der Fotowiderstand mit einem Pulldown Widerstand angeschlossen und die Power-LED. Die ganze Schaltung läuft mit 3V und kann deshalb ohne Probleme mit 2 AA oder AAA Batterien versorgt werden.

 

Je nachdem was für eine LED hier verwendet wird, muss noch ein Vorwiderstand dazwischen- geschalten werden. Als LDR verwende ich den günstigsten vom Conrad (Art.Nr. 145475). Bei der Verwendung von anderen LDR’s muss entsprechend der Pulldown-Widerstand angepasst werden.

Programm

Hier kann das Programm heruntergeladen werden:

Reaktivlicht

Die Programmierung ist für sehr niedrigen Stromverbrauch optimiert. Der LDR bildet mit dem 1MOhm Widerstand einen Spannungsteiler der an PB1 gemessen wird. Fällt mehr Licht auf den LDR so sinkt der Widerstand und die Spannung an PB1 steigt. Der Attiny befindet sich fast immer im Tiefschlaf und wird bei jedem Wechsel an Pin PB1 aufgeweckt. Anschließend wird abgefragt, ob er auf High oder Low steht. Steht er nun auf High, so dimmt er die LED per PWM kurz hoch und anschließend wieder runter. Steht der Pin auf Low, so geht er wieder unmittelbar in den Sleep Mode. Das PWM Signal wird durch den Output Compare Match OCRA realisiert.

Der durchschnittliche Stromverbrauch beträgt 3µA, somit sollte das Licht selbst mit normalen AA Batterien mehrere Jahre halten.

Fertigung

Ich empfehle jede Elektronik für Außeneinsatz bei Geocaches einzugießen. Am besten hat sich einfaches Neutralvernetzendes Silikon aus dem Baumarkt bewährt. Vorher die komplette Schaltung darin eintauchen, damit es keine Luftlöcher gibt. Dann zusammen mit den Batterien in ein Gehäuse packen und es von beiden Seiten mit Silikon auffüllen.

WICHTIG: ES DARF AUF KEINEN FALL ESSIGSÄURE-/ACETATVERNETZENDES SILIKON VERWENDET WERDEN, DA DIESES DAS KUPFER WEGFRISST! AM BESTEN FUNKTIONIERT ES MIT NEUTRALVERNETZENDEM SILIKON (N-SILIKON).

Hier ein Beispiel für eine kompakte Bauform mit 2 AAA-Batterien, eingegossen in ein 25mm Aufputzrohr für Elektroinstallationen.

 

Viel Spaß damit!

Dies ist eine Anleitung für Einsteiger, die noch nie was mit AVR Programmierung gemacht haben. Ich programmiere alle meine AVR’s unter Mac und nutze Freeware-Tools. Diese Anleitung zeigt die kostengünstigste Variante für AVR Programmierung unter Mac.

Hardware

Beim Flashen von AVR’s kommt man ohne Programmieradapter nicht weit. Ich verwende für alle meine AVR’s den AVR ISP2 USB mk2 (http://www.atmel.com/tools/AVRISPMKII.aspx). Zusätzlich zu dem Adapter benötigt man entweder ein Programmierboard von Atmel oder man baut sich eine „Kabelpeitsche“ selber und verwendet ein handelsübliches Steckboard. In dieser Anleitung verwende ich einen Attiny13. Das ganze wird wie folgt verkabelt und mit einem 5V Netzteil versorgt…

 

 

 

Die Pins Reset, SCK, MISO, MOSI am Mikrocontroller gibt es bei allen AVR’s und sollten bei anderen Controllern entsprechend aus dem Datenblatt herausgesucht werden. Mit diesen Pins wird der Controller geflashed. Sobald die Programmierung auf dem Chip ist, können diese Pins (mit Außnahme des Reset-Pins) ganz normal als Eingang oder Ausgang verwendet werden. Der 100nF Kondensator gehört bei jeder AVR-Schaltung mit dazu, da er Stromschwankungen ausgleicht. Er sollte in der Nähe des Chips angebracht werden.

Der AVRISP kann jetzt mit dem Mac verbunden werden und es sollte nun die Status-LED im AVRISP leuchten.

 

Software

Nun muss die entsprechende Software installiert werden, um den Programmieradapter anzusteuern.

Unter http://www.obdev.at/products/crosspack/index.html das „Crosspack“ herunterladen, entpacken und installieren. Diese Software compiliert die C-Programmierung und gibt sie dem AVRISP weiter.

Als nächstes das Terminal unter Programme/Dienstprogramme/Terminal öffnen und folgenden Befehl eingeben:

sudo port install avr-libc

Sollte jetzt ein Fehler angezeigt werden, dann fehlt die Paketverwaltung „MacPorts“, sie kann unter http://www.macports.org kostenlos heruntergeladen und installiert werden. MacPorts kontrolliert und steuert Installationen von freien Entwicklersoftwaren, indem es alle zugehörigen Pakete aus dem Internet lädt und sie zusammenfassend installiert. Ist MacPorts erfolgreich installiert, muss der Befehl erneut eingegeben werden.

Nun Ihr Passwort eingeben, mit Return bestätigen und die Installation beginnt.

Das ganze kann eine Zeit dauern, da erst alle Pakete aus dem Internet geladen werden.

 

Ansprechen des Mikroprozessors

Die komplette Kommunikation mit dem Chip findet über das Terminal statt. Es gibt ein paar Befehle, mit denen man die wichtigsten Funktionen ausführen kann. Beim ersten Versuch empfiehlt sich eine Statusabfrage, ob alles richtig angeschlossen ist und der AVRISP mit dem Chip kommunizieren kann. Dafür muss einfach folgender Befehl ins Terminal eingegeben werden:

avrdude -c avrispv2 -P usb -p t13

Wenn alles gut läuft, sollte Folgendes danach im Terminal erscheinen:

 

In der „device signature“ sind grundlegende Informationen zum Chip enthalten. Der verschlüsselte Wert bestätigt, dass es sich um einen Attiny13 handelt.

Bei jedem Befehl, den man ins Terminal eingibt, muss man angeben um welchen AVR-Mikrocontroller es sich handelt. Oben geschieht dies mit der Abkürzung t13, welche für den Attiny13 steht. Dies ist komplette Liste der Abkürzungen für AVR-Typen:

t10	ATtiny10	m169	ATMEGA169	x128a4	ATXMEGA128A4
t11	ATtiny11	m16u2	ATmega16U2	x16a4	ATXMEGA16A4
t12	ATtiny12	m2560	ATMEGA2560	x192a1	ATXMEGA192A1
t13	ATtiny13	m2561	ATMEGA2561	x192a3	ATXMEGA192A3
t15	ATtiny15	m32	ATMEGA32	x256a1	ATXMEGA256A1
t2313	ATtiny2313	m324p	ATMEGA324P	x256a3	ATXMEGA256A3
t24	ATtiny24	m324pa	ATmega324PA	x256a3b	ATXMEGA256A3B
t25	ATtiny25	m325	ATMEGA325	x32a4	ATXMEGA32A4
t26	ATTINY26	m3250	ATMEGA3250	x64a1	ATXMEGA64A1
t261	ATTINY261	m328p	ATMEGA328P	x64a3	ATXMEGA64A3
t4	ATtiny4	m329	ATMEGA329	x64a4	ATXMEGA64A4
t4313	ATtiny4313	m3290	ATMEGA3290	1200	AT90S1200
t44	ATtiny44	m3290p	ATMEGA3290P	2313	AT90S2313
t45	ATtiny45	m329p	ATMEGA329P	2333	AT90S2333
t461	ATTINY461	m32u2	ATmega32U2	2343	AT90S2343
t5	ATtiny5	m32u4	ATmega32U4	4414	AT90S4414
t84	ATtiny84	m48	ATMEGA48	4433	AT90S4433
t85	ATtiny85	m64	ATMEGA64	4434	AT90S4434
t861	ATTINY861	m640	ATMEGA640	8515	AT90S8515
t88	attiny88	m644	ATMEGA644	8535	AT90S8535
t9	ATtiny9	m644p	ATMEGA644P	c128	AT90CAN128
m103	ATMEGA103	m645	ATMEGA645	c32	AT90CAN32
m128	ATMEGA128	m6450	ATMEGA6450	c64	AT90CAN64
m1280	ATMEGA1280	m649	ATMEGA649	pwm2	AT90PWM2
m1281	ATMEGA1281	m6490	ATMEGA6490	pwm2b	AT90PWM2B
m1284p	ATMEGA1284P	m8	ATMEGA8	pwm3	AT90PWM3
m128rfa1	ATMEGA128RFA1	m8515	ATMEGA8515	pwm3b	AT90PWM3B
m16	ATMEGA16	m8535	ATMEGA8535	ucr2	32UC3A0512
m161	ATMEGA161	m88	ATMEGA88	usb1286	AT90USB1286
m162	ATMEGA162	m88p	ATMEGA88P	usb1287	AT90USB1287
m163	ATMEGA163	m8u2	ATmega8U2	usb162	AT90USB162
m164p	ATMEGA164P	x128a1	ATXMEGA128A1	usb646	AT90USB646
m168	ATMEGA168	x128a1d	ATXMEGA128A1REVD	usb647	AT90USB647
m168p	ATMEGA168P	x128a3	ATXMEGA128A3	usb82	AT90USB82

 

Beispielscript: LED Blinker

Als Nächstes soll natürlich ein Programm auf den Chip geflashed werden. Unter folgendem Link befindet sich eine Zip-Datei mit einem C Beispielscript:

DemoScriptBlinker

(Das Script sollte normalerweise bei jedem AVR funktionieren, der Pins mit der Bezeichung PB1,PB2,PB3, etc.. besitzt. Getestet ist das Programm von mir bisher mit dem Attiny13, Attiny45 und Attiny2313)

Prinzipiell macht es Sinn, für jedes Script einen Ordner (hier DemoScriptBlinker) anzulegen, in dem sich die Scriptdatei main.c befindet. Man behält so den Überblick und der Terminal-Befehl fürs Compilen und Flashen bleibt gleich.

Anschließend wieder das Terminal öffnen und mit folgendem Befehl das Verzeichnis des Ordners auswählen.

cd /Users/(Hier den Pfad zum Ordner angeben)/DemoScriptBlinker

Einfacher gehts auch, indem man erst nur „cd “ eintippt und schließlich per Drag&Drop den Ordner ins Terminal zieht. Nun mit Return bestätigen und es sollte nun ab sofort „DemoScriptBlinker“ am Anfang jeder Terminal-Zeile stehen. Der Ordner ist jetzt dauerhaft im Terminal festgelegt und kann jederzeit mit dem cd-Befehl geändert werden. Das Verzeichnis wird nicht übernommen, wenn man ein neues Fenster öffnet oder Terminal schließt.

Nun den 5-zeiligen Terminal-Befehl eingeben und mit Return bestätigen:

avr-gcc -Wall -Os -DF_CPU=1000000 -mmcu=attiny13 -c main.c -o main.o
avr-gcc -Wall -Os -DF_CPU=1000000 -mmcu=attiny13 -o main.elf main.o
rm -f main.hex
avr-objcopy -j .text -j .data -O ihex main.elf main.hex
avrdude -c avrispv2 -P usb -p t13 -U flash:w:main.hex

Nach kurzer Zeit sollte dann das Programm auf den Chip geflashed sein. Der Verlauf im Terminal sollte dann etwa so aussehen:

Beim Compilen wurden mehrere Dateien im Ordner angelegt und er sollte nun so aussehen:

• main.c
• main.elf
• main.hex
• main.o

Was macht aber jetzt der 5-zeilige Terminal Befehl?

In den ersten 2 Zeilen wird das main.c Script compiliert und es entstehen die Dateien main.o und main.elf. Wichtig ist hier, wie beim Ansprechen/Flashen des Chips, dass der Typ angegeben wird. Allerdings wird hier der vollständige Name angegeben „attiny13“. Ebenso muss der Compiler wissen, mit welcher Taktung der Chip läuft um delay-Warteschleifen im Script zeitkorrekt ausführen zu können. Die Angabe erfolgt hierbei in Hertz. Je nachdem wie der attiny13 vom Werk her konfiguriert ist, variiert diese Angabe. Wir nehmen einfach mal an, dass er mit 1MHz getaktet ist. WICHTIG: Die Taktung wird hierbei nicht verändert und muss auch nicht mit der echten Taktung übereinstimmen! Diese Angabe ist nur für den Compiler, um Zeitschleifen in Programmen richtig zu errechnen!

avr-gcc -Wall -Os -DF_CPU=1000000 -mmcu=attiny13 -c main.c -o main.o
avr-gcc -Wall -Os -DF_CPU=1000000 -mmcu=attiny13 -o main.elf main.o

Nun wird (falls es schon eine gibt) die alte main.hex Datei gelöscht:

rm -f main.hex

Jetzt wird die main.elf Datei in eine hexfile-Datei umgewandelt:

avr-objcopy -j .text -j .data -O ihex main.elf main.hex

Dies ist schließlich der Befehl, mit dem die main.hex Datei auf den Chip geflashed wird. Wie bei der Statusabfrage muss hier der AVR-Typ, in dem Fall der Attiny13, angegeben werden. Der Ausdruck avrispv2 gibt an, dass es sich um den AVR ISP Mk2 Programmieradapter handelt.

avrdude -c avrispv2 -P usb -p t13 -U flash:w:main.hex

 

Das Programm bewirkt, dass an allen I/O Pins des Mikrocontrollers jetzt abwechselnd 5V und 0V anliegen. Es kann jetzt direkt eine LED mit Vorwiderstand für 5V (z.b. 220 Ohm) an dem Pin 2,3,5,6 oder 7 nach GND angeschlossen werden.

Viel Spaß damit!