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Michael Stal 13

Photon: Das Board für IoT-Maker

Photon: Das Board für IoT-Maker

Das Photon-Board von Particle ist das Ergebnis eines Kickstarter-Projekts, das einen leistungsfähigen Mikrocontroller mit WiFi und Cloud-Anbindung ergänzt. Diese Rezeptur bietet alle Grundelemente für IoT-Anwendungen.

Früher galt eine schnelle Karriere vom Tellerwäscher zum Millionär als der amerikanische Traum. Heute könnte die Kurzformel für eine moderne Version dieses Traums kickstarter.com heißen. Über die Website sammeln Erfinder Geld von der Community ein, um ihre innovativen Ideen umsetzen zu können.

2013 warben Zach Supalla, Zachary Crockett, Stephanie Rich und Will Hart bei kickstarter.com für ihre Vision des Spark Core. In ihren eigenen Worten ist er eine "Arduino-kompatible Entwicklungsplattform mit WiFi-Unterstützung und einer Cloud-basierten Entwicklungsplattform". Das Konzept hat die Community überzeugt: Die vier Protagonisten konnten 567.968 US-Dollar von 5549 Unterstützern einsammeln. Im Frühjahr 2015 verließen die ersten Exemplare des Spark Core das Fließband.

Partikel und Photonen

Heute gibt es das Open-Source-Hardware-Unternehmen Particle, das mittlerweile neben dem Nachfolger des Spark Core namens Photon weitere Produkte vertreibt, unter anderem das Electron-Board mit 2G- oder 3G-Unterstützung. Im vorliegenden Artikel geht es allerdings ausschließlich um Photon, das sich speziell an IoT-Maker richtet.

Unten im Fokus ein Photon auf dem Breadboard; oben zum Vergleich ein ebenfalls Arduino-kompatibles Teensy-3.2-Board (Abb. 1)
Unten im Fokus ein Photon auf dem Breadboard; oben zum Vergleich ein ebenfalls Arduino-kompatibles Teensy-3.2-Board (Abb. 1)

Blick unter die Haube

Mit seiner Größe von 36,58 mm x 20,32 mm x 6,86 mm und dem Nettogewicht von fünf Gramm (inklusive Stiftleisten) gehört ein Photon zur Klasse der sehr kompakten Platinen. Sein "Photonenantrieb" besteht aus einem STM32F205-ARM-Cortex-M3-Mikrocontroller mit 120 MHz. Es benötigt 3,3 V als "Treibstoff".

Blockdiagramm des Photons: links der Wi-Fi-Chip von Broadcom, rechts der ARM-3-Prozessor (Abb. 2)
Blockdiagramm des Photons: links der Wi-Fi-Chip von Broadcom, rechts der ARM-3-Prozessor (Abb. 2)

Im Gepäckraum stehen neben 1 MByte Flash auch 128 KByte RAM (plus 4 KByte Backup-RAM) zur Verfügung. Um den Speicher tatsächlich auszunutzen, muss die sprichwörtliche Oma sehr viel Programmcode stricken. Das treibt dem Nutzer konventioneller Arduino-Boards metaphorische Tränen in die Augen.

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Zum Andocken von Peripherie existieren 18 digitale GPIOs (General-Purpose I/O Ports), davon neun mit Unterstützung von Pulsweitenmodulation. Des Weiteren gibt es acht analoge Eingänge mit ADCs (Analog-Digital-Converter) und zwei analoge Ausgänge mit DACs (Digital-Analog-Converter).

Die wichtigsten Komponenten des Photons auf einem Blick (Abb. 3)
Die wichtigsten Komponenten des Photons auf einem Blick (Abb. 3)


Genaueres über die Anschlüsse eines Photons zur Außenwelt findet sich in der nachfolgenden Tabelle. 5 V in der rechten Spalte bedeutet Toleranz gegenüber 5 V Spannung.

Art des Anschlusses Zahl Eingang(E) / Ausgang(A) 5 V / 3,3 V
Digital 18 E/A 5 V / 3,3 V
Analog (ADC) 8 E 3,3 V
Analog (DAC) 2 A 3,3 V
SPI 2 E/A 3,3 V
I2S 1 E/A 3,3 V
I2C 1 E/A 5 V
CAN 1 E/A 5 V
USB 1 E/A 3,3 V
PWM 9 A 3,3 V

Pulsweitenmodulation unterstützen die Ausgänge D0, D1, D2, D3, A4, A5, WKP, RX, TX, von denen allerdings nur sieben unabhängig sind, da sich je zwei Pins (A5/D2 und A4/D3) einen Timer teilen.

Die linken, goldenen Anschlüsse in Abbildung 3 neben dem Prozessorchip sind für die Koexistenz und Koordination eines angeschlossenen Bluetooth-Radios vorgesehen.

Die zweite Seite der Medaille ist die WiFi-Komponente, der ein Broadcom BCM43362 Chip zugrunde liegt. Die Kommunikation erfolgt im 2,4 GHz-Band unter IEEE 802.11b/g/n mit bis zu 65 Mbit/s über die üblichen Verdächtigen aus der Welt der Sicherheitsprotokolle: Open, WEP, WAPI, WPA und WPA2-PSK WiFi. Der integrierte Soft AP (Access Point) vereinfacht die Konfiguration des Boards. Wie es sich für ein IoT-taugliches Gerät gehört, kann ein Programm das Photon in den Energiesparmodus versetzen.

Für Maker dürfte interessant sein, dass sich das Board mit einem Header gut auf dem Breadboard nutzen lässt, es aber auch SMD-tauglich ist.

Der Preis des Photon-Boards liegt offiziell bei 19 US-Dollar. In Deutschland ist es ab rund 20 Euro erhältlich – unter anderem bei Watterott und exp-tech. Wer nicht löten möchte, sollte ein Board mit angebrachten Stiftleisten (Header-Pins) erwerben.

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