Box 5.0

Du hast meine Box gesehen und bist über den QR-Code hierher bekommen um mehr zu erfahren? Dann bist du hier genau richtig. Diese Seite dokumentiert die Entwicklung und Entstehungsgeschichte der selbstfahrenden "Box 5.0" sowie der zugehörigen Musikboxen. Der Weg von der ersten Box bis zur aktuellen Version ist wahrlich eine Reise durch die Zeit der Technikentwicklung. Auf dieser Reise habe ich auch Fehler gemacht und viele Dinge via Trail&Error autodidaktisch erlernt.

Die Entstehungsgeschichte beginnt mit einer akkubetriebenen Musikbox etwa im Jahre 2005. Dies war zu einer Zeit, als es noch keine tragbaren Bluetooth-Boxen an jeder Ecke gab. Das iPhone – und damit die Smartphoneära – war noch nicht geboren, und Bluetooth mit seinem SBC-Codec und A2DP-Audioübertragung wurde gerade erst vorgestellt.

Nachdem bei Umbauten an dieser ersten Musikbox der Verstärker zerstört wurde, begann in 2006 die Entwicklung der Version 2.0. Mit dem neuen Formfaktor sollten einige Nachteile der ersten Version adressiert werden, letztendlich war diese Version aber die schlechteste von allen.

In 2008 ging die Entwicklung dann mit Version 3.0 weiter, welche während des meines Studiums rege Anwendung auf den Semesterfahren fand. Zum besseren Transport existierten verschiedene Unterbauten mit Rädern, welche bis zur finalen Ausbaustufe zu nahezu jeder Semesterfahrt modifiziert wurden.

Hieraus entstand letztendlich die Idee, eine Box zu bauen, die aus eigener Kraft fahren kann. Somit entstand 2013 Version 4.0 auf der Basis eines Kinder-Elektroautos. Leider war die Konstruktion aus OSB-Platten viel zu schwer und der Antrieb mit 70W viel zu schwach. Weiterhin stellte sich die feste Kopplung von Fahrzeug und Musikboxen als erheblicher Nachteil heraus.

Mit den bisherigen Erfahrungen ging es also zurück ans Zeichenbrenn. In 2016 begannen die arbeiten an der bisher besten Version: Box 5.0.

Die Musikboxen existieren in zwei Exemplaren welche technisch im wesentlichen identisch sind. Sie bilden ein Stereopaar, können jedoch auch einzeln als Mono-Lautsprecher verwendet werden. Optisch ist die Front symetrisch gespiegelt, die Rückseite aber identisch aufgebaut.

Die Besonderheit für den Stereobetrieb mit beiden Boxen liegt in der Verkabelung der Audio-Leitungen: Der linke AUX-Eingang gibt bei beiden Boxen jeweils den linken Kanal wieder. Auf der rechten AUX-Buchse sind die Kanäle gegenüber der linken vertauscht, so dass bei Nutzung dieser Buchse der rechte Kanal wiedergegeben wird.

Durch eine Verbindung von der rechten Buchse der ersten Box zur linken Buchse der zweiten Box wird ein Stereopaar hergestellt, welches entweder über einen der verbleibenden AUX-Eingänge oder via Bluetooth angesteuert werden kann. Im Bluetooth-Modus kann allerdings durch TrueWirelessStereo (TWS) auf das Verbindungskabel gänzlich verzichtet werden.

Die Größe sollte in etwa der Vorversion entsprechen, mit der Möglichkeit neben den Boxen aber auch noch eine Person transportieren zu können, stieg die Anforderung hinsichtlich der Fahrwerksstabilität und der Leistung erheblich. Das kalkulierte zulässige Gewicht liegt bei etwa 200kg (50kg Eigengewicht + 100kg Fahrer + 30kg Musikboxen + bis zu 20kg weitere Zuladung). Die Entscheidung fiel damit auf eBike-Nabenmotoren, welche zum damaligen Zeitpunkt auf ebay gerade günstig gebraucht zu bekommen waren. Fahrradräder sollten dieser Belastung ebenfalls stand halten können.

Eine mechanische Lenkung unter der Belastung von bis zu 200kg mit Fernsteuerung stellt da schon eher eine Herrausforderung dar. Stattdessen werden zum lenken die beiden 20-Zoll-Antriebsräder individuell gesteuert. Die nachlaufenden kleinen Räder unter der Ladefläche können sich wie bei einem Einkaufswagen frei drehen.

Die erste Version hatte die Größe eines Bierkastens, allerdings in senkrechter Form. Die Lautsprecher waren an zwei benachbarten Seiten angebracht, wodurch sich eine Abstrahlung über 90° ergab.

Die Konstruktion bestand im Inneren aus Holzklötzen in den acht Ecken, über die die Seitenplatten aus Sperrholz mit Schrauben zusammengehalten wurden. Für die äußere Ummantelung kamen Teppichreste mit gummierter Unterseite zum Einsatz. Die Kanten waren mit Alu-Leisten und Kisten-Ecken beschlagen.

Entwicklung und Bau aufgrund von Zerstörung des Verstärkers aus Version 1.0. Diese Version sollte im Gegensatz zur ersten Version die Musik nicht mehr in alle vier Richtungen abstrahlen.

Die Konstruktion bestand im Inneren aus einem Dachlatten-Skelett, welches von allen Seiten mit Sperrholz als Wandmaterial belegt wurde. Für die äußere Ummantelung kamen wie auch bei der ersten Version Teppichreste zum Einsatz. Die Kanten waren ebenfalls wie bei der ersten Version mit Alu-Leisten und Kisten-Ecken beschlagen.

Fazit:

Die Version 2.0 hatte viele kleinere Probleme. Aufgrund der kurzen Lebensdauer gibt es auch kaum Bilder. Der Bau wurde buchstäblich an einem Nachmittag zusammengepfuscht. Die Verarbeitung war schlechter als in Version 1.0 und 3.0. Letzendlich führten die folgenden Probleme zur Entwicklung der dritten Version.

Wiedereinmal sollten die Schachstellen der Vorversion ausgebessert werden. Das Format der letzten Version war weniger praktisch und es gab eine Rückkehr zum Bierkasten-Format inkl. Rastkanten auf Ober- und Unterseite.

Statt einem Innenskelett wie bei der Vorversion bestand die Box nun aus einem Exoskelett aus 18mm Leimholzbrettern, untereinander verschraubt und verstärkt mit Winkeln. Die Fugen wurden mit Silikon abgedichtet und die äußere Ummantelung bestand aus PVC für einen besseren Schutz gegen Feuchtigkeit im Outdoor-Einsatz. Die Tiefton-Lautsprecher befanden sich nun an den Seiten, die Breitband- und Hochton-Lautsprecher an der Front. Ein guter Kompromiss hinsichtlich Platz und Audio-Abstrahlung. Alle Bedienelemente befanden sich an der Oberseite waren jedoch nach unten versenkt, so dass ein Brett oder weitere Kisten oben drauf gestapelt werden konnten ohne Anschlüsse oder Knöpfe zu beschädigen.

Die Audio-Steuerung sollte komplett über ein Autoradio laufen, um die Probleme der Vorversion zu umgehen. Hierdurch war auch ein Radio und MP3-CD-Player mit an Board – Smartphones mit großen Musiksammlungen waren zu dieser Zeit auch noch nicht selbstverständlich, von Online-Streaming ganz zu schweigen. Viele Teile wie die Tief- und Breitband-Lautsprecher, Frequenzweichen, Verstärker und Ladegerät wurden von den Vorversionen übernommen. Die Hochtöner wurden durch flachbündige ersetzt. Insgesamt sollten keine Teile zu weit aus der eigentlichen Kiste rausstehen (Problematik der abgebrochenen Hochtöner bei Version 2.0). Aus Platzgründen wurde auf einen Akku reduziert, dafür kamen jedoch andere Funktionen hinzu.

Der Unterbau wurde wieder einmal verändert: Diesmal wurden statt eines separaten Rollbrettes, die Räder direkt in einen Bierkasten integriert, welcher auch als Gepäckraum diente. Mit Handgriff und weiterem Seitenboard für ein 5l‑Bierfässchen war auch für die Getränkeversorgung gesorgt.

Auch die Musikbox erhielt eine wichtige Erweiterung: Die Idee mit dem Autoradio als primäre Audioverarbeitung und Verstärker war an sich gut gedacht, bei einem Ruhestromverbrauch von 1A war es aber nicht gerade sparsam, was sich negativ auf die Akku-Laufzeit auswirkte. Somit gab es wieder einen separaten AUX-Eingang der direkt auf die McFun-Verstärker ging.

Mittels eines Adapter-Brettes mit Halteblechen konnte auf der Box ein Netbook plaziert werden, welches über den AUX-Eingang als Musikquelle fungierte.

Für eine bessere Basswiedergabe wurde eine separate Bass-Extension-Box entwickelt, die über einen eigenen Akku und Verstärker verfügte und mit der Hauptbox verbunden werden konnte.

Die bisherigen Rollbrettunterbauten waren meistens nur einmalig verwendet worden. Mit der neuen Bass-Extension-Box wurde auch eine passende Transport-Kiste entwickelt, welche neben den beiden Musikboxen auch das restliche Gepäck aufnehmen konnte. Die solide Holzbox hatte integrierte Rollen und ein Klappfach an der Vorderseite. Die Oberseite war im Maß 40x30cm und mit Rastkanten ausgestattet um die Musikboxen aufstapeln zu können.

Die finale Ausbaustufe der 3er-Versionsreihe. Die Audio-Boxen waren bereits mit Version 3.3 fertig und alle Schwachstellen wurden beseitigt.
Der Unterbau wurde auf eine Sackkarre geschnallt, welche zusätzlich noch einen halben Bierkasten (11er-Kasten) aufnehmen konnte. Hierdurch war dann auch eine Geländegängigkeit und gute Überquerung von Bordsteinkanten gewährleistet.

Diese Ausbaustufe wurde einige Jahre erfolgreich eingesetzt. Alle Boxen waren stapelbar im Format 40x30cm und das System war mit der Hauptbox und der Bass-Extension-Box so modular, dass für kleinere Ausflüge auch nur die Hauptbox mitgenommen werden konnte. Bei gemäßigter Lautstärke war eine Laufzeit von bis zu 12 Stunden möglich. Eigentlich gab es kein Verbesserungspotential mehr, bis jemand auf die Idee kam und meinte "bau doch mal etwas, das selber fährt".

Die Musikboxen und der Transport-Unterbau waren soweit ausgereift. Seit Version 3.2 war ein Netbook als Musikquelle mit dabei. Nachdem bei einer Semesterfahrt das Gehäuses des Netbook beschädigt wurde, bekam es ein neues Zuhause in einer Box-würdigen Kiste.

Neben dem Akku wurde auch das externe Ladegerät integriert, so dass zum Laden nurnoch ein Kaltgerätekabel an externem Zubehör benötigt wurde. Natürlich konnte das gleiche Kabel abwechselnd zum Laden der Musikbox sowie der Netbox verwendet werden. Der originale 20V-Stromeingang konnte aber weiterhin via Umschalter genutzt werden z.B. für die Verwendung mit einem KFZ-Netzteil.

Der Deckel der Kiste öffnete mit einer Gasdruck-Feder. Die Front mit Anschlüssen und Knöpfen konnte durch einen Einschub verdeckt werden, welcher durch den geschlossenen Deckel fixiert wurde. Da die Netbox primär zur Musikwiedergabe verwendet wurde bekam sie dedizierte Hardwareknöpfe zur Musiksteuerung. Hierfür wurden die Knöpfe an Anschlüsse für die Multimedia-Tasten eines USB-Tastaturcontrollers gelötet. Das auf den Bildern zu sehende Trageseil ist ein schönes Relinkt aus den Zeiten der ersten und zweiten Box.

Die Grundidee war, ein fernsteuerbares Fahrzeug mit integrierten Musikboxen zu bauen. Um den Aufwand für das Fahrzeug in Grenzen zu halten wurde auf ein Kinderelektroauto zurückgegriffen. Hierdurch war Fahrwerk, Bereifung, Lenkung und Fernsteuerung bereits ein fertiges Set, auf dem im Grunde nur noch eine Karosserie aufgsetzt werden musste. Um ein Durchkommen in Zügen, Bussen und S‑Bahnen zu ermöglichen sollte die Fahrzeugbreite maximal 60cm betragen. Auf die Karosserie traf dies auch zu, die Räder standen allerdings seitlich vor, so dass die Gesamtbreite größer war und nicht alle Durchgänge in Zügen der Deutschen Bahn passiert werden konnten.

Eine große Neuerung waren die zwei getrennten Einzelboxen, die einen Platz auf dem Fahrzeug hatten, aber auch abgenommen werden konnten. Sie wurden über Kabel mit dem Fahrzeug verbunden, die auch im aufgerollten und aufgeladenen Zustand angeschlossen bleiben konnten. Akkus und Audio-Verteilung befanden sich jedoch im Fahrzeug. Die Satelliten-Boxen waren sogesehen passive Mono-Boxen. Über ein einzigen Verbindungskabel mit mehrpoligem Stecker wurde sowohl Strom als auch Audio in Stereo übertragen. Jede Box hatte einen Umschalter und eine kleine Anzeige um zwischen den beiden Kanälen zu wechseln.

Die Lautsprecher und Verstärker wurden von der letzten Version wiederverwendet, alle Lautsprecher waren nun in der Front der Boxen eingebaut. Da die Boxen jeweils über 5 Meter Kabel verfügten konnten sie relativ frei aufgestellt werden und boten somit eine idealle Beschallung. Der Lautsprecher aus der Bass-Extension-Box wurde im Heck des Fahrzeuges untergebracht. Ein guter Kompromiss hinsichtlich des verfügbaren Platzes.

Die Stromversorgung bestand aus zwei separaten Akku-Stromkreisen. Ein Stromkreis zum Fahren und einer für die Musikanlage. Die Akkus konnten einzeln oder zusammen geladen werden. Weiterhin konnten die Akkus einzeln ein und aus geschaltet sowie die Stromkreise dahinter gebrückt werden. Die 12V-Buchse als auch der Wechselrichter auf 230V konnten jeweils wahlweise auf den ersten oder den zweiten Akku-Stromkreis geschaltet werden. Hierdurch ergab sich eine große Flexibilität in der Stromverschaltung: So konnte z.B. abwechselnd jeweils ein Akku geladen, und der andere für die Musikwiedergabe verwendet werden ohne den 50Hz-Brumm vom Ladegerät in den Boxen zu haben.

Ebenfalls neu war das integrierte Mischpult welches neben dem zusammenmischen mehrere Eingänge auch eine einfache Steuerung der Gesamtlautstärke bot. Eine Funktion die in den ersten beiden Versionen vorhanden war, in Version 3.0 bei Verwendung des AUX-Eingang aber wieder fehlte.

Wie sich beim Bau herausstellte benötigte das Mischpult trotz 12V-Steckernetzteil wirklich Wechselspannung da es intern sowohl eine positive als auch negative Spannung gegenüber Masse benötigt.
Im ersten Bauabschnitt wurde das Mischpult als Notlösung mit dem Steckernetzteil über den 230V-Wechselrichter betrieben. Da diese Notlösung aber nicht effizient war, wurde sie durch einen Traco DC/DC-Wandler mit 84% Wirkungsgrad und sehr geringem Grundverbrauch ersetzt.

Ein neues Autoradio sollte die Musikwiedergabe von einer MicroSD-Karte oder USB-Stick als auch via Bluetooth ermöglichen. Die Zeit der CDs war zu Ende, Radio wurde sowieso selten gehört und Flash-Speicher wurde bezahlbar. Außerdem ging der Trend hin zur Musikwiedergabe vom Handy, wodurch AUX und Bluetooth die präferierten Audioeingänge wurden.

Die Box war trotz ihrer Schwachstellen ca. 3 Jahre im Einsatz. Ein Teil der Schwachstellen beruhte auf der Fahrzeugbasis, der andere Teil auf dem Gesamtkonzept, dass Boxen und Fahrzeug eine feste Einheit bildeten. Die diversen Schwachstellen führten letztendlich dazu, das Projekt wiedereinmal neu aufzulegen. Diesmal sollten alle guten Ideen fortgeführt und Schwachstellen ausgebessert werden.

Die erste Iteration der erfolgreichen 5er-Versionsreihe stellte die Grundfunktionen bereit, welche in den nächsten Iterationen noch ergänzt werden sollten. Die 5er-Bausreihe befindet sich nach wie vor im Einsatz.

Um die Schwachstelle der festen Kopplung zwischen Fahrzeug und Musikboxen aus Version 4.0 auszubessern und gleichzeitig den Vorteil von separaten Boxen zu erhalten, wurden zwei weitestgehend identische Exemplare gebaut, welche untereinander verbunden werden können. Durch den identischen Aufbau ist keines der Exemplare eine Masterbox und beide Boxen können auch separat und unabhängig von einander verwendet werden. Durch die Entkopplung von Musikboxen und Fahrzeug konnte die Entwicklung separat von einander ablaufen, was sich im Nachhinein als großer Pluspunkt herausstellte, da sich die Entwicklung des Fahrzeugs erheblich verzögerte.

Als Gehäusematerial wurden 18mm Siebdruckplatten verwendet. Hierdurch sind die Boxen sehr solide und auch gegen leichte Feuchtigkeitseinwirkung gewappnet. Die Anordnung der Platten in der Kistenkontruktion wurden explizit auf eine Belastung von oben (Sitzplatz) ausgelegt. Hierzu wurden ebenfalls Sitzpolster mit Rastkanten angefertigt. Im Gegensatz zu allen vorherigen Boxen im 40x30x30cm-Format stehen bei dieser Version keinerlei Elemente aus dem Kistenmaß hervor (auch keine Lautsprecherblenden oder sonstige Buchsen).

Bei dieser Version handelt es sich um eine vollständige Neuentwicklung, die keine relevanten Komponenten der vorherigen Versionen wiederverwendete. Die Verstärker wurden durch analoge Magnat KFZ-Verstärker ersetzt. Der Wirkungsgrad dieser Verstärker ist zwar etwas niedriger als bei den kleinen Class-D Verstärkern, dafür funktionieren Sie auch bei etwas niedrigerer Batteriespannung und gemäßigter Lautstärke noch gut. Ein weiterer Vorteil ist die komplementäre Gegentaktendstufe, welche bei 4Ω an 12V mehr Leistung rausholen kann.

Für die Lautsprecher kommt ein fertiges Drei-Wege-System von Pioneer zum Einsatz, welches sich an der nach innen versenken kurzen Front der Box (30x30cm) befindet. Die Bedienelemente an der Front wurden auf ein Minimum reduziert: AUX-Buchsen, Strom-Buchse, Schalter und Sicherung.

Die Verstärker wurden außen an der ebenfalls nach innen versenken Rückwand angebracht, so dass diese nicht hervorstehen. Hierdurch sind die Kühlkörper sowie Bedienelemente der Verstärker von außen zugänglich. Nicht benötige Anschlüsse wie die Strom- und Lautsprecher-Terminals wurden entfernt und die Kabel direkt an der Platine angebracht. Die Umlegung dieser Anschlüsse diente zum einen dem Schutz vor Kurzschlüssen an diesen Terminals, erlaubte auf der anderen Seite aber auch diese Gehäuseöffnungen später für weitere Funktionen zu nutzen.

Die Box wurde als hermetisch verschlossenes System geplant, um ein Eindringen von Dreck und Feuchtigkeit zu verhindern. Dabei stellte sich herraus, dass die Öffnung durch die Strombuchse die Musikwiedergabe veränderte. Zu diesem Zweck wurden Stopfen zum Verschließen der Strombuchen mittels 3D-Druck hergestellt. Hierbei wurde die Form des Steckers nachempfunden. Durch die Verwendung von O-Ringen halten die Stopfen in der Buchse und dichten diese richtig ab.

In der ersten Iteration waren die Verstärker direkt mit der Batterie verbunden und wurden über die REM-Leitung mit dem Schalter an der Front eingeschaltet.

Leider stellte sich heraus, dass in dieser Konstellation Leckströme fließen die bei längerer Lagerung die Akkus entleeren.
Als erster Fix wurden mechanische Schalter hinzugefügt, welche die Verstärker vollständig vom Strom trennten.

Bisher wurden die Akkus über die 12V-Buchsen mit einem externen Ladegerät geladen, nun wurde in jede Box ein eigenes Ladegerät integriert. Hierdurch konnte die externe Box mit Ladegerät durch ein simples Eurokabel ersetzt werden. Der Hotfix mit den Schaltern aus Version 5.1 wurde durch MosFETs ersetzt, so dass die Boxen wieder über einen einzigen Einschalter verfügten. Auf der Rückseite wurden zusätzlich digitale Spannungsanzeigen integriert, so dass der Akkustand jederzeit überwacht werden kann.

Wir sind mittlerweile in der Smartphone-Zeit angelangt, und andere Audioquellen sind gänzlich verschwunden. Der Einbau eines Bluetooth-Moduls wurde also obligatorisch.

Wenn bereits die Verbindung von Smartphone und Box kabellos via Bluetooth erfolgt, sollten auch die beiden Boxen untereinander kabellos verbunden werden können.

Der erste Versuch erfolgte mit 2,4GHz AV-Transmittern aus dem Drohnen-Zubehör. Leider waren die Dinger totaler Schrott und übertrugen zudem das Signal analog was zu Rauschen führte. Dieser Ansatz wurde direkt wieder verworfen.

Auf der weiteren Suche nach digitalen Audio-Transmittern fanden sich Gitarren-Transmitter im 700MHz-Band. Die Reichweite war letztendlich durch die Positionierung der Transmitter (und damit auch deren Antennen) im inneren der Verstärker-Gehäuse auf der Rückseite auf lediglich 1‑2 Meter begrenzt – zu wenig für den praktischen Einsatz.

Eine spätere Verlegung der Antennen auf die Außenseite in 05.2020 ergab letztendlich auch nur einen Meter Reichweite-Zugewinn (In der Summe waren es nun ganze drei Meter – immer noch viel zu wenig). Letzendlich war diese Iteration ein Fehlschlag.

Nach erneuter umfangreicher Recherche stoß ich schließlich auf eine Funktion im Bluetooth-Standard mit dem Namen TrueWirelessStereo (TWS). Mit dieser Funktion werden mehrere Musikboxen über eine einzige Bluetoothverbindung mit einem Bluetooth-Sender verbunden. Ein TWS-Master empfängt dabei das Bluetooth-Signal und sendet es über eine sekundäre Verbindung weiter an den TWS-Client – genau die Funktion die ich seit Jahren gesucht habe. Mittlerweile steckt diese Funktionalität in allen kabellosen Bluetooth-Ohrstöpseln.

Bei der Suche nach passenden Modulen auf AliExpress fand ich dann Beken8008-Module die Paarweise mit TWS-Funktion angeboten wurden. Leider hatten letztendlich auch diese Module im eingebauten Zustand eine bescheidene Reichweite von unter 5 Metern.

Im Sommer 2019 war eines der Ladegeräte durchgebrannt. Die Ursache waren vermutlich kalte Lötstellen an den MosFETs die möglicherweise durch Erschütterungen entstanden sind. Weiterhin war aufgefallen, dass die Schaltung des Massepols der Verstärker mittels N‑Kanal‐MosFETs bei der Verbindung beider Boxen mit einem Stromkabel und einem Audiokabel zu unerwünschten Nebeneffekten führt. Da die 12V‑Buchsen an sich passiv sind, sind sie über die Sicherung direkt mit der Batterie verbunden. Die Verbindung des Stromkabels läuft also am MosFET vorbei. Da die Verstärker jeweils direkt an den Pluspol angeschlossen sind, ergibt sich hierdurch ein gemeinsamer Pluspol über beide Boxen. Der über den MosFET getrennte Massekontakt wird in dieser Konstellation aber über die Masse des Audio-Kabels geschlossen. Das führt zu dem Effekt, dass beim Einschalten einer Box die zweite ebenfalls einschaltet. Allerdings fließt dabei der Strom einer Box über die Masse des Audio-Kabels. Da die unsymetrischen Audio-Eingänge in dem System eine gemeinsame Masse erzeugen, ist die einzige Lösung dieses Problems das Schalten des Pluspols mit einem P‑Kanal‐MosFET.

Bei der Recherche, ob die Bluetooth-Module umbenannt werden können (damit nicht beide Boxen den identischen Namen "BT-AUDIO" haben) kam letztendlich heraus, dass die initial eingesetzten Bluetooth-Module von CSR, welche ja auch über eine gute Reichweite verfügen, sehr umfangreich konfiguriert werden können. Unter der langen Liste der Funktionen fand sich Schließlich auch TWS. Nach mehreren Jahren von erfolglosen Versuchen, lag die Lösung am Ende nur einen SPI-Programmieradapter von CSR für etwa 20€ entfernt. So konnten die Bluetooth-Module umbenannt und TWS freigeschaltet werden.

Bei dieser Aktion wurden auch die bestehenden Knöpfe, die in den letzten beiden Versuchen für die Modulsteuerung eingebaut wurden, an das Bluetooth-Modul angeschlossen. Mit den Knöpfen kann nun die Musik gesteuert werden (Play, Pause, Weiter, Zurück, Leiser, Lauter) als auch das TWS-Peering und das normale Bluetooth-Peering gesteuert werden.

Auch wenn die Programmierung (eigentlich ist es eine Konfiguration) über ein GUI-Programm läuft, kann es dennoch zu Problemen kommen. Nur weil man zwei optisch und von der Hardware gleiche Module in China gekauft hat, heißt das noch lange nicht, dass dort die gleiche Konfiguration drin steht. Nachdem ein Modul fertig eingerichtet war und auch funktionierte, dachte ich, es wäre gut, einen Dump von der Konfiguration zu erstellen und in das zweite Modul einzuspielen. Dies funktionierte natürlich prompt nicht, weil dann kein Ton mehr von dem Modul nach draußen kam.

Kurzer Exkurs: Die große Modulplatine hat einen AUX-Eingang, und mittels eines Relais wird zwischen diesem AUX-Eingang und dem Ausgang des Bluetooth-Modules umgeschaltet. Dieses Relais muss von dem Bluetooth-Modul angesteuert werden.

Nun wurde der GPIO-Pin zur Relais-Steuerung (PIO6) bei einem Modul über die LED-Konfiguration angesteuert, und bei dem anderen Modul über die interne Funktion "PIO to enable when build-in codec is enabled". Man sollte doch meinen, dass in einem Dump auch dieser Teil der Konfiguration enthalten ist, ist er aber nicht, weil es zwei Config-Tools gibt: Das ConfigTool bietet grafischen Zugriff auf einen Großteil der Funktionen (aber eben nicht alles). Das PSTool (Persistent Storage) bietet Zugriff auf alle Speicher-Register (also z.B. auch auf die MAC-Adresse), dafür gibt es aber nur eine kurze Beschreibung über die Bedeutung der Bits der einzelnen Register, jedoch keine hierarchisch übersichtliche Struktur. Der Dump vom PSTool ist vollständig, der Dump vom ConfigTool enthält scheinbar nur die Werte, welche auch mit dem Tool gesetzt werden können. Letzendlich verhalf das fehlende Knacken des Relais sowie ein Vergleich der PSTool-Dumps beider Module zur Lösung.

Der Bau begann zeitgleich mit den Musikboxen im Sommer 2016, zog sich aber letztendlich mit einigen Pausen und etlichen technischen Herausforderungen bis ins Jahr 2022. Da es zwischendurch keine abgeschlossenen Zwischenversionen gibt, erfolgt die Dokumentation hier in Form eines Tagesbuchs.

Eine vollständige Liste aller Eigenschaften ist bereits oben im Abschnitt Technische Daten & Funktionen zu finden.

Erste Tests mit den Motorcontroller wurden immer nur im aufgebockten Zustand durchgeführt. D.h. der Motor musste kein Anlaufdrehmoment erzeugen und der Controller kann problemlos im Blindflug ohne Hall-Sensoren den Motor ansteuern. Steht die Box auf den Rädern, wird ein weitaus höheres Anlaufdrehmoment benötigt. Bei niedrigen Drehzahlen (also im Stand und beim Losfahren) bekommt der Controller aber auch kein messbares Back-EMF, so dass er im Grunde raten muss. Nach dem Studium des chinesichen Datenblattes (mittels Google-Translate) und Analyse der Schaltung konnte der Teil des Controllers ermittelt werden, welche für die Einstellung des Anlaufdrehmoments zuständig ist (siehe Bild). Der Spannungsteiler war aber mit 0,33V schon am unteren Ende des Regelbereichs (etwa 0,1V - 4V) eingestellt (niedrigere Spannung = höheres Anlaufdrehmoment), so dass kaum etwas verbessert werden konnte.

Diese Motorcontroller sind für meinen Anwendungsfall also nicht geeignet (zumindest schonmal nicht, wenn man Motoren ohne Hall-Sensoren hab). Für Anwendungsfälle wo keine Last beim Motorstart anliegt (z.B. Propeller) würden diese Controller sicher geeigneter sein.

QR-Codes für die Verbindung zum WLAN und mit der URL des Webinterfaces zur Steuerung. Neben den aufgedruckten QR-Codes gibt es auch noch einen Satz NFC-Tag-Karten die neben den QR-Codes die gleichen Informationen auch nochmal via NFC bereitstellen.

Bisher waren einzelne Schalter und Funktionen jeweils über separate Stecker mit dem Powerpack verbunden. Beim ausbauen der Strombox mussten immer viele Steckverbindungen richtig zusammengesteckt werden. Neben dem Potential etwas zu vergessen konnten die ganzen losen Kabel auch leicht zerquetscht und beschädigt werden. Zu diesem Zweck wurde eine Platine mit Vielpoligem Molex-Stecker angefertigt. Bis auf die Anschlüsse zu den Motoren und Sicherungen/KFZ-Buchsen (also alles was sehr viel Strom führen kann) laufen nun alle Verbindungen über diesen Stecker.

Der Anschluss der kleinen Drähte direkt in den Steckkontakten des Molex-Steckers erwies sich schnell als ein Problem. Die Kabel waren eigentlich zu klein um direkt in die Kontakte gecrimpt zu werden und hielten auch der Belastung stand wenn man an dem Stecker gezogen hat. Also musste auch dieser Part erneut überarbeitet werden. Diesmal aber richtig solide. Alle Kabel wurden farblich nach Funktion kodiert und hatten nun auch den richtigen Querschnitt zum Krimpen. An dem Ende des 0,5m langen Anschlussstück wurden die alten Kabel angelötet, erst einzeln mit Schrumpfschlauch isoliert, dann nocheinmal zu Sicherung als ganzes in Schrumpfschlauch eingeschrumpft. Die Verbindungstelle wurde mit Kabelbindern im Rumpf der Box fixiert, so dass keine Zugbelastung auf dem Kabelbaum entstehen kann.

Für manche Rangier-Manöver (engerer Kurvenradius) kann es praktischer sein, wenn das Fahrzeug die Räder einzeln bremsen kann. Bisher gab es nur eine gemeinsame Leitung zur Steuerung der Bremsfunktion der Motorcontroller. Die direkten Anschlüsse am Atmega waren mittlerweile auch erschöpft, so dass hier garkein Pin mehr für weitere Ausgänge verfügbar war. Es gab lediglich drei ungenutzte Bits auf einem 8bit-Shiftregister, welches bisher das LCD-Display und die Blinker-LEDs im Bedienelement steuert.

Die Verkabelung war leider nicht direkt Strait-Forward, ließ sich aber zum Schluss doch lösen. Erster Denkfehler: Logisch-1 ist High-Level – Ist es nicht weil die Shiftregister Open-Drain-Ausgänge haben. Zweiter Denkfehler: Das kann man in Software korrigieren – Kann man nicht, da die Ausgänge bei Logisch-0 garkein Potential haben. Dritter Denkfehler: Dann braucht man einen Pull-Up-Widerstand – Das Funktioniert aber nicht wenn die zu steuernde Elektronik am anderen Ende einen Pull-Down-Widerstand hat. Dann hat man nur etwa die halbe Spannung (bzw. das Verhältniss der beiden Pull-Up/Down-Widerstände) Lösung des Problems: Da muss noch ein Transistor zwischen.