Carrier-Board (Vollversion)

Hier dokumentieren wir die Vollversion des Boxtronik-Carrier-Boards, das direkt unterhalb des Touch-Displays eingebaut wird und eine zentrale Rolle beim Betrieb der eigenen, eingebauten Elektronik spielt.

Allgemeine Spezifikation

Schnittstellen Rückseite Funktion
Vcc Einbaukupplung (außen/innen) Ø 6,3 mm / Ø 2,0 mm; passend für Hohlstecker Ø5,50 x Ø2,10 mm
Spannungsversorgung 12 VDC
USB USB-A-Buchse USB-Stick mit MP3-Dateien zum Abspielen
microSD µSD-Kartenslot µSD-Karte mit MP3-Dateien zum Abspielen
Line Out 3,5mm Stereo-Klinkenbuchse Stereo-Ausgabe beim Abspielen von MP3-Dateien
Schnittstellen Vorderseite Funktion
GPIO D-SUB-Buchse, 9-polig Möglichkeit bidirektionalen Austauschs von bis zu sechs Signalen
Prog. Arduino
Micro-USB-Buchse
Programmierung des SBC (Arduino Micro), ohne Entfernen der Frontplatte
I²C Mini-DIN-Buchse, 6-polig Betrieb externer I²C-Komponenen
SPI Mini-DIN-Buchse, 6-polig Betrieb externer SPI-Komponenen
Schnittstellen linke Seite Funktion
SV3 Stiftleiste, 4-polig
Anschluss des Nextion Touch-Displays
SV4 Stiftleiste, 4-polig Anschluss des Programmierkabels
SW1
Umschalter
Aktivierung/Deaktivierung von SV4
Schnittstellen rechte Seite Funktion
X1 USB-A-Buchse  
Touch-Display  (über dem Carrier-Board)
µSD-Kartenslot
Aufnahme einer µSD-Karte mit Build-Dateien zum Programmieren des Touch-Displays
Schnittstellen Intern Funktion
JP1 Wannenstiftleiste, 34-polig
Pin-Out des Arduino Micro
JP2
Wannenstiftleiste, 6-polig Zugriff auf diverse Steuer-Pins des MP3-Moduls
JP5
Wannenstiftleiste, 6-polig ziffernkonformer Zugriff auf die Pins 1 – 6 der D-SUB-Buchse
SV1 Stiftleiste, 2-polig Abgriff des Line-Outs
SV2 Stiftleiste, 2-polig  Anschluss eines 2W-Lautsprechers
SV5 Stiftleiste, 2-polig Pin1: Anschlussspannung, Pin2: interne 5V
SV7 Stiftleiste, 2-polig Zugriff auf einen bestimmten Steuerpin (Addkey 1) des MP3-Moduls
Spannungsversorgung

X7

Es handelt sich um eine Einbaukupplung für Hohlstecker mit folgenden Merkmalen

Ø außen: 6,3 mm
Ø innen: 2,0 mm

Das im Shop angebotene 12V-Netzteil verfügt über einen entsprechend dimensionierten Hohlstecker.

SV6

Die 2-polige Stiftleiste SV6 muss zugunsten der Stromversorgung des Carrier-Boards (insbesondere mittels Spannungsregler IC3) gebrückt sein.

Dies kann wahlweise durch einen Jumper, durch einen female-female-Wire-Jumper oder durch eine 2-polige Stiftleiste mit Kabelbaum (der z.B. über einen Schalter kurzgeschlossen werden kann) geschehen.

1

Die Baugruppe ist für eine Spannungsversorgung von 12 Volt vorgesehen. Das entsprechende Netzteil muss mindestens 1000 mA für die Versorgung sowohl des Touch-Display (mindestens 500 mA) als auch des SBC plus der Anwenderschaltung (mindestens 500 mA) bereit stellen.

Der Arduino Micro wird direkt mit dieser Spannung versorgt (abzüglich des Spannungsabfalls an der Diode D2).

Der positive Kontakt der Einbaubuchse X7 (Mittelpin) für die Stromversorgung wird jeweils an Pin 2 der beiden 2-poligen Stiftleisten SV5 und SV6 geführt und kann nochmal separat über das Via zwischen SV5 und SV6 abgegriffen werden.

2

Sofern SV6 gebrückt ist, liegen 12V Spannung an der Diode D2 und der Spannungsregler IC3 kann die dafür ausgelegten Komponenten mit 5V versorgen.

3

Pin 1 von SV5 ist mit der vom Spannungsregler IC3 generierten 5V-Spannung und deshalb auch mit allen 5V-Verbrauchern verbunden.

Zugunsten der Betriebssicherheit des Touch-Displays darf diese intern generierte 5V-Spannung nicht benutzt werden (und wenn doch, dann nur auf eigene Gefahr).

Vin

Von den bezeichneten Kontakten kann das verpolungsgeschützte, aufgrund der Diode D2 jedoch geminderte Versorgungs-Potential abgegriffen werden.

5V

An Pin 6 der Stiftwanne liegen die 5V an, die vom Arduino Micro angeboten werden. Die Belastbarkeit dieser Quelle wird in dessen Datenblatt nicht spezifiziert. Rechnerisch wäre von 400 mA auszugehen, da jeder der insgesamt 20 digitalen Ausgänge laut Datenblatt mit 20 mA belastet weren darf. Eine Begrenzung auf 200 mA scheint dagegen realistisch.

3,3V

An Pin 32 der Stiftwanne liegen die 3,3V an, die vom Arduino Micro angeboten werden. Die Belastbarkeit dieser Quelle wird in dessen Datenblatt mit 50 mA angegeben.

GND

Auf dieses an Pins 8 und 11 von JP1 abgreifbare Potential werden alle Spannungsunterschiede bezogen.

Single-Board-Computer (Arduino Micro)

11

Das Bild unten ist gegenüber der Abbildung oben um 90° im Uhrzeigersinn gedreht. Auf der Leiterplatte wird die Reset-Taste angedeutet, damit die Orientierung des SBC bei Wiedereinsetzen eindeutig ist.

Alle grün bezeichneten Pins sind originale Arduino-Pins (Dokumentation) und können mit derselben Pin-Nummer im Wannenstecker JP1 abgegriffen werden. Die drei orange bezeichneten Pins können dagegen nur im Wannenstecker JP1 (siehe nächsten Tab) abgegriffen werden.

12

An der Wannenstiftleiste JP1 können alle Arduino-Pins (siehe vorherigen Punkt 11) sowie zusätzlich die beiden Signalleitungen der USB Buchse USB_EX abgegriffen werden.

HINWEIS: Soll über diese Pins auf die USB-Buchse zugegriffen werden, dann muss sichergestellt sein, dass dem MP3-Modul der Zugriff entzogen ist (siehe Punkt 32).

Zusätzlich kann mit SPI_CASC eine weitere Select-Leitung für die SPI-Steuerung über X6 belegt werden.

13

An der 6-poligen Mini-Din-Buchse X5 liegen die Pins 2 (SDA) und 3 (SDL) des Arduino Micro sowie dessen 5 VDC und GND (siehe Tabelle unten). Damit kann insbesondere ein I²C-Datenbus dargestellt werden, um entsprechende Komponenten in der näheren Umgebung zu steuern bzw. abzufragen (der I²C-Datenbus wurde ursprünglich für die geräteinterne Kommunikation verschiedener Schaltungsteile konzipert, z. B. zwischen einem Controller und Peripherie-ICs, kann zu Testzwecken aber auch „im Feld“ betrieben werden).

Die folgende Tabelle gibt die Pin-Belegung sowohl für eine 6-polige (Standard, entspechende Kabel können mitbestellt werden) als auch für eine 8-polige (Bestückungsvariante möglich) Buchse wieder.

Mini-DIN-8polig Mini-DIN-6polig Arduino-I2C
1 1 +5V
2 2 SCL
3 3  
4 4  
5 5 SDA
6 6 GND
7    
8    

Der I²C-Datenbus ist als Master-Slave-Bus konzipiert, d.h. ein Datentransfer wird immer durch einen „Master“ initiiert, während der über eine Adresse angesprochene „Slave“ darauf reagiert. I²C benötigt dafür zwei Signalleitungen: Takt- (SCL = Serial Clock) und Datenleitung (SDA = Serial Data). Beide liegen mit den Pull-up-Widerständen RP an der Versorgungsspannung VDD. Sämtliche daran angeschlossene Geräte haben Open-Collector-Ausgänge, was zusammen mit den Pull-up-Widerständen eine Wired-AND-Schaltung ergibt.

Der High-Pegel soll mindestens 0,7 × VDD betragen, und der Low-Pegel soll höchstens bei 0,3 × VDD liegen. Die im Bild nicht eingezeichneten Serienwiderstände RS an den Eingängen der Geräte sind optional und werden als Schutzwiderstände verwendet. Der I²C-Bus arbeitet mit positiver Logik, d. h. ein High-Pegel auf der Datenleitung entspricht einer logischen „1“, der Low-Pegel einer „0“.

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An der 6-poligen Mini-Din-Buchse X6 liegen die Pins SCK, MOSI, MISO, SS (Slave/Chip Select) des Arduino Micro sowie dessen 5 VDC und GND (siehe Tabelle unten). Damit kann insbesondere ein SPI-Datenbus (Bild links zeigt einen einfachen SPI-Bus mit SPI-Master und einem Slave) dargestellt werden, um entsprechende Komponenten in der näheren Umgebung zu steuern bzw. abzufragen.

Über Slave Select (SS) bzw. Chip Select (CS) selektiert der Master den Slave zur aktuellen Kommunikation, indem die SS/CS-Leitung von High nach Low gezogen wird. Mit dieser Aktivierung durch den Master kann auch eine Benachrichtigung für den Slave verbunden sein, dass jetzt eine Nachricht beginnt, das nächste Byte also zum Beispiel als Kommando aufzufassen ist.

In der Bestückungsvariante mit 8-poliger Mini-DIN-Buchse steht zusätzlich der Pin A6 des Arduino sowie der Pin SPI_CASC von JP1 extern zur Verfügung, um auch einen rudimentären sternförmigen Betrieb des SPI-Datenbus zu ermöglichen.

Mini-DIN-8polig Mini-DIN-6polig Arduino-SPI
1 1 +5V
2 2 SCK
3 3 MOSI
4 4 MISO
5 5 SS (Slave/Chip Select)
6 6 GND
7   A6
8   SPI_CASC (JP1)

15 & 16

IC4 und IC5 sind für die Bestückung mit dem Temperatursensor LM35 DZ vorgesehen, um die Temperatur des Gehäuseinneren, insbesondere in der Nähe des Spannungsreglers, überwachen zu können.

Versorgt werden die Temperatursensoren jeweils über die +5V des Arduino Micro. Der Ausgang von IC4 liegt auf A0 des Arduino Micro, während der Ausgang von IC5 auf A1 liegt. A0 und A1 können natürlich anderweitig verwendet werden, wenn die Sensoren nicht bestückt sind.

Bei Raumtemperatur ergibt sich die Temperatur in °C aus der Ausgangsspannung (in Volt) multipliziert mit 100. Die Ausgangsspannung erhöht sich linear mit der Temperatur um 10 mV pro °C (siehe Datenblatt).

17

Der UART des MP3-Moduls ist über die Stiftleiste JP3 direkt mit dem Arduino Micro verbunden: Sind die Stifte entsprechend des auf der Leiterplatte abgebildeten Diagramms gebrückt (jeweils ein Jumper für Spalte 1 und Spalte 2), dann ist MP3_TX mit Arduino_11 (RX) und MP3_RX mit Arduino_12 (TX) verbunden.

Sollen die Pins 11 und 12 des Arduinos anderweitig zur Verwendung kommen, dann müssen die Jumper entfernt werden.

Touch-Display (Nextion NX4827K043)

21

Das eingebaute Display lässt sich direkt aus der Nextion-IDE programmieren. Um die vier Dupont-Kontakte des dafür erforderlichen Programmierkabels mit der Stiftleiste SV4 verbinden zu können, muss die linke Gehäuseseite demontiert werden.

Die vier farbcodierten Kabelenden des mit dem USB-Stecker verbundenen Kabelbaums werden an die beschriftete Stiftleiste SV4 des Carrier-Boards nach folgendem Schema angeschlossen (HINWEISE: RX und TX des Programmierkabels werden hier ungekreuzt angeschlossen, also RX an RX und TX an TX, die Spannungsversorgung durch das Kabel bleibt ungenutzt).

  • Schwarz an GND
  • Weiß (RX)  an RX
  • Grün (TX) an TX
  • Rot (5V) wird nicht gebraucht (kann an NC angeschlossen werden)

Vor dem Upload muss der Schalter SW1 umgelegt werden (Markierung nach P schieben, so dass die LED leuchtet), siehe nächsten Tab. Vor Aufnahme des regulären Betriebs muss der Schalter SW1 wieder in die Ausgangsstellung gebracht werden (Markierung zurück nach P schieben, so dass die LED erlischt).

22

Die Stellung des Schalters SW1 bestimmt, ob der Arduino Micro (Default) oder die externe Programmierschnittstelle SV4 mit dem Touch-Display kommunizieren können.

  • Schalter-Knopf -> P: Arduino Micro hat Zugriff auf Touch-Display (regulärer Zustand).
  • Schalter-Knopf -> P: LED leuchtet, Programmierschnittstelle SV4 hat Zugriff auf Touch-Display.

23

Die vier farbcodierten Kabelenden des vom Touch-Display kommenden Kabelbaums werden an die beschriftete Stiftleiste SV3 des Carrier-Boards nach folgendem Schema angeschlossen:

  • Schwarz an GND
  • Gelb (RX) an RX
  • Blau (TX) an TX
  • Rot an 5V
MP3-Modul (Flyron FN-M16P)

31

Das MP3-Modul bietet insgesamt 4 Pins an, um – völlig unabhängig vom SBC – eine Audio-Player-Funktionalität (Start, Stop, Pause, nächster Titel, vorheriger Titel, Lautstärke höher, Lautstärke niedriger, bis zu 16 Titel direkt aufrufbar) zu realisieren. Ein fünfter Pin signalisiert den Status des Moduls (Abspielen oder Stop/Pause).

Diese Pins stehen über die Wannenstiftleiste JP2 zur Verfügung.

Die Funktionsbeschreibung entnehmen Sie bitte dem Handbuch zum MP3-Modul (Stand 12. April 2018).

Pin

JP2 (MP3_CON)

Pin

1

GND

BUSY

2

3

I/O 1

ADDKEY 1

4

5

I/O 2

ADDKEY 2

6

32

Für die Versorgung des MP3-Moduls mit abzuspielenden Dateien gibt es drei Optionen, wobei X1 und X2 nur alternativ nutzbar sind (wird geregelt über JP4, siehe die entsprechende Grafik auf der Leiterplatte).

Device Ausführung Medium Nutzbar für Modul
Zugang
IC2 µSD-Karten-Slot µSD-Karte stets Schlitz in Rückplatte
X2 USB-A-Buchse USB-A-Stick JP4 in Stellung „MP3<->USB_EX“ Durchbruch in Rückplatte
X1 USB-A-Buchse USB-A-Stick, kurze Ausführung JP4 in Stellung „MP3<->USB_IN“ Rechte Seitenplatte entfernen

33

Ein Stift der Stiftleiste SV7 ist über den Widerstand R4 mit dem Pin ADDKEY 1 des MP3-Moduls verbunden.

Wird für R4 ein 33K-Widerstand verwendet, dann kann durch Verbinden und Trennen der beiden Stifte von SV7 die Pause/Play-Funktion dargestellt werden (für andere mögliche Funktionen siehe das dem Handbuch für das MP3-Modul entnommene Bild unten).

Mithin ist es möglich, die beiden Kabelenden des von uns angebotenen Leiterplatten-Steckverbinder-Sets mit einer (flanschgetragenen) Buchse – etwa einer Mono-Klinken-Buchse – zu verbinden, um diese Pause/Play-Funktion mit einem Schalter zu realisieren, dessen beiden Kontakte widerum an einen Stecker (hier Mono-Klinken-Stecker) gehen.

© Flyron Technology Co., Ltd.

34

Mit Hilfe unseres Leiterplatten-Steckverbinder-Sets kann ein 3W-Lautsprecher direkt an SV2 angeschlossen werden (Bezeichnung +/- folgt der Bezeichnung am MP3-Modul selbst).

Wir empfehlen die Verwendung des Lautsprechers LSM-S30K* der Fa. Ekulit. Dazu passt der Flansch SP01 bzw. SP02 (mit oder ohne Bohrungen).

35

Mit Hilfe unseres Leiterplatten-Steckverbinder-Sets kann das Stereo-Ausgangssignal an SV1 abgenommen und weiterverarbeitet werden.

36

Die Stiftleiste JP3 muss entsprechend dem Bild auf der Leiterplatte gejumpert sein, damit der SBC das MP3-Modul seriell steuern kann.

Frei belegbare Schnittstellen

41

Die Pins 1-6 des 6-poligen Wannensteckers JP5 sind direkt und ziffernkonkordant mit den Pins 1-6 der 9-poligen D-Sub-Buchse X4 verbunden, so dass sich beliebige Signale über diese Schnittstelle austauschen lassen.

An den verbleibenden Pins 7-9 von X4 liegen folgende Pegel:

X4_Pin Pegel
7 VIn (Netzteil)
8 +5V (Arduino)
9 GND

42

Der Pin 10 (SPI_CASC) an JP1 kann nur genutzt werden, wenn für X6 eine 8-polige Mini-DIN-Buchse eingelötet wurde

43 & 44

Die Pins 14 (USB_EX+) und 16 (USB_EX-) an JP1 sind nur dann frei verfügbar, wenn JP4 in Stellung „MP3<->USB_IN“ steht. In diesem Falle greift das MP3-Modul auf die interne, statt auf die externe Buchse zu, womit letztere „frei“ ist.