Mit Tinkerforge für Embedded-Projekte entwickeln

Tinkerforge ebnet durch aufeinander abgestimmte Komponenten den Weg in das Basteln mit elektronischen Komponenten. Der RasPi dient dabei als Steuereinheit.

Basteln mit dem Raspberry Pi oder einem der anderen Klein-Computer birgt unendliche Möglichkeiten. Was für erfahrene Anwender ein Segen ist, endet bei Einsteigern gelegentlich in einer kleinen Rauchwolke und, wenn es gut läuft, mit einem defekten Cent-Artikel. Läuft es schlecht, haucht der RasPi sein Leben aus.

Eine falsche Spannung, zu hohe Stromstärken oder verpolte Leitungen verwandeln vermeintliche Erfolge schnell in Frust und Kosten. Immerhin: Selbst dann haben Sie noch etwas gelernt, und das nächste Experiment beginnt vielleicht mit einem genauen Schaltplan und unter Zuhilfenahme eines ordentlichen Stromprüfers.

Als Alternative zu einem System, das das Verschalten beliebiger Komponenten erlaubt, bietet sich Tinkerforge [1] an. Es setzt ebenfalls durchweg auf Offenheit, kommt dem Anwender aber insofern entgegen, als die Komponenten alle aufeinander abgestimmt sind. Ein versehentliches Beschädigen durch falsches Verdrahten ist hier nicht ohne Weiteres möglich.

Seit 2011 gibt es die Tinkerforge GmbH, die laut eigener Aussage das Ziel verfolgt, den Einsatz eingebetteter Systeme zu vereinfachen. Der Sitz des Unternehmens liegt im westfälischen Schloss Holte-Stukenbrock auf halber Strecke zwischen Paderborn und Bielefeld.

Aktuell zählt das Unternehmen acht Mitarbeiter oder sogar neun, wenn man den Kaffeeautomaten MrCoffee dazurechnet, wie die Mitarbeiter selbst es tun. Bis auf Letzteren arbeiten alle Angestellten mit Open-Source-Tools und verfolgen damit eine Philosophie, die ebenfalls in die Produkte des Unternehmens einfließt.

Stein auf Stein

Die Tinkerforge-Bausteine ergeben eine Art Baukasten mit unterschiedlichen Modulen, die sich in drei Gruppen einteilen: Bricks, Bricklets und RED Bricks. Dabei übernehmen die Bricks jeweils eine bestimmte Funktion. Sie verfügen über eine Mini-USB-Schnittstelle, die es ermöglicht, den Brick von einem externen Rechner wie etwa einem RasPi zu steuern. Dabei läuft die Software auf dem PC.

Die 4 x 4 Zentimeter großen Module bieten entsprechende Bohrungen, über die sich die Platinen zu einem Stapel verbinden lassen. Ein sogenannter Master-Brick übernimmt dabei die Kommunikation nach außen und leitet die eingehenden Befehle entsprechend weiter. Zwischen den Platinen leiten Steckverbindungen an der Ober- und Unterseite die Daten weiter. Haben Sie mehrere Bricks verbunden, brauchen Sie also trotzdem nur eine Steuerleitung via USB vom Rechner aus.

Weiterhin gibt es Bricks, die sich zum Messen eignen, und solche, die Motoren steuern. Möchten Sie auf einen anderen Kommunikationskanal setzen, erweitern Sie den Stapel mit einer Master-Extension, die eine Ethernet-Buchse oder ein WLAN-Modul bereitstellt.

Da die gestapelten Module über die USB-Schnittstelle auch den Strom beziehen, kommt es bei vielen Verbrauchern unter Umständen zu einem Engpass. Ein spezielles Modul, der sogenannte Step Down Power Supply, sorgt in diesem Fall für zusätzliche Energie.

Um eine Aufgabe zu erledigen, benötigen die Bricks in der Regel weitere Sensoren, die Bricklets. Davon bietet der Hersteller mittlerweile 75 Varianten an. Dazu zählen Sensoren für Licht, Luftfeuchte, Temperatur oder Abstandsmesser. Außerdem gibt es Bausteine, die digitale Eingänge bereitstellen, um Signale von außen zu verarbeiten. Die Tabelle “Bricklets” zeigt eine Auswahl an Modulen.

Das Format der Bricklets weicht von denen den Bricks ab. Dabei hängt die Größe vom Typ ab, denn die Entwickler haben die Module jeweils so gestaltet, dass sie nur den notwendigen Platz einnehmen.

Die Bricks bieten Anschlussmöglichkeiten für bis zu vier Bricklets. Diese verfügen über keinen eigenen Prozessor, sondern melden sich mit dem im EEPROM eingebauten API beim Brick an, der diese API wiederum nach außen anbietet. Sie sprechen die Bricklets also jeweils transparent über das entsprechende Brick an.

Neben den in der Tabelle genannten Bricklets bietet das Unternehmen außerdem eine Reihe von Modulen an, die sich zum Schalten von Elementen in der Industrie eignen. Damit zielen die Westfalen auf ein Segment außerhalb des Bereichs der Privatanwender: den Einsatz beim Rapid Prototyping in der Industrie. So ist aus diesem Ansatz unter anderem ein gemeinsames Projekt mit dem Energiekonzern EnBW hervorgegangen, bei dem es um die Entwicklung einer Straßenleuchte mit integrierter Ladestation für Elektrofahrzeuge ging.