Erstellung des Schaltplanes für den T1
Den Schaltplan für dieses Projekt wird mit Fritzing, einer Software, die sich exzellent für das Konstruieren von Schaltplänen für Mikrocontroller eignet, erstellt.
Temperatursensor
Dieser besitzt drei Anschlüsse. Auch wenn der Temperatursensor mit 3 V betrieben werden kann, verwenden wir als Versorgungsspannung die 5 V des EPS32, um mit 3,3 V nicht zu nah an der unteren Spannungsgrenze zu liegen und den Sensor stets mit genügen Energie versorgen zu können.
Als Datenpin wurde der GPIO32 gewählt. Welchen GPIO-Pin du wählst spielt dabei keine Rolle, wichtig ist nur, dass es ein GPIO-Pin ist, da dieser Pin aufgrund der Funktion des OneWire-Buses sowohl als Eingang als auch als Ausgang dienen muss. Achte dabei darauf, nicht die GPIO-Pins zu wählen, die mit dem Flash-Speicher des SPI-Bus zusammenhängen! Für welchen GND-Pin man sich entscheidet ist persönlich wählbar. Dabei ist aber immer im Hinterkopf behalten, genauso wie bei der Wahl des Datenpins, wo du den ESP32 in den T1 integrieren willst und wie lang die Leitungen zwischen Pin und Bauteil dann werden.
Abschließend muss noch der 5,1 kΩ Widerstand als Pull-Up-Widerstand zwischen den Versorgungsspannungs-Pin und den Datenpin geschaltet werden.
Die untenstehende Grafik zeigt, wie der Temperatursensor angeschlossen wird.
Abbildung: Steckplatinen-Ansicht zum Anschluss des DS18B20
Quelle: BBS2 Wolfsburg
Dies ist eine "Common Cathode" RGB-LED, bei welcher das längste der vier Beinchen den gemeinsamen Masseanschluss der drei LEDs darstellt.
Dieser wird, um die Übersichtlichkeit zu erhalten, ebenfalls auf den GND-Pin des DS18B20 zurückgeführt.
Damit alle LEDs nun separat in ihrer Helligkeit variiert werden können, benötigt jede LED einen eigenen Pin. Dieser Pin muss ebenfalls ein GPIO-Pin sein, da nur diese, wie im Pinout zu sehen, die PWM unterstützen. In diesem Beispiel wurden die Pins für die LEDs auf die Anschlüsse GPIO0, GPIO2 und GPIO15 gelegt und dabei die Reihenfolge Rot (GPIO0), Grün (GPIO2), Blau (GPIO15) eingehalten.
Welcher der Anschlüsse der RGB-LED für welche Farb-LED zuständig ist, ist der Grafik der LED aus Abschnitt 3 von Kapitel 1 zu entnehmen.
Da nun festgelegt wurde auf welchen Pins die LED angeschlossen werden soll, müssen noch Vorwiderstände berechnet werden.
Diese dienen der Strom- und Spannungsbegrenzung, sodass die LED nicht durch einen übermäßig hohen Strom aufgrund zu großer über ihr abfallender Spannung zerstört wird oder schneller altert.
Eigentlich ist der Stromfluss zum einen Abhängig von der Art der LED und auch von der Farbe, welche diese emittiert. Bei den hier verwendeten kleinen LEDs sind diese Unterschiede quasi nichtig, sodass der Betriebsstrom der roten, grünen und blauen LED mit 12 mA angenähert wird.
Da uns für die LED leider kein Datenblatt vorliegt, müssen wir in diesem Beispiel auf diese Art und Weise vorgehen und uns auf Erfahrungswerte (teilweise auch aus dem Internet) berufen. Mit einem Strom von 12 mA und einer für eine LED halbwegs typischen Durchlassspannung von 0,7 V ergibt sich über einen Spannungsteiler der folgende Vorwiderstand:
\( R_\mathrm{V}=\frac{U_\mathrm{Vcc}-U_\mathrm{LED}}{I}=\frac{3,3\,\mathrm{V}-0,7\,\mathrm{V}}{0,02\,\mathrm{A}}\approx217\,\Omega \)
Widerstände existieren als Bauteile natürlich nicht in jeder beliebigen Größe und eine Maßanfertigung ist sehr teuer, deshalb wird nach der Berechnung des geeigneten Vorwiderstandes auf den am nächsten liegenden Widerstand, aus einer der Widerstandsreihen zurückgegriffen.
Zu schauen ist hier in die E24-Reihe. Der werttechnisch am nächsten liegende Widerstand besitzt einen Wert von \(220\,\Omega\). Nun muss ein solcher Widerstand in die Zuleitung von jeder der drei LEDs eingebaut werden.
Der Schaltplan ist nun vollständig. Die untenstehenden Grafiken zeigen einmal die Steckplatinen-Ansicht und einmal den tatsächlichen Schaltplan.
Abbildung: Steckplatinen-Ansicht des gesamten Schaltkreises
Quelle: BBS2 Wolfsburg
Abbildung: Schaltplan des gesamten Schaltkreises
Quelle: BBS2 Wolfsburg
Bei der Auswahl der Leiterfarben haben wurde in diesem Beispiel sich für einen ganz simplen "Code" entschieden. Rot steht für Versorgungsspannungen, Weiß für Datenleitungen und Schwarz für GND-Anschlüsse.
Die RGB-LED bildet in dieser Hinsicht allerdings eine Ausnahme, da sich beim Anschluss dieser dafür entschieden wurde, die Leitungen zu den einzelnen LEDs in Rot, Grün und Blau auszuführen, um immer einen Überblick zu haben zu welcher LED welche Leitung gehört. Der GND-Anschluss wurde aber dennoch in Schwarz ausgeführt.
Die fertig aufgebaute Schaltung sollte ungefähr wie folgt aussehen:
Abbildung: Steckplatinen-Ansicht zum kompletten Aufbau der Schaltung
Quelle: BBS2 Wolfsburg