Nach der mehr oder weniger funktionalen Arduino Abeitsstation sollte das ModLab unter folgendem Motto stehen:

Aufwändig und absolut Over-Engineered!

Sinn der Sache: so viel an Zusatz- und Schutzbeschaltung wie möglich soll die Funktion, sowie die Qualität der Arbeit verbessern. Eine Not-AUS-Kette? Sicher doch! Jedes freistehende Metallteil mit einem PE versehen? Na klar! TVS-Dioden, die mehr kosten als die Platinen? Ein absolutes MUSS!

Und so weiter… ich glaube, ihr versteht was ich meine. Also ging es zuerst an das Reißbrett.

Der Kasten drum rum

Das ganze sollte, wie die Arbeitsstation zuvor, in 19″-Baugruppenträger eingebaut werden. Der Grund: sieht gut aus, stabil und modular.
Bei IT-Budget habe ich einen günstigen 19″-Rack mit 24 Höheneinheiten (HE) gefunden, der perfekt dafür ist. Also bei Excel ne Tabelle aufgemacht und grob die Einteilung geplant. Das Ergebnis sah nach mehreren Reviews so aus:

Wie man sieht, findet mein FMAS in den unteren 6 HEs in zwei Baugruppenträgern seinen Platz. Direkt darüber kommt zuerst ein Regalboden, der bei der Kabelorganisation etwas helfen wird, gefolgt von einem Kabelkanal und darüber der Hutschiene Nummer 1. Auf dieser wird die PNOZ (Not-Aus-Kette mit Relais), sowie Reihenklemmen zur Verkabelung, aber auch ein Netzteil, eine Strombegrenzung für die Netzteile und die Hauptsicherungen montiert. Darüber ein Bedienfeld mit Not-Aus-Schalter, Drehschalter (schaltet die PNOZ frei), und 6 Tastern (Ein- und Austaster für PNOZ, Ein- und Austaster für FMAS und Ein- und Austaster für ModLab). Die Taster und der Drehschalter sind selbstverständlich beleuchtet 😉

In den 9 HE darüber ist das ModLab situiert.

Das Bild davon folgt, sobald der Rack verdrahtet wurde.


Das Innenleben und der Bus

Nun kommen wir zum innenleben des Racks, speziell des ModLabs. Ich wollte die Dinge diesmal etwas genauer angegehen und mir vorher eine Liste machen mit Ideen für Einschüben. Unter Anderem kamen mir dabei die Standard-Ideen (diverse Netzteile, Funktionsgeneratoren etc.), als auch einige kompliziertere Ideen (Logic-Analyzer, Logic-Sense-probes, Logiktester, Frequenzzähler etc…).

Die schwierigste Entscheidung stand mir aber noch bevor: wie will ich alles steuern? Und da bin ich mir aktuell (Stand April 2019) immernoch nicht 100% sicher. Der aktuelle Plan sieht ein STM32-NUCLEO-Board vor, welches mir als Hauptprozessoreinheit fungiert. Dieses soll ein 7″ Touchdisplay ansteuern. Allerdings hab ich mit den STM32ern noch nie gearbeitet, sprich der Code kann dauern 😀 Für die Kontrolleinheit wird es deswegen vermutlich mehrere Versionen geben, bis ich die Hardware und Software miteinander vereint habe.

Der Grund, warum ich bei diesem Projekt weg vom Arduino gehe ist einfach folgender: sogar der Arduino Due hat mir zu wenig schnelle IOs. Ich wusste relativ schnell, wie ich den Bus belegt haben will. Der Bus wird über 64polige Stecker nach DIN 41612 realisiert. Diese sind im 19″-Format üblich. Da ich auch Leistungsnetzteile vorgesehen hatte, mussten entsprechend viele Leitungen des Busses für die Spannungen und Massen reserviert werden, aber die übrigen Pins wurden komplett belegt. Wichtig war mir diesmal auch ein Parallel-Bus, mit dem schnell größere Datenmengen transportiert werden können. (Aktuell 8bit Bus mit drei Steuerleitungen, Übertragungsrate von ca. 1MB/s, vgl. I2C mit max. 80kb/s bei 100kHz Takt). Der Parallel-Bus wird ebenfalls über Hardware-Handshake vefügen. Mit auf dem Bus sind natürlich wieder RS232 und I2C, sowie eine SPI-Schnittstelle. Acht weitere Pins sind aktuell für IOs des STM-Boards reserviert, ob daraus noch I2S oder CAN wird, wird sich zeigen.

Der STM hat auch die Möglichkeit für zwei DACs. Diese werden natürlich direkt mitgenutzt. Auf einem Lautsprecher-Einschub können diese aktiv werden und über SD-Karte vorgegebene Sounds wiedergeben, zum Beispiel im Fehlerfall oder beim hochfahren. Wie und ob diese genutzt werden, hängt von meiner Langeweile ab 😉

Das aktuelle Bus-Layout sieht also nun wie folgt aus:


Die Verdrahtung der Module

Nachdem nun also grob festgelegt wurde, wie der innere Aufbau aussehen wird, musste ich aber zuerst noch einen Verdrahtungsplan für das Rack zeichen. Da ich hier mit Bedienfeld, Schütze und Sicherungen arbeite, sol die Verkabelung nicht einfach nur hingeschmiert sein, sondern auch nach was aussehen. Zudem wurde es langsam unübersichtlich. Der Plan sollte mir helfen, zu wissen, wie ich was zu verdrahten habe.

Durch Zufall bin ich zur gleichen Zeit von einem Kollegen auf ein Programm zum Zeichnen von solchen Plänen aufmerksam gemacht geworden. Das Programm QElectroTech erwies sich als wahrer Segen, da es fast alles kann, was man braucht. Außerdem ist es Freeware unter der GNU/GPL-Lizens

Also nach einigen Tagen Einarbeit und reiflicher Überlegung, stand endlich der Verdrahtungsplan. Zwischendurch wurde zwar noch hin und wieder etwas angepasst, aber vom großen und Ganzen wird der Rack wie auf den folgenden Bildern bedrahtet:

Seite 1: Stromversorgung und Not-Aus
Seite 2: Versorgung FMAS
Seite 3: Versorgung ModLab

Man sieht also ganz gut, dass diesmal die Planung an erster Stelle steht, und nicht das schnelle Ergebnis. Dadurch will ich eine bessere Qualität und Langlebigkeit erreichen. Außerdem lerne ich dadurch auch sehr viel im Bereich Qualitätsmanagement, was gerade bei großen Firmen interessant wird.

So, das wars jetzt aber erstmal. Ich werden den weiteren Fortschritt hier nach und nach hochladen, also freut drauf 😉

Wenn ihr weitere Vorschläge für Einschübe habt, immer her damit!