GPN17:Badge

aus dem Wiki des Entropia e.V., CCC Karlsruhe
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GPN: GulaschPushNotifier

Offizielle Seite des GPN Badges. Hier findest du im Vorfeld, aber auch wärend der GPN alle nötigen Informationen die du für dein Badge brauchst.

GitHub-Repo

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Wettbewerb: Hack the Badge

Trade your Badge

Store

Rom finden und veröffentlichen: https://badge.entropia.de/

Features

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Das Badge bietet einige Features, wie

  • ESP8266 von Espressif

Siehe hier: https://www.espressif.com/en/products/hardware/esp8266ex/overview

  • Display
    • 128x128 Pixel
    • LCD
    • RGB565 (5 Bit Rot, 6 Bit Grün, 5 Bit Blau)
  • WLAN
    • 802.11 b/g/n/e/i 2.4 GHz
  • Joystick
  • 18650 Li-Ion Zelle
    • Mit Laderegler, Tiefen- und Überladeschutz
  • LED's (WS2813)
    • RGB, PWM-Frequenz ca. 19.7 kHz
  • Vibrationsmotor
  • Onboard Programmer
    • CP2102 UART Bridge

Sensoren

  • Lichtsensor
    • Analog LDR
  • 9-Achs IMU
    • BNO055
    • 3-Achs Gyro, Accelerometer und Kompass
    • Temperatursensor
  • Alkoholsensor
    • MQ-3
    • Messbereich 0~4.9‰
    • Misst Ethanol und ähnliche brennbare Flüssigkeiten in der Umgebungsluft

Software

Der ESP8266 verfügt über einen externen 8MB Flash. Von diesem kann der ESP (leider) zur Laufzeit nur 1MB adressieren, daher werden mehrere ROMs (13 ROMs a 512kB + ein Standard-ROM + Dateisystem) aufgespielt, welche durch den Bootloader ausgewählt werden können.

Die Grundfirmware ermöglicht es einen Username mit Animationen auf dem Display anzeigen zu lassen, dazu können die LEDs benutzt werden und Sensoren das ganze ein bisschen dynamischer machen. Ebenso besteht die Möglichkeit die so gennaten "GulaschPushNotifications" einzustellen. Durch diese wird das Badge vibrieren wenn bestimmt Ereignisse eintreffen, wie z.B. Es gibt Gulasch, Tschunk, Einen Talk, ... .

Im Weiteren wird es ROMs geben, welche über einen ROM-Store[1] direkt auf dem Badge Installiert werden können. Zu diesen gehören z.B. ein Pixelflutserver, ein Alkoholmess-ROM, ... .

Damit jeder weitere ROMs für das Badge schreiben kann stellen wir eine C-Datei zur verfügung, welche alle Funktionen als Beispiele enthällt. Über diese und dem gcc-xtensa oder der Arduino IDE mit ESP-Core lassen sich sehr einfach und schnell neue ROMs schreiben, kompilieren und hochladen. Fertige ROMs könnt Ihr uns auch gerne schicken, wir werden diese in den ROM-Store stellen.


[1] Den ROM-Store wird es natürlich nur auf der GPN17 (und eventuell auf Folgeevents) geben, jedoch lassen sie dich ROMs auch ohne diesen aufspielen, wir werden dafür entsprechende Infos/Tools ins Git packen.

Hacking

Unser Badge bietet bereits im "Auslieferungszustand" zahlreiche Möglichkeiten, mit neuer Software weitere Funktionen zu implementieren. Wem das nicht ausreicht oder genauere Doku braucht, findet sie hier.

3D-Druck Addons

Hier eine lose Sammlung von 3D-druckbaren Addons.

Elektronik Design

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Hier erhälst du (hoffentlich) alle Infos die du brauchst um zu verstehen weshalb dein Badge macht, was es macht.

Schaltplan

BOM

Flash

Der Flash ist via Dual SPI (DIO) am ESP angebunden. Dadurch ist er etwas langsamer, dafür stehen mehr GPIOs zur Verfügung.

ESP8266

Der ESP ist so ziemlich in Grundbeschaltung. Die Quarzfrequenz beträgt 26MHz. Dinge, die man beim ESP in unserer Config beachten muss:

  • GPIO

PCA9571 GPIO extender

http://www.nxp.com/documents/data_sheet/PCA9571.pdf

Da der ESP8266 für unsere Anwendung viel zu wenige GPIO's hat, haben wir ihm via I2C um einen Portextender ergänzt. Dieser fügt 8 weitere Digitalausgänge hinzu. Da diese Ausgänge sehr langsam sind, werden sie lediglich für Zeitunkritische Dinge verwendet, z.B. Einschalten von Infrarot, Vibrationsmotor, Einschalten des MQ3 + 5V StepUp, Konfigurieren des Analog MUX.

Einer der Ausgänge ist auf dem Expansion Header Verfügbar. Er sollte mit höchstens 4mA belastet werden.

Nach einem Poweron-Reset sind alle Ausgänge des PCA9571 auf High. Deshalb Vibriert z.B. das Badge beim Einschalten einen kurzen Moment, bis der ESP den Motor aktiv ausschaltet.

CD4051 Analog MUX

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/cd4051b.pdf

Der ESP verfügt über lediglich einen 10bit ADC Eingang. Um dennoch mehrere analoge Eingäne verwenden zu können, ist ein externer MUX notwendig. Der MUX wird mit 3 Signalen binär konfiguriert. Diese 3 Signale stammen aus den 3 LSB des I2C expanders.

Der MUX braucht nach dem Umschalten min 5ms ehe der Ausgang stabil ist. Kürzeres warten führt zu falschen Messergebnissen.

Bosch BNO055 IMU

https://www.bosch-sensortec.com/bst/products/all_products/bno055 9-Achs IMU von Bosch, der über I2C am ESP angebunden ist. Liefert Orientierungsdaten in Quaternionen, Eulerwinkeln oder Vektoren.

MQ3 Alkohol Sensor

Das Badge verfügt über einen Alkohol Sensor. Da dieser 5V benötigt, verfügt das Badge außerdem über einen 5V StepUp. Dieser muss zunächst mittels des Portexpanders eingeschalten werden. Die 5V sowie der Analogeingang für den MQ3 können natürlich auch für etwas anderes verwendet werden, z.B. zum Handy laden. Max 500mA!

IR Sender und Emfpänger

Das Badge verfügt über einen IR Sender und 38kHz Empfänger. Damit ist es zu den allermeisten IR-Fernbedienungen kompatibel. Zu beachten ist, dass soch IR RX und TX die GPIOs des ESP mit USB Bitbang D+ und D- teilen. Zur Benutzung von USB sollte also unbedingt IR ausgeschalten sein! Gesteuert wird dies über einen Pin des I2C expanders.

TP4056 Lade-IC

Wenn ihr das Bdage über USb einsteckt - egal ob im Programmiermodus oder Bitbang - lädt der integrierte Lade-IC den 18650 Akku mit 500mA. Dies ist USB-Standardkonform und sollte jedes noch so gammilige USB Netzteil und Laptop schaffen. Wenn euch die 4h Ladezeit zu lange sind, könnt ihr (auf eigene Gefahr) den Lötjumper "1A" schließen. dadurch lädt das Badge doppelt so schnell mit 1A.

CAD

Im Git befinden sich STL und OpenSCAD Dateien für verschiedene Anwendungen am Badge, zum Beispiel ein Mundstück für den Alkoholsensor.

https://github.com/entropia/gpn17-badge/tree/master/CAD

FAQ

Bei weiteren Fragen, wende dich bitte an: https://twitter.com/GPN17Badge oder #gpn-badge auf hackint.