Helvetiny85 Kit / Support Thread

[dinoi]

Hallo Zusammen

Ich freue mich Euch zu informieren, dass der Helvetiny85 als Kit verfügbar ist.

http://shop.boxtec.ch/helvetiny85-kit-p-42657.html

Er ist ideal als Einstieg und für die Verwendung bei Workshops.
Danke USB Unterstützung ist keine Zusatzhardware nötig,
jeder Teilnehmer/Schüler kann direkt aus der Arduino IDE
sein Helvetiny85 programmieren.

Ein grosses Dankeschön auch an Christoph für seinen Durchhaltewillen. 

Die Dokumentation ist hier zu finden: http://playground.boxtec.ch/doku.php/arduino/attinyusb/helvetiny85

Hier findet Ihr ein Video von René wo er den Helevtiny85 kurz vorstellt: https://www.youtube.com/watch?v=nhxPKAZYSic

Hier in diesem Thread könnt Ihr Eure Probleme und Erfolge mit dem Helvetiny85 schreiben.

Gruss Reto

[Johannes]

Hallo Reto!

Danke vielmal für das Helvetiny85-Kit! Ich habe das Kit für einen Workshop mit 8 Teilnehmern verwendet und die Fotos zeigen viele lachende Gesichter. :-) Der Workshop war für Anfänger. Ich selbst bin nicht viel über Anfänger-Niveau.

Ich habe die Kombination Projektor + Weisswandtafel benützt. Erklärungen, Arduino-Funktionssignaturen und Pinbelegungen habe ich auf die Weisswandtafel geschrieben. Schaltkreise habe ich mit Fritzing gebaut und auf dem Projektor präsentiert. Ebenso Code mit der Arduino-IDE.

Was hat gut funktioniert:
* Alle Teilnehmer haben ein funktionsfähiges Board gebaut.
* Das Board hat mit den verwendeten Mac- und Linux-Computern funktioniert.
* Alle besprochenen Funktionen (digitalRead,digitalWrite,analogRead,analogWrite,tone,USB-Keyboard) haben funktioniert.
* Die Teilnehmer hatten viel Spass!

Was hat Schwierigkeiten bereitet:
* Lötanfänger haben versehentlich naheliegende Löcher gefüllt.
* Ich hatte vergessen zu erwähnen, dass Pins 3 und 4 mit USB verbunden sind. Das hat Programmierfehler (Pin 3 oder 4 mit Schaltkreis verbunden) verursacht.
* Idem für tone. Teilnehmer hatten versucht Pins zu nutzen, die nicht mit dem Timer verbunden sind.
* Die Spannung schwankt abhängig von den verbundenen Bauelementen. Die Messungen für "Schalte eine LED an, wenn die Temperature > 25°C ist." sprangen von 25°C auf 55°C sobald die LED an war. Das Multimeter bestätigt eine Spannungsänderung mit aktiviertem LED. Umgehungslösung: Blinke das LED und messe nach einiger Verzögerungszeit.
* Fritzing hat keinen Helvetiny85 mitgeliefert. Ich hatte in Fritzing einen Attiny85 auf das Breadboard gebaut um die Verbindungen zu den Pins zu zeigen. Ein Teilnehmer hat also die MCU ausgebaut und auf das Breadboard gesteckt, damit es so aussieht wie bei mir.

Was wünsche ich mir für eine Helvetiny85 Version 2:
* Headers. Für den Workshop habe ich Headers hinzugefügt. Die Flowerpads habe ich nicht genutzt, da die Schaltkreise auf einem Breadboard waren.
* Etwas mehr Platz zwischen den Löchern für R3, R1, D2 und R4 um versehentliches Füllen naheliegender Löcher zu vermeiden.
* Eine Möglichkeit die USB-Datenverbindungen zu trennen. Vielleicht Schiebeschalter?
* Eine stabilere Spannungsversorgung für analogRead. Ich weiss nicht, wie das zu erreichen wäre. Benötigt man da Entkopplungskapazitoren?

Noch einmal ein Dankeschön, dass der Helvetiny85 den Workshop ermöglicht hat!

Gruss,
Johannes

[pylon]

Eine stabilere Spannungsversorgung für analogRead. Ich weiss nicht, wie das zu erreichen wäre. Benötigt man da Entkopplungskapazitoren?

Welche Referenzspannung hast Du denn verwendet? Meine Mutmassung wäre Vcc, dann müsste allerdings der Messwert mit der Referenzspannung schwanken, d.h. wenn die Spannung wegen des hohen Verbrauchs der LED auf 4.8V fällt, wäre das ja auch die Referenzspannung für den ADC und der gemessene Widerstand bzw. der Spannungsabfall sollte proportional sein. Das setzt allerdings voraus, dass Du die Schaltung eingesetzt hast, die mir im Kopf schwebt (LED mittels Ausgang und Vorwiderstand geschaltet über Dx, Temperaturmessung über Spannungsteiler, wobei einer der Widerstände ein Thermistor ist). Vielleicht soltest Du die Schaltung hier posten (mit den verwendeten Widerstandswerten), vielleicht sehen wir dort ja einen Verbesserungsvorschlag.

Grundsätzlich kannst Du die USB-Spannung nicht als stabil betrachten, sie schwankt bei den meisten Rechnern zwischen 4.7 und 5.3V, ja nach Belastung und Qualität der Versorgung. Wenn Du genauere Temperaturwerte messen willst, wäre vielleicht ein DS18B20 ein guter Kandidat als Sensor.

[Johannes]

Ja, ich habe die Eingangsspannung als Referenz verwendet.

In der Schaltung (Bild im Anhang) war ein TMP36-Sensor¹, dessen Messwert in °C sich per `temp = (spannung - 0.5) * 100` berechnet. Und die Spannung wäre `spannung = messwert * 5` mit 5V als fixer Referenz. Die fixe Referenz in der Gleichung ist ein Problem, wenn sich die Eingangsspannung mit der LED ändert. Die Gleichungen hatte ich vom Projektbuch im Arduino-Starterkit übernommen.

Danke für den Erklärung zur Instabilität der USB-Versorgung! Die Ungenauigkeit wäre kein Problem, solange die Ungenauigkeit konstant ist. Wenn ohne LED Temperaturen im Bereich von 20-30°C und mit LED im Bereich von 50-60°C gemessen werden, dann funktioniert die gewünschte Schwellenwertschaltung nicht.

Die beschriebene Schaltung mit Spannungsteiler hatte ich mit einem Fotowiderstand benutzt. Die hat wunderbar funktioniert (kein Sprung).

Ich habe das gerade noch mit einem per USB verbundenen Arduino Uno getestet und dort sind die Messwerte stabil unabhängig vom Zustand der LED. Ich bin leider aus dem Schaltbild nicht ganz schlau geworden (USBVCC geht nur in den Hilfschip?) und weiss nicht, ob die USB-Eingangsspannung noch irgendwie stabilisiert/reguliert wird.

¹http://shop.boxtec.ch/tmp36-temperature-sensor-p-40539.html

[microtherion]

Ich habe das gerade noch mit einem per USB verbundenen Arduino Uno getestet und dort sind die Messwerte stabil unabhängig vom Zustand der LED. Ich bin leider aus dem Schaltbild nicht ganz schlau geworden (USBVCC geht nur in den Hilfschip?) und weiss nicht, ob die USB-Eingangsspannung noch irgendwie stabilisiert/reguliert wird.

Nein, zum Regulieren einer Spannung braucht es immer eine gewisse Marge (man kann z.B. 6.5V auf 5V regulieren, aber nicht 5V auf 5V), und deshalb ist die 5V Spannung nicht reguliert, wenn ab USB gespiesen wird. Die 3.3V Spannung ist dagegen reguliert.

Der Microkontroller hat auch eine interne Referenzspannung, aber bei der Verwendung ist etwas Vorsicht geboten, wenn der externe Pin angeschlossen ist, und ich bin nicht ganz sicher, wie Temperatur-Stabil die Spannung ist.

[pylon]

Ich habe schnell nachgerechnet. Damit bei einer Temperatur von 25°C nach Deiner Formel das Resultat 50°C herauskommt, müsste die Referenzspannung (also Vcc in Deinem Fall) 3.75V gewesen sein. Ich kann mir nicht vorstellen, dass die USB-Spannung wirklich so weit fällt. Also bin ich weiter auf die Suche.

In Deiner Schaltung "frisst" die LED ca. 23mA (bei 5V), was (wenn ich das ATtiny-Datenblatt richtig interpretiere) mehr ist, als der gesamte Chip maximal liefern soll (20mA). Das ist beim ATmega328 etwas anders, der liefert auf jedem Pin 20mA (gesamthaft glaube ich ca. 100mA). Ich gehe also davon aus, dass chip-intern die Spannung zusammenbricht und deshalb keine vernünftige Messung mehr möglich ist. Da hilft auch kein Kondensator mehr, der würde nur sehr kurzfristig Strom liefern.

Ich würde also erst mal den LED-Vorwiderstand auf ca. 470Ω vergrössern und den ATtiny nicht mehr als Quelle (Plus-Pol), sondern als Senke (Minus-Pol) der LED-Schaltung nehmen. D.h. wenn der Pin LOW ist brennt die LED, wenn er HIGH ist, erlöscht sie. Normalerweise kann ein Chip deutlich höhere Ströme als Senke ertragen, die ihn als Quelle bereits überfordern würden.

Wenn das nichts bringt, könntest Du Vcc als AREF anschliessen und auf externe Referenzspannung umschalten. Damit dürftest Du zumindest innerhalb weniger Grad Abweichung bleiben, selbst wenn die USB-Spannung schwankt.

Der ATtiny hat übrigens, wie auch der ATmega328, einen Temperatur-Sensor eingebaut, der über den ADC ausgelesen werden kann, der AD-MUX muss einfach von Hand programmiert werden, da die Arduino-Bibliotheken diese Einstellung nicht unterstützen.

Die interne Referenz-Spannung dürfte in den üblichen Temperatur-Bereichen genug konstant sein, so dass eine Messung mit den TMP36-Abweichungen fast immer möglich sein sollte. Sie wird auch verwendet, um den internen Temperatur-Sensor auszulesen. Mit dem TMP36 sind damit Messung bis 200°C möglich, allerdings musst Du Deine Formel leicht anpassen.

[microtherion]

In Deiner Schaltung "frisst" die LED ca. 23mA (bei 5V), was (wenn ich das ATtiny-Datenblatt richtig interpretiere) mehr ist, als der gesamte Chip maximal liefern soll (20mA).

Bin nicht sicher ob das stimmt. Bei mir steht in Sektion 21.1 "40mA per Pin" wie bei den meisten AVR µCs.

Da hilft auch kein Kondensator mehr, der würde nur sehr kurzfristig Strom liefern.

Nach meiner Erinnerung ist ein Kondensator zwischen VCC und GND möglichst nahe bei den Sensor-Pins wichtig für genaue Messungen.
 

Ich würde also[...] den ATtiny nicht mehr als Quelle (Plus-Pol), sondern als Senke (Minus-Pol) der LED-Schaltung nehmen. [...] Normalerweise kann ein Chip deutlich höhere Ströme als Senke ertragen, die ihn als Quelle bereits überfordern würden.

Atmel behauptet immer, ihre Pins seien diesbezüglich symmetrisch.

[Johannes]

Ich habe das noch einmal nachgebaut und konnte den Temperatursprung reproduzieren. Um Fehler in meinen Fritzing-Bild zu vermeiden, habe ich ein Foto geschossen. (Siehe Anhang.)

Textliche Beschreibung:

VCC ist mit der roten äusseren Leiste und GND mit der schwarzen äusseren Leiste verbunden. Pin 0 ist über einen 220Ω-Widerstand mit der Anode des roten Lichts einer RGB-LED verbunden. Die Kathode ist mit der schwarzen Leiste verbunden. Pin 2 ist mit dem mittleren Pin eines TMP36 verbunden. Der linke TMP36-Pin (von der flachen Seite aus) ist über die rote Leiste mit VCC und der rechte TMP36-Pin über die schwarze Leiste mit GND verbunden.

Das verwendete Programm:

Code: [Select]

#include "DigiKeyboard.h"

void setup() {
  pinMode(0, OUTPUT);
  pinMode(2, INPUT);

  DigiKeyboard.sendKeyStroke(0);
}

void printTemp() {
  int sensorVal = analogRead(1); //A1 = P2
  float voltage = (sensorVal / 1024.0) * 5;
  float temperature = (voltage - 0.5) * 100;

  DigiKeyboard.print("Sensor: ");
  DigiKeyboard.print(sensorVal);
  DigiKeyboard.print(", Voltage: ");
  DigiKeyboard.print(voltage);
  DigiKeyboard.print(", Temperature: ");
  DigiKeyboard.println(temperature);
  DigiKeyboard.delay(1000);
}

void loop() {
  digitalWrite(0, LOW);
  for(int i = 0; i < 5; ++i) {
    printTemp();
  }
  digitalWrite(0, HIGH);
  for(int i = 0; i < 5; ++i) {
    printTemp();
  }
}

Ausschnitt aus der Ausgabe. Das 'Ö' ist ':' auf der von der DigiKeyboard-Bibliothek verwendeten amerikanischen Tastatur.

Code: [Select]

SensorÖ 132, VoltageÖ 0.64, TemperatureÖ 14.45
SensorÖ 132, VoltageÖ 0.64, TemperatureÖ 14.45
SensorÖ 132, VoltageÖ 0.64, TemperatureÖ 14.45
SensorÖ 132, VoltageÖ 0.64, TemperatureÖ 14.45
SensorÖ 132, VoltageÖ 0.64, TemperatureÖ 14.45
SensorÖ 171, VoltageÖ 0.83, TemperatureÖ 33.50
SensorÖ 172, VoltageÖ 0.84, TemperatureÖ 33.98
SensorÖ 173, VoltageÖ 0.84, TemperatureÖ 34.47
SensorÖ 173, VoltageÖ 0.84, TemperatureÖ 34.47
SensorÖ 173, VoltageÖ 0.84, TemperatureÖ 34.47
SensorÖ 132, VoltageÖ 0.64, TemperatureÖ 14.45
SensorÖ 132, VoltageÖ 0.64, TemperatureÖ 14.45
SensorÖ 130, VoltageÖ 0.63, TemperatureÖ 13.48
SensorÖ 148, VoltageÖ 0.72, TemperatureÖ 22.27 <- Habe hier mit Finger gewärmt um ~25°C zu erreichen
SensorÖ 150, VoltageÖ 0.73, TemperatureÖ 23.24
SensorÖ 216, VoltageÖ 1.05, TemperatureÖ 55.47
SensorÖ 208, VoltageÖ 1.02, TemperatureÖ 51.56 <- Finger losgelassen, Temperatur fällt ab
SensorÖ 206, VoltageÖ 1.01, TemperatureÖ 50.59
SensorÖ 205, VoltageÖ 1.00, TemperatureÖ 50.10
SensorÖ 204, VoltageÖ 1.00, TemperatureÖ 49.61
SensorÖ 142, VoltageÖ 0.69, TemperatureÖ 19.34
SensorÖ 142, VoltageÖ 0.69, TemperatureÖ 19.34
SensorÖ 144, VoltageÖ 0.70, TemperatureÖ 20.31
SensorÖ 144, VoltageÖ 0.70, TemperatureÖ 20.31
SensorÖ 139, VoltageÖ 0.68, TemperatureÖ 17.87

Das Voltmeter zwischen GND und VCC zeigt ~5.1V ohne LED und 4.7-4.8V mit LED.

Ich hatte den sicheren Wert des Resistors mit der Formel von [1] berechnet:

(Source Volts - LED Volts) / (Current / 1000) = Resistance

Für 5V USB und 1.9V und 20mA für die LED, ergab das 155Ω. Ich habe naiv angenommen, dass es sicher sein sollte, einen mit 220Ω deutlich stärkeren Widerstand zu verwenden. Habe ich da etwas falsch verstanden?

Das Datenblatt für den Attiny85, was ich gefunden habe, hat unter `Absolute Maximum Ratings`:

Code: [Select]

DC Current per I/O Pin ............................................... 40.0 mA
DC Current V CC and GND Pins................................ 200.0 mA

und http://digistump.com/wiki/digispark/quickref spricht von "GPIO output is 20 mA max per pin, same as a regular Arduino.".

Ich hoffe ich habe jetzt nichts kaputt gemacht, wenn ich die falsche Formel benutzt und 23mA vom Pin bezogen habe. :-(

[dinoi]

Hallo Johannes

vielen Dank für das tolle Feedback. Es freut mich sehr dass der Helvetiny85 so gut ankommt.
Der Einsatz bei Workshops war genau die Idee für das Entstehen vom Helvetiny85.

Deine Ideen und Wünsche für eine Version 2 nehme ich gerne auf.
(http://playground.boxtec.ch/doku.php/arduino/attinyusb/helvetiny85?&#verbesserungsvorschlaege_fuer_die_naechste_version)

Für Fritzing habe ich schon länger mal ein Bauteil gebaut. Es ist noch nicht ganz fertig aber
du kannst es schon mal verwenden. Es ist hier zu finden: https://github.com/boxtec/helvetiny85
Das sieht dann so aus wie hier im Attachment.

Das mit dem analogRead habe ich kurz nach gebaut und konnte auch eine Veränderung feststellen.
Ich habe etwas damit gespielt und es scheint unabhängig vom verwendeten Pin der Led zu sein.
Mein VCC fällt bei mir um 0.03 Volt wenn ich die Led mit 18mA ansteuere. Und es hat auch zusätzlich negative Auswirkungen auf die Messung.
Ich habe zum Testen keinen Temperatur Sensor angeschlossen sondern nur 2 Widerstände.
Dabei habe ich beim AnalogIn folgendes gemessen:

Led aus: 91
Led an : 100
Differenz: 9

Wenn ich den Spannungsteiler umdrehe sieht es so aus.
Led aus: 931
Led an : 932
Differenz: 1

Der Attiny scheint sich also im unteren Messbereich selber stärker negativ zu beeinflussen als im oberen Bereich. Bei einem NTC könntest Du jetzt den Spannungsteiler einfach drehen und Du wärst im normalen Temperatur Bereich genauer. Mit dem TMP35 sehe ich da keine Möglichkeit.

Jedoch bringt auch der Vorschlag von pylon etwas. Wenn ich die Led umdrehe, dann leuchtet Sie wenn der Pin auf LOW ist. Die Ergebnisse sind dann auch wieder mit einer Differenz von 1 sehr klein:

Led aus: 90
Led an : 91
Differenz: 1

Natürlich habe ich auch den Versuch der Externen Spannungs-Referenz auf Pin5 mit der Angabe: analogReference(EXTERNAL); ausprobiert. Das hat jedoch weniger gebracht als das umdrehen vom Spannungsteiler oder das Wechseln der Led Stromrichtung. Hier die Werte:

Led aus: 90
Led an : 94
Differenz: 4

Fazit: Alle folgenden Massnahmen haben bei mir etwas gebracht (Reihenfolge nach deren Wirkung von viel bis wenig):

1. Led Stromrichtung umdrehen: nach LOW ziehen
2. Led Strom reduzieren (eine Led leuchtet auch noch mit 5mA)
3. Spannungsteiler drehen lieber im höheren Bereich messen
4. Externe Referenzspannung verwenden AREF

Gruss Reto

[pylon]

Bin nicht sicher ob das stimmt. Bei mir steht in Sektion 21.1 "40mA per Pin" wie bei den meisten AVR µCs.

Mea culpa, anstatt zu lesen, habe ich versucht, Diagramme zu interpretieren. Asche auf mein Haupt und grosse Entschuldigung.

Nach meiner Erinnerung ist ein Kondensator zwischen VCC und GND möglichst nahe bei den Sensor-Pins wichtig für genaue Messungen.

Dieser Kondensator sollte grundsätzlich immer angebracht werden, ist in der Schaltung des HelveTiny ja auch enthalten. Er bietet kurzzeitig Strom an, wenn der Energieverbrauch des Chips wie üblich schwankt und gleicht somit die Stromversorgung aus. Allerdings nützt das für den erhöhten Stromverbrauch beim Einführen eines vergleichsweise grossen Verbrauchers praktisch nichts.

Atmel behauptet immer, ihre Pins seien diesbezüglich symmetrisch.

In der Theorie ist das so und ich könnte mir vorstellen, dass es bei einer Beanspruchung von über 40mA auch in beiden Fällen gleich ist. Ob allerdings die Stromversorgung des Chips für einen Verbraucher an einem Pin angezapft wird oder "nur" Strom an Masse weitergegeben wird, hat für die restlichen Komponenten im Chip durchaus Bedeutung, wie ja auch das Experiment von Dinoi zeigt.

[boxtec-support]

Nach meiner Erinnerung ist ein Kondensator zwischen VCC und GND möglichst nahe bei den Sensor-Pins wichtig für genaue Messungen.

Dieser Kondensator sollte grundsätzlich immer angebracht werden, ist in der Schaltung des HelveTiny ja auch enthalten. Er bietet kurzzeitig Strom an, wenn der Energieverbrauch des Chips wie üblich schwankt und gleicht somit die Stromversorgung aus. Allerdings nützt das für den erhöhten Stromverbrauch beim Einführen eines vergleichsweise grossen Verbrauchers praktisch nichts.

Ein Kondensator, resp. RC Glied über den Sensor Pin und GND kann speziell beim gegen Störungen empfindlichen TMP36 helfen:
http://playground.boxtec.ch/doku.php/sensors/temp-hum_sensors_compared#tmp36

Allerdings stimme ich zu, dass es gegen einen Einbruch der Versorgungs-/Referenzspannung null und nichts nützt.

@Johannes: Ev. die LED mal nur mit 1-2mA ansteuern, meist reichen sehr kleine Ströme schon um LEDs recht anständig zum Leuchten zu bewegen. Ein 2-4k Vorwiderstand sollte die LED sicher noch ansprechend leuchten lassen.

[dinoi]

Hallo Zusammen,

der grosse Bruder vom Helvetiny85 der Helvetiny84 ist ab sofort verfügbar: https://shop.boxtec.ch/helvetiny84-kit-p-42861.html

Viel Spass
Gruss Reto

[boxtec-support]

Hallo Helvetiny84 Enthusiasten und Unterstützer 

Weil die Einrichtung des Helvetiny84 in der Arduino IDE etwas fricklig ist, hab ich versucht Pakete für den Boardsmanager in der Arduino IDE zu schnürren. Soweit ich das mit Arduino IDE 1.6.9 und 1.6.10 unter Debian und Ubuntu testen konnte, funtkioniert das jetzt auch.
Windows wär eigentlich auch vorbereitet, aber das konnt ich mangels desselben nicht testen.

Ich wäre daher froh um Tester und Feedback von Helvetiny84 Besitzern, die das Board mit folgender Boardsmanager URL eingerichtet haben:
http://src.boxtec.ch/boardmanager/package_boxtec_index.json
(Bitte verwendet nur die 1.0.1 oder höher, die 1.0.0 läuft nicht)

Vielen Dank für Eure Unterstützung und Feedback im voraus - Christoph

[boxtec-support]

Ein kleines Update:
Der Helvetiny85 sollte jetzt auch unterstützt sein unter der oben publizierten Boardsmanager URL:

http://src.boxtec.ch/boardmanager/package_boxtec_index.json

Grüsse - Christoph

[RoBot]

Salü zäme,

Ich bin am Zusammenbau des Helvetiny85 nach dieser Anleitung:

https://playground.boxtec.ch/doku.php/arduino/attinyusb/helvetiny85

Ich bin nun auf ein Problem gestossen mit R3 und R4 - sind diese in der Anleitung und dem fertigen Board nicht vertauscht?

R3 1.5K => braun, grün, rot
R4 10K  => braun, schwarz, rot

Der Widerstand mit "grün" also 1.5K ist auf den Bildern auf R4 eingebaut.

Was stimmt jetzt? Kann mir jemand helfen?

En liebe Gruess
- Gerry