Als sich mein Bachelor-Studium in Elektrotechnik und Informationstechnik an der Technischen Universität München dem Ende neigte, musste ich mich auf die Suche nach einem geeigneten Thema für meine Bachelorarbeit machen. Eines Tages erblickte ich dann zufällig auf einer Lehrstuhl-Website das perfekte Thema: "Entwicklung und Bau eines Testgerätes für Mikrocontroller-Boards". Ein viel besseres Thema hätte ich mir selber garnicht ausdenken können, da es einerseits genau meinem Interesse entspricht und andererseits handelt es sich hierbei um ein äußerst praxisnahes Thema, was an einer Universität zumeist doch eher ungewöhnlich ist.
Inhaltsverzeichnis
Videos des Mikrocontroller Board Testers
Was war das Problem?
Das Problem ist folgendes: es gibt (freiwillige) Lehrveranstaltungen, in denen die Studenten mit Mikrocontroller-Boards irgendwelche Hardware-Schaltungen aufbauen und entsprechend programmieren können. Hierbei kommt es allerdings immer wieder vor, dass diese Boards falsch verschaltet werden (z.B. wenn zwei Ausgänge miteinander verbunden werden), was zur Zerstörung einzelner Pins oder des gesamten Boards führen kann. Außerdem sind einige Boards schon direkt nach dem Kauf defekt, da z.B. Zinnbrücken auf der Leiterplatte existieren. Zur Vermeidung einer unnötig langen Fehlersuche sollte somit ein Gerät entwickelt und gebaut werden, mit dem diese Boards auf vollständige Funktionsfähigkeit getestet werden können. Speziell handelt es sich hierbei um das Board Arduino Leonardo. Entstanden ist mit meiner Bachelorarbeit jedoch prinzipiell ein Universal-Testgerät.
Anforderungen an das Testgerät
Das zu entwickelnde Testgerät soll folgende Dinge prüfen können:
- Digitale Eingänge
- Digitale Ausgänge
- Analoge Eingänge
- Kommunikationsschnittstellen (I2C, SPI)
Des Weiteren soll nach dem Test ein Report erstellt werden, in dem alle Testergebnisse aufgelistet sind.
Hardware
Planung und Entwicklung
Die Grundlage des Testgerätes bildet ein Raspberry Pi 2. Dieser ist für die Programmierung des zu überprüfenden Mikrocontrollers und für die grundlegende Steuerung des Testes zuständig. Der prinzipielle Aufbau des Testgerätes sieht wie folgt aus:
Das Testgerät wurde so konzipiert, dass mittels entsprechender Adapter und Softwareanpassungen in jedem Fall noch die Arduino-Boards Uno, Mini, Pro Mini, Micro und Nano unterstützt werden. Bei der Entwicklung wurden folgende Mindestanforderungen an die Elektronik beachtet:
- Erzeugen einer analogen Spannung
- Analog-Digital-Umsetzer zum Messen von Spannungen
- Auswahlschaltung zum Kontaktieren unterschiedlicher Pins
- Schutzbeschaltungen
- Stromsensor
- Möglichkeit einer Durchgangsprüfung
- Ausreichende Anzahl an Anschlusspins
Aufbau des Mikrocontroller Board Testers
Die entwickelte und fertig bestückte Platine sieht wie folgt aus:
Auf den folgenden Bildern ist das Gehäuse mit Platinen-Halterung sowie mit eingebauter Elektronik zu sehen:
Das fertige Testgerät ist schließlich auf diesen beiden Bildern zu sehen:
Folgender Adapter wird an den ArduinoTester angeschlossen, um das Mikrocontroller-Board Arduino Leonardo zu testen:
Funktionsweise der Software
Der prinzipielle Aufbau der Software ist im linken Bild dargestellt. Rechts ist der Programmablauf der Testsoftware abgebildet:
Meine Bachelorarbeit
Die Bachelorarbeit, in der dieses Projekt ausführlich beschrieben ist, kann hier heruntergeladen werden:
Bachelorarbeit: "Entwicklung eines Testgerätes zur Überprüfung von Mikrocontroller-Platinen"
Nachfolgend sind alle relevanten Dateien aufgelistet, welche in der Arbeit genannt werden:
- DVD/Funktionstest - Reports/*
- DVD/Mechanik/Adapter Leonardo - Bilder.pdf
- DVD/Mechanik/Gehäuse_Ausfräsungen/*
- DVD/Mechanik/Gehäusedeckel/*
- DVD/Mechanik/Leonardo_Board-Remover/*
- DVD/Mechanik/Platinen-Halterung/*
- DVD/Mechanik/Testgerät - Bilder.pdf
- DVD/Platinen/*
- DVD/Schaltpläne/Adapterplatine_Leonardo - Schaltplan.pdf
- DVD/Schaltpläne/Testgerät - Schaltplan.pdf
- DVD/Stücklisten/*
- DVD/Software/ArduinoLeonardo/*
- DVD/Software/ATmega8/*
- DVD/Software/RaspberryPi/*
Modifikationen
Hier sind sämtliche Änderungen (Erweiterungen / Verbesserungen) dokumentiert. Die modifizierten Dateien können ebenfalls heruntergeladen werden.
