Arduino Esplora

Arduino Esplora Vorderseite Arduino Esplora Rückseite

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Übersicht

Der Arduino Esplora ist ein Mikrocontroller Board, basierend auf dem Arduino Leonardo. Der Esplora unterscheidet sich von allen vorherigen Arduino Boards darin, dass er eine Vielzahl bereits auf der Platine integrierter Sensoren besitzt, die eine vielfältige Interaktion mit dem Board erlauben. Er wurde so entworfen, dass auch Menschen, die nicht erst eine Menge über Elektronik lernen wollen damit arbeiten können. Für eine Schritt für Schritt Anleitung lesen sie den Erste Schritte mit dem Esplora Guide.

Der Esplora hat integrierte Sound und Licht Outputs, mehrere Input Sensoren wie z.B. einen Joystick, einen Schieberegler, einen Temperatursensor, einen Beschleunigungssensor, ein Mikrofon und einen Lichtsensor. Er kann außerdem über zwei Tinkerkit Input und Output Stecker und einem Anschluss für einen Farb TFT LCD Bildschirm erweitert werden.

Wie der Arduino Leonard arbeitet der Esplora mit einem ATmega32U4 AVR Mikrocontroller, einem 16 MHz Quarz Oszillator und einer Micro USB Verbindung. Über die USB Verbindung kann sich der Esplora als USB Client Device mit einem Computer verbinden, also z.B. als Tastatur oder Maus genutzt werden.

In der oberen linken Ecke des Boards befindet sich ein Reset Button, mit welchem das Board zurückgesetzt werden kann. Es gibt 4 Status LEDs:

  • ON [grün] Zeigt an ob das Board an eine Stromversorgung angeschlossen ist.
  • L [gelb] Ist direkt an den Mikrocontroller angeschlossen und über den Pin 13 ansteuerbar.
  • RX and TX [gelb] Zeit an ob über die USB Verbindung Daten übertragen werden.

Er besitzt alles Notwendige um den Mikrocontroller zu betreiben. Um loszulegen müssen Sie den Arduino Esplora lediglich per USB Kabel mit einem Computer verbinden.

Der Esplora verfügt über integrierte USB Kommunikation. Dies ermöglicht dem Esplora von einem verbundenen Computer, zusätzlich zum virtuellen (CDC) seriellen / COM Port, als Maus und Tastatur erkannt zu werden. Darüber hinaus hat dies noch weitere Folgen für das Verhalten des Boards. Diese werden ausführlich auf der Erste Schritte mit dem Esplora Seite aufgeführt.

Zusammenfassung

MicrocontrollerATmega32u4
Operating Voltage5V
Flash Memory32 KB of which 4 KB used by bootloader
SRAM2.5 KB
EEPROM1 KB
Clock Speed16 MHz

Schaltplan & Referenz Design

EAGLE Dateien: Attach:arduino-esplora-reference-design.zip
Schaltplan: Attach:arduino-esplora-schematic.pdf

Speicher

Der ATmega32U4 besitzt 32 KB Speicher (von denen 4 KB vom Arduino Bootloader belegt sind). Er verfügt außerdem über 2,5 KB SRAM und 1 KB EEPROM, welcher mit der EEPROM library) ausgelesen und beschrieben werden kann.

Input und Output:

Das Design des Esplora Boards greift das klassische Gamepad Design, mit einem Analog Joystick auf der linken und vier Druckschaltern auf der rechten Seite, auf.

Der Esplora besitzt die folgenden on-board Inputs und Outputs:

  • Analoger Joystick mit zentralem Druckschalter zwei Achsen (X und Y) und einem zentralem Druckschalter.
  • 4 Druckschalter In einem Diamant Muster angeordnet.
  • Lineares Potentiometer Schieberegler in der Nähe des unteren Rand des Boards.
  • Mikrofon Um die Lautstärke (Amplitude) der Umgebung auszulesen.
  • Licht Sensor um die Helligkeit zu erfassen.
  • Temperatur Sensor liest die Umgebungstemperatur aus.
  • Drei-Achsen Beschleunigungssensor Misst die Lage des Boards in Relation zur Erdanziehung in drei Achsen (X, Y, und Z)
  • Buzzer Für einfache Ton Signale (square waves).
  • RGB LED Eine helle LED mit Rot, Grün und Blauen Elementen für das Mischen zu einer beliebigen Farbe.
  • 2 TinkerKit Inputs Für den Anschluss von TinkerKit Sensor Modulen mit dem 3-Pin Stecker.
  • 2 TinkerKit Outputs Für den Anschluss von TinkerKit Aktuator Modulen mit dem 3-Pin Stecker.
  • TFT Display Anschluss Anschluss für einen optionalen Farb LCD Bildschirm, einer SD Karte oder einem anderen Gerät, welches das SPI Protokoll nutzt.

Um all diese verfügbaren Sensoren auszulesen, nutzt das Board einen analogen Multiplexer. Das bedeutet, das ein einzelner analoger Input es Mikrocontroller für alle Sensoren (mit Ausnahme des 3-Achsen Beschleunigungssensors) genutzt wird. Vier zusätzliche Pins des Mikrocontrollers werden genutzt um auszuwählen aus welchem Kanal gelesen wird.

Kommunikation

Der Arduino Esplora besitzt eine Vielzahl von Möglichkeiten um mit einem Computer, einem anderen Arduino, oder einem anderen Mikrocontroller zu kommunizieren. Der ATmega32U4 verfügt an den Digital Pins 0 (RX) und 1 (TX) über UART TTL (5V) serielle Kommunikation. Der 32U4 erlaubt außerdem serielle (CDC) Kommunikation über USP und erscheint am Computer als virtueller COM Port. Der Chip verhält sich als Full Speed USB 2.0 Gerät unter Verwendung des USB COM Treibers. Unter Windows, wird zusätzlich eine .inf Datei benötigt. Die Arduino Software enthält einen Serial Monitor mit welchem man einfache Text Daten an das Arduino Board senden und von diesem empfangen kann. Die RX und TX LEDs des Boards blinken wenn Daten über den USB-to-Serial Chip und die USB Verbindung übertragen werden (jedoch nicht bei serieller Kommunikation über die Pins 0 und 1).

Der ATmega32U4 unterstützt SPI Kommunikation unter Verwendung der SPI Library.

Der Esplora wird als Tastatur und Maus erkannt und kann unter Verwendung der Keyboard und Maus Library programmiert werden.

Programmierung

Der Arduino Esplora kann mit der Arduino Software (download?) programmiert werden. Wählen sie "Arduino Esplora" im Tools > Board Menü (je nach verwendetem Mikrocontroller). Für mehr Information beachten Sie die Referenz und die Tutorials?.

Der ATmega32U4 des Arduino Esplora wird mit einem vorinstalliertem Bootloader? ausgeliefert, welcher den Upload von neuem Code ohne die Verwendung eines externen Hardware Programmers erlaubt. Er kommuniziert unter Verwendung des ursprünglichen AVR109Protokolls.

Der Bootloader kann umgangen werden und der Mikrocontroller über den ICSP (In-Circuit Serial Programming) Header programmiert werden. Lesen sie dafür diese Anleitung?.

Esplora Library

Um das Schreiben von Sketches für den Esplora zu erleichtern existiert eine dedizierte Library, welche Methoden für das Auslesen der Sensoren und das Ansteuern der on-board Outputs enthält.

Die Library bietet sehr hochwertige Methoden, welche schon verarbeitete Daten wie z.B. die Temperatur in Fahrenheit oder Celsius vom Temperatur Sensor bereitstellt. Sie ermöglicht außerdem den einfachen Zugriff auf die Outputs, z.B. für das Ansteuern der RGB LED.

Besuchen sie die Esplora Library Referenz Seite für eine vollständige Dokumentation der Library.

Automatischer (Software) Reset und Bootloader Initialisierung

Anstatt einen physikalischen Tastendruck des Reset Buttons vor einem Upload zu benötigen wurde der Esplora so entworfen, dass die Software eines Computers ihn zurücksetzen kann. Der Reset wird ausgelöst, wenn der virtuelle (CDC) serielle / COM Port des Esplora mit einer Baud Rate von 1200 geöffnet und wieder geschlossen wird. Wenn das passiert wird der Prozessor zurückgesetzt und unterbricht die USB Verbindung zum Computer (auch der virtuelle (CDC) serielle / COM Port wird geschlossen). Nach dem Prozessor Reset startet der Bootloader und ist für etwa 8 Sekunden aktiv. Der Bootloader kann auch durch einen Druck des Reset Buttons initialisiert werden. Bitte beachten Sie, dass das Board direkt zum Anwender Sketch springen wird wenn es dass erste mal mit Strom versorgt wird und nicht erst den Bootloader initialisiert.

Wegen der Art und Weise mit welcher der Esplora mit Resets umgeht ist es das Beste die Arduino Software den Reset des Microkontrollers auslösen zu lassen, vorallem wenn Sie es noch von anderen Boards gewohnt sind den Reset Button zu drücken. Wenn die Software das Board nicht zurücksetzen kann, können sie dies immer noch manuell per Druck auf den Reset Button erzwingen.

USB Überstrom Schutz

Der Arduino Esplora besitzt eine zurücksetzbare Mehrfachsicherung, welche den USB Port ihres Computers vor Kurzschlüssen und Überstrom schützt. Auch wenn die meisten Computer einen internen Schutz für solche Fälle besitzen bietet diese Sicherung einen zusätzlichen Schutz. Wenn mehr als 500 mA über die USB Verbindung fließen durchtrennt die Sicherung die Verbindung bis der Kurzschluss bzw. die Überlastung entfernt wurde.

Physikalische Eigenschaften

Die maximale Länge und Breite der Arduino Esplora Platine sind 16,51cm (6.5 inch) und 6cm (2.4 inch). Der USB Port und der TinkerKit Anschluss ragen etwas über diese Maße hinaus. Vier Löcher erlauben das Festschrauben des Boards auf Oberflächen und in Gehäuse.

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