Meine Wetterstation kam für eine Zwischenzeit zum Erliegen. Der Grund dafür ist nicht, dass mir Materialien oder Zeit fehlen. Sondern an Mangel an Lötfähigkeiten. Bei meiner Arbeit an der Wetterstation habe ich ein Mikrocontroller kaputt gemacht, weil ich das Verlöten nicht hinbekommen habe. Beim Löten scheine ich zwei linke Hände zu haben und ich bekomme es nie zufriedenstellend hin. Ich habe daher beschlossen, das Löten zu minimieren, indem ich meine eigenen Teile baue. Ich hatte bereits zuvor überlegt, wie ich das Löten möglichst vermeiden und die Produktion skalieren kann. Lötfertige Teile sind da das Mittel der Wahl.
Solche Teile werden auch als „Printed Circuit Board“, kurz „PCB“ bezeichnet. Ähnlich wie mit einem 3D Drucker gibt es spezielle Maschinen, mit denen sich PCBs produzieren lassen. Ich habe dieses Projekt zum Anlass genommen, mein erstes PCB zu modellieren und zur Produktion in Auftrag zu geben. Hier sind meine ersten Erfahrungen damit.
Modellierung mit Fritzing
Es gibt verschiedene Anwendungen, um Modelle zu erstellen, die für die Produktion von PCBs geeignet sind. Ich nutze Fritzing für meine Modelle. Ich hatte zuvor bereits meine Schaltpläne in Fritzing erstellt.
Die Modellierung in Fritzing ist sehr einfach. Man startet ein neues Projekt, wechselt auf die „PCB“-Ansicht und fängt an, Bausteine in den Bauplan zu schieben. Ein und Ausgänge verbindet man miteinander.
Meine Schaltung erforderte mindestens ein Baustein für den ATMega328P Mikrocontroller und das SX1276 LoRaWAN Modul. Der ATMega328P Mikrocontroller ist der selbe, der auch in Arduino Nanos und Unos verwendet wird. Ein funktionierendes Programm auf Arduino kann also auch mit diesem Mikrocontroller betrieben werden.
Das LoRaWAN Modul benötigt ein Anschluss für eine Antenne. Der Kondensator hat sich als weiterer essentielle Baustein ergeben. Für weitere potenzielle Anschlüsse benötige ich Pins. Die Löcher von diesen Modelliere ich ebenfalls in die Schaltung.
Nicht immer gibt es das, was man benötigt, in den Teilen. In diesem Fall hilft auch improvisieren. Schlussendlich muss nur die Größe passen. Es gibt kein eigenes Teil für das SX1276 LoRaWAN Modul. Stattdessen kann man auch „sparkfun rf radio“ als nutzen, welches exakt die selben Maße hat.
Modell Exportieren
Das Modell muss nun exportiert werden, sodass dies später zur Produktion in Auftrag gegeben werden kann. Das Format zum Exportieren hängt hierbei davon ab, wer der Hersteller ist. Meistens akzeptieren die Hersteller das „Gerber“ Format.
In Fritzing lässt sich die Schaltung in diesem Format über das Menüelement „File“ > „Export“ > „For Production“ > „Extended Gerber“ exportieren.
Elecrow
Der Schwerpunkt meiner Arbeit liegt darin, wie man ohne große Ausgaben und Materialien den größten Wert schöpfen kann. Daher muss die Produktion des PCBs möglichst günstig sein. Ich habe Ausschau gehalten nach möglichen Herstellern und bin bei Elecrow fündig geworden.
Bei Elecrow lassen sich PCBs beliebig nach Wünschen konfigurieren und entsprechend der Gerber Datei produzieren.
Für kleine Mengen mit 5 oder 10 Boards hat Elecrow ein Angebot. Der Preis für Material und Produktion kostet nur 1$. Die Versandkosten nach Deutschland kosten 5$. Dadurch kostet ein Board etwa 0,60$. Das ist auf jeden Fall vertretbar.
Ankunft und Abnahme
Von Produktion bis Ankunft kann es zwei Wochen dauern. Mein erstes Board ist angekommen und ich habe nun die Gelegenheit, das Ganze ein wenig zu beurteilen.
Das Board kam rechtzeitig und exakt in der gewünschten Aufführung an. Der erste Eindruck ist sehr positiv.
Teile verlöten
Diese Platine habe ich vor, für meine kleine Wetterstation zu nutzen. Das heißt, dass ich Bauteile darauf verlöten möchte. Ich bin so schlecht mit löten, dass mein erster Anlauf schief gegangen ist. Die Module konnte ich alle retten, aber meine erste Platine ist dadurch in den Müll gegangen. Beim zweiten Anlauf hatte ich bereits bessere Ergebnisse erzielt.
Auch wenn die Lötstellen nicht perfekt sind, hat es super funktioniert und ich konnte die neue Wetterstation mit diesem PCB Board in Betrieb nehmen.
Ergebnis
Die aufladbare Wetterstation mit Akku, Lademodul, Temperatur und Feuchtigkeitssensor ist voll funktionsfähig und sendet Daten über das Helium LoRaWAN Netzwerk.
Es werden alle 10 Minuten Daten gesendet. Laut meinen Berechnungen belaufen sich die Kosten für solch ein Betrieb im Helium IOT Netzwerk um die 0,55 € pro Jahr. Das ist ein unschlagbar günstig.
Wobei ich unsicher bin ist jedoch der Stromverbrauch und wie lange der Akku hält. Was ich weiß ist, dass die Wetterstation sehr wenig verbraucht. Wenn keine Daten gesendet werden (also in 99% der Zeit), verbrauch der Sensor vernachlässigbar wenig Strom im Pico-Ampere Bereich. Ich habe im Kontext des Stromverbrauchs aber einen separaten Blogpost geplant. Dort werde ich die Vorgehensweise für Geräte mit geringem Stromverbrauch erläutern.