Vorprojekt Hardware

Hardware

Textilie + Elektronik

Die Textilie besteht aus fünf Flächen, die bei Berührung ihre Kapazität verändern. Diese Kapazitätsänderung wird von einem Kapazitätssensor gemessen und von einem Mikrocontroller ausgewertet.

Auf der Platine befinden sich die Bauteile, mit denen Berührungen und Gesten erfasst werden. Außerdem verarbeitet ein Mikrocontroller diese Daten und sendet über Bluetooth die daraus berechneten Kommandos per Bluetooth an ein zu steuerndes Gerät. Auf der Platine befindet sich außerdem die Elektronik für das Akkumanagement.

Features

Minimale Abmessungen

Bei der Entwicklung der Platine wurde auf platzsparende Platzierung der Bauteile geachtet, sodass die Platine eine Abmessung von nur
16mm x 26mm aufweist.

Status Anzeige durch LED

Eine LED sorgt dafür, dass der Status der Fernbedienung jederzeit angezeigt werden kann.

Akkulaufzeit von bis zu 4h

Wird die Fernbedienung längere Zeit nicht verwendet, so verfällt die Hardware in einen Ruhezustand, der durch eine Bewegung der Fernbedienung wieder verlassen wird. Dadurch wird eine besonders lange Akkulaufzeit trotz kleiner Baugröße erreicht.

Firmwareupdates über USB oder Bluetooth

Die Firmware der Fernbedienung kann jederzeit über Bluetooth oder USB aktualisiert werden. Dafür sorgt ein integrierter Bootloader.

Kapazitätsmessung von 5 Textilflächen

Um eine Berührung am Kapazitiven Touch-Interface zu erkennen, werden die Kapazitätswerte der 5 textilen Flächen ständig gemessen.

Wiederaufladbar über Mikro-USB

Der Akku ist über eine Mikro-USB-Buchse aufladbar, wobei die Ladezeit bei etwa zeri Stunden liegt. Ein Laderegler überwacht den Zustand des Akkus und eine LED zeigt den Ladezustand an.

9-Achs Sensor zur Bewegungserkennung

Um neben Berührungen auch Bewegungsgesten zu erkennen, befindet sich auf der Platine ein BMX055 9-Achs Bewegungssensor. Dieser vereint jeweils einen 3-Achs Beschleunigungssensor, einen 3-Achs Gyroskopsensor und ein 3-Achs Magnetometer.

Bluetooth-Schnittstellen-Kommunikation

Um mit der Fernsteuerung zu kommunizieren, bietet diese eine Bluetooth-Schnittstelle an. Ein Bluetooth-Modul vereint den Mikrocontroller, die Bluetooth-Antenne und die dafür benötigten Passiven Bauteile in einem kompakten Gehäuse.

Cortex M4 Mikrocontroller mit 64MHz Taktfrequenz

Zur Verarbeitung der Sensordaten wird ein Nordic NRF52832-Mikrocontroller verwendet. Dieser Mikrocontroller verfügt zusätzlich über einen Bluetooth-Stack. Somit ist kein externes Bluetooth-Modul notwendig, um eine Schnittstelle nach außen zu bilden.

Bluetooth-Modul

Das Bluetooth-Modul A4 beinhaltet einerseits einen Mikrocontroller, welcher die Gestenerkennung und die Auswertung der Sensoren übernimmt. Andererseits befindet sich in diesem Modul sowohl die Bluetooth-Antenne und ein Großteil der externen Beschaltung für den Mikrocontroller.

Der Mikrocontroller ist in der Lage, seine Core-Spannung selbst zu generieren. Dabei verwendet er entweder einen LDO-Regler oder einen Schaltregler. Somit wird gewährleistet, dass so wenig Verlustleistung wie möglich anfällt. Die Spulen L1 und L2 werden für den Schaltregler benötigt.

Sensoren

Hier zu sehen, der Kapazitätssensor (A3) und der 9-Achs-Sensor (A4).

Der Kapazitätssensor misst ständig die Kapazität der Textilie, um Berührungen zu erkennen. Die Kapazitätswerte werden über eine I2C-Schnittstelle zum Mikrocontroller gesendet.

Der 9-Achs-Sensor misst Beschleunigung, Drehung und die Stärke des Magnetfeldes auf allen drei Achsen im Raum. Die Sensordaten werden über eine SPI-Schnittstelle zum Mikrocontroller gesendet.

Beide Sensoren benötigen keine spezielle externe Beschaltung, wodurch ein platzsparendes Platinenlayout ermöglicht wird.

Spannungsversorgung

Die Elektronik wird über einen Akku versorgt. Um eine stabile Versorgungsspannung für die Elektronik zu generieren, wird ein Spannungsregler (A1) verwendet. Der Spannungsregler benötigt keine Bypass-Kondensatoren und besitzt eine Dropout-Voltage von 50mA. Durch die niedrige Dropout-Voltage kann auch die niedrige Nennspannung eines fast leeren Akkus zur Versorgungsspannung für die Elektronik umgewandelt werden.

Um den Akku zu laden, befindet sich auf der Platine eine Mikro-USB-Buchse (X1). Ein Laderegler wird mit der USB-Spannung versorgt und lädt damit den Akku, der an den Klemmen (X2, X3) angeschlossen ist mit einem Ladestrom von 210mA. Eine Led (LD1) informiert über den Ladezustand des Akkus.