Bei Tinkerforge tauschen Sie Flexibilität gegen ein gut integriertes Zusammenspiel fertiger Komponenten.
Tinkerforge [1] war bereits vor einigen Jahren Thema eines Artikels [2]. Seitdem hat sich am Grundprinzip nichts geändert, die Bausteinfamilie ist aber gewachsen. Insbesondere der Raspberry Pi als Steuerzentrale rückte deutlich in den Fokus – Grund genug, noch einmal einen ausführlichen Blick auf das System zu werfen.
Auf der Hardware-Seite stehen neben einem Steuerrechner die Bricks und die Bricklets. Bei Letzteren handelt es sich um Bauteile wie Sensoren, LCDs, Aktoren und Schnittstellen. Insgesamt gibt es aktuell 70 verschiedene Bricklets, die über Kabel mit einheitlichen siebenpoligen Steckern an den Bricks hängen.
Bricks besitzen üblicherweise vier Anschlüsse für Bricklets. Der HAT-Brick im großen HAT-Format für den RasPi macht mit acht Anschlüssen die Ausnahme. Einen weiteren HAT im Pi-Zero-Format gibt es ebenfalls, er verfügt allerdings nur über vier Anschlüsse.
Von den RasPi-HATs abgesehen, sitzen alle Bricks auf einer einheitlich 4 x 4 Zentimeter großen Platine. Die Bricklets haben zwar unterschiedliche Größen, die Montagelöcher sind aber in einem einheitlichen Raster von 5 Millimetern angeordnet. Das macht eine Montage aller Bauteile auf einer Lochplatte möglich (Abbildung 1).
Abbildung 1: Das einheitliche Format von Platinen und Bohrungen vereinfacht den Aufbau von Bricks und Bricklets auf einer Lochplatte.
Ein Brick hängt in der Regel per USB an einem Steuerrechner. Lediglich die HAT-Bricks kommunizieren direkt per SPI. Statt eines Steuerrechners oder des HATs übernimmt eine Master-Extension die Kommunikation von Bricks und Bricklets nach außen. Diese Bauteile, ebenfalls im Format 4 x 4 Zentimeter, gibt es mit diversen Schnittstellen wie WLAN, Ethernet oder RS485.
Software-Architektur
Der Auf- und Zusammenbau der Hardware gelingt durch das einfache Stecken in kurzer Zeit. Diverse Hilfsmittel wie Rasterplatten oder Befestigungen für Hutschienen erleichtern dabei den produktiven Einsatz. Das alleine ist schon ein gutes Argument für den Einsatz des Systems. Die sehr gute Software-Unterstützung verhindert, dass nach dem Aufbau der Frust losgeht. Hardware zum Zusammenstecken gibt es auch von anderen Herstellern (etwa Sparkfuns Qwiic oder Adafruits Stemma-Qt), aber eine einheitliche Architektur der Software fehlt dort.
Eine zentrale Rolle in der Architektur von Tinkerforge spielt der Brick-Daemon (Abbildung 2). Dieses Programm wickelt die Low-Level-Kommunikation mit der Hardware ab, entweder über USB oder – bei den RasPi-HATs – über SPI. Neben diesem Daemon gibt es dann Anwendungsprogramme, die mittels Daemon die Daten der Bricklets auslesen, auf LCDs ausgeben oder Aktoren steuern.
Abbildung 2: Bricklets und Bricks kommunizieren über eine einheitliche Software-Architektur, für die APIs für viele Sprachen existieren.
Anwendungsprogramme kommunizieren mit dem Brick-Daemon über TCP/IP. Für alle gängigen Programmiersprachen gibt es APIs, die dem Programmierer die Arbeit im Detail abnehmen; vielfältige Beispiele erleichtern den Einstieg. Tinkerforge stellt ein generisches Anwendungsprogramm bereit, den Brick-Viewer (Abbildung 3). Er zeigt jedes Bricklet auf einem eigenen Tab und erlaubt dort das Ansteuern des Bausteins (Abbildung 4).
Abbildung 3: Der Brick-Viewer gibt nicht nur Aufschluss über die vorhandene Hardware, sondern erlaubt zusätzlich ein Update der Firmware auf den Bausteinen.
Abbildung 4: Mit dem Brick Viewer steuern Sie die Parameter eines Bausteins, wie hier exemplarisch beim Temperatur-Bricklet.
Daneben übernimmt der Brick-Viewers auch Firmware-Updates. In Abbildung 3 sind der HAT und die Bricklets eingefärbt, was dem Nutzer zeigt, dass ein Update der Firmware zur Verfügung steht. Ein paar Klicks und Sekunden später sollten alle Komponenten aktualisiert sein – der Viewer erledigt das problemlos über das Netz.
Da die Firma den Viewer, wie alle Tinkerforge-Komponenten, offen unter einer GPL2-Lizenz auf Github entwickelt, findet sich das Programm in den Paketquellen gängiger Distributionen. Die Installation per Paketmanager gelingt daher in der Regel ohne Probleme.
Arbeit mit dem RasPi
Für RasPi-Nutzer empfiehlt sich ein Blick auf den HAT-Brick. Neben dem HAT umfasste der Testaufbau eine Reihe von weiteren Komponenten; die Details fasst die Tabelle “Spezifikationen” zusammen. Abbildung 1 zeigt den Aufbau auf der sogenannten Workbench.
