Letztes Jahr wollte ich für die Junge Uni Waldviertel einen Workshop machen, der sich mit Elektronik beschäftigt. Und am besten dazu passen tut meiner Meinung nach ein kleiner Roboter den die Kinder selbst (teilweise) aufbauen und am Ende mit nach Hause nehmen können. Passenderweise hat meine FH einen Workshop im Programm, der ungefähr meinen Vostellungen entspricht. Dabei handelt es sich um einen kleinen Roboter, der wie der Titel dieses Beitrags suggeriert, Licht folgt. Dieser setzt sich aus einer Platine mit einem ATMega328 im DIP-Gehäuse mit Arduino-Bootloader zum Auslesen zweier LDRs und Ansteuern von zwei modifizierten Modellbauservos als Motoren zusammen. Relativ simpel, relativ günstig, aber leider störten mich drei Dinge daran: Der Controller ist nicht in der Platine verbaut programmierbar, der Roboter ist nicht erweiterbar und die Räder aus gefrästem Platinenmaterial gehen gar nicht. Deswegen habe ich mich entschieden dem ganzen ein komplettes Redesign zu verpassen. Der Controller wurde gegen einen ATMega32U4 getauscht und mit einer USB-Buchse für die Programmierung versehen. Alle Arduino-Pins habe ich auf eine Stiftleiste herausgeführt um später Erweiterungen anbringen zu können. Als letztes habe ich die Räder gegen schöne Kunststoffräder mit Schaumgummireifen von Hobbyking getauscht. Mit den ganzen Änderungen war dann natürlich Schluss mit einer einseitigen Platine. Den ersten Prototypen habe ich mir dann an der FH fräsen lassen.

Last year I wanted to hold an electronics workshop at the Junge Uni Waldviertel. What would suit better to electronics than building a small robot which the kids could then take home. Luckily my university has a workshop which was approximately what I wanted to make. It is a small robot which, as the title of this entry suggests, can follow light. The robot consists of a PCB with a ATMega328 controller in a DIP package with an Arduino bootloader which reads out 2 LDRs and controls 2 modified servo motors which serve as the motors. Quite simple, quite cheap but there were some things that bothered me: the microcontroller can’t be programmed once it’s in, the robot can’t be upgraded ans the wheels milled out of PCB material are a no-go. That’s where I decided to redesign the whole thing. I replaced the controller in favor of a ATMega32U4 and added an USB socket for programming. All Arduino pins are routed to a pin header for further upgrades. Also, I changed the wheels to nice ones from Hobbyking which are made from plastic and have nice foam tyres. With all that changes the PCB now needs to be 2-sided. The first prototype PCB then was milled at my university.

Wie sich beim Bestücken zeigte war das eine gute Entscheidung, denn so einige Dinge waren noch nicht ganz richtig. Den USB-Anschluss hatte ich natürlich verkehrt herum angeschlossen und der Mikrocontroller brauchte auch noch einen externen 16MHz Quartz/Resonator um über USB ansprechbar zu sein. Mit diesen Änderungen ließ ich dann schöne Platinen fertigen, die ich dann mit den wichtigsten und für die Funktion kritischsten Komponenten in einem Lötmarathon vorbestückte. Bis auf die Schottky-Diode, die als Verpolungsschutz der Batterien dient, sind alle vorbestückten Bauteile in SMD-Bauform ausgeführt um Geld und Platz auf der Platine zu sparen. Zusätzlich habe ich sie auf die Unterseite der Platine verbannt um auf der Oberseite Platz für Beschriftungen oder andere Aufdrucke zu haben.

While populating the PCB this turned out to be a good idea because some things weren’t quite correct. Of course I connected the USB socked the wrong way and the microcontroller was missing an external 16MHz quartz/resonator for USB connectivity. With these changes I ordered professionally made PCBs. I populated the most important components or which are critical for the overall function in a solder marathon. Except the Schottky diode which acts as a reverse polarity protection all components are surface mounted to save space on the PCB and money. Also, they are on the bottom side so the top side has space for markings and other silkscreen stuff.

Der fertige Roboter ist so auf jeden Fall einfacher zu erweitern und zu Programmieren und sieht auch noch einiges besser aus als die alte Version.

The finished robot is way easier to upgrade and program. As a bonus it looks also better than the old one!

Aber auch bei den fertigen PCBs habe ich noch so einige Kleinigkeiten entdeckt, die mir nicht passen. Unter anderem fehlt die eine oder andere Beschriftung und die VIAs sind nicht mit Lötstopplack überdeckt, was besonders im Fall der Durchkontaktierungen der Spannungsversorgung an der USB-Buchse sehr kritisch ist, da sie nur wenige Zehntel Millimeter Abstand zum Gehäuse haben.
Ein Redesign ist derzeit in Arbeit bzw. so gut wie fertig, dazu jedoch ein anderes mal mehr.
Ob und wie ich den Schaltplan und alle anderen Dokumente zum Projekt veröffentlichen darf, muss ich erst mit der FH klären.
Beim Workshop an der Jungen Uni Waldviertel ist der Roboter so gut angekommen, dass er sogar überbucht war. Zum Glück hatte ich mehr als die geplanten 15 Stück vorbereitet und dabei, somit konnten alle am Ende einen selbst aufgebauten Roboter mit nach Hause nehmen. Bilder vom Workshop gibt es am Flickr-Account der Fachhochschule Wiener Neustadt zu sehen: FHWN bei der Jungen Uni Waldviertel

But still there are some downsides with the professionally made PCBs. I forgot some markings on the silkscreen and all the VIAs are without solderstop. This is especially bad at the power VIAs at the USB socket, which only have fractions of a millimeter spacing to the casing of the socket. 
I am currently working on a redesign which is nearly done, but I will write more to that later.
At the moment I am not sure if and what of the documentation I can publish, so I have to get the permission from my university.
The robot workshop I held at the Junge Uni Waldviertel was so popular that it was even overbooked. Luckily I had prepared more than the 15 planned sets so at the end everyone could take their own self built robot home. If you want to see some pictures of the workshop, just visit the Flickr account of my university: FHWN at the Junge Uni Waldviertel
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