Oxocard Connect: Elektronik selber bauen und programmieren
Produkttest

Oxocard Connect: Elektronik selber bauen und programmieren

David Lee
24.10.2023

Die Oxocard Connect ist ein programmierbarer Minicomputer, an den sich verschiedene Module anstecken lassen. So kannst du die Grundlagen der Elektronik spielerisch erlernen.

Auf die Oxocard Mini folgt die Oxocard Connect. Sie könnte auch Oxocard Micro oder «Mini Mini» heissen, denn sie ist noch einmal ein gutes Stück kleiner als die Mini und hat mit dieser vieles gemeinsam. Beides sind einfache Minicomputer vom Schweizer Hersteller Oxon, mit denen du auf spielerische Weise programmieren lernen kannst. Über das WLAN wird die Karte mit deinem PC oder Mac verbunden, wo du in einem webbasierten Editor arbeitest. Dort sind viele Beispiele und Tutorials drin, die du ausprobieren und für eigene Zwecke ändern kannst. Das Grundprinzip der Oxocards kannst du in diesem Artikel nachlesen.

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    Oxocard: Programmieren lernen mit einem Schweizer Minicomputer

    von David Lee

Doch nicht die kleineren Abmessungen sind das Besondere an der Oxocard Connect. Sondern, dass du sie mit Cartridges verbinden kannst. Ähnlich wie bei alten Game-Konsolen wird ein Cartridge-Modul eingesteckt, das die Oxocard erweitert.

Die Oxocard kann mit Steckmodulen erweitert werden.
Die Oxocard kann mit Steckmodulen erweitert werden.
Quelle: David Lee
Der Steckplatz befindet sich auf der Seite der Oxocard Connect.
Der Steckplatz befindet sich auf der Seite der Oxocard Connect.
Quelle: David Lee

Die Oxocard Connect bietet die minimale Hardware, die immer nötig ist, also in erster Linie Prozessor und Bildschirm. Hardware, die es nur für bestimmte Anwendungen braucht, etwa Mess-Sensoren, befindet sich auf den Cartridges. Sie ist also optional und austauschbar.

Jede Cartridge hat einen kleinen Speicher. Auf diesem ist ein Skript gespeichert, das beim Einstecken der Cartridge automatisch startet. Dieses Skript kannst du anpassen oder durch ein komplett eigenes ersetzen. Somit kannst du die Oxocard Connect auch ohne Verbindung zum PC verwenden.

Das neue Cartridge-System ist Open Source, genauso wie die einzelnen Cartridges selbst, inklusive Firmware. Jeder kann sich die Schaltpläne herunterladen und selber Cartridges machen. Die Spezifikationen sehen auch die Möglichkeit vor, Cartridges an die Oxocard anzuschrauben. Die Firmware der Cartridges ist ebenfalls Open Source.

Zum Einstieg bietet es sich jedoch an, eine Cartridge zu kaufen. Hersteller Oxon bietet bislang vier davon an.

  • Breadboard: Ein Steckboard, um elektronische Bauteile rein zu stecken. Praktisch zum Experimentieren: Schaltungen können so physisch ausprobiert werden, ohne dass du löten musst.
  • Veroboard: Hier wird dann wirklich gelötet.
  • Air: Bietet Sensoren zur Messung von Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Kohlendioxidgehalt und weiteren Luftbestandteilen.
  • ToF (Time of Flight): Misst die Distanz zum nächsten Objekt mittels Laser. Der Sensor kann nicht nur einen Punkt messen, sondern ein Feld von 8x8 Punkten.

Das Breadboard kannst du einzeln kaufen oder – für Einsteiger sinnvoller – als Teil des Innovator Kits. Darin sind neben dem Steckbrett zahlreiche Verbindungskabel, Widerstände, LED-Anzeigen und andere Bauteile enthalten. Und die Oxocard selbst. Es ist also ein Komplettset.

Die Oxocard Connect alleine

Zuerst probiere ich die Oxocard Connect ohne Cartridges aus. Sie ist in ein Gehäuse verpackt, anders als die Oxocard Mini, bei der die Platine und ihre Komponenten offen liegen. Beides hat seinen Reiz, äusserlich gefallen mir beide.

Anstelle der Richtungstasten hat die Connect einen Mini-Joystick. Das spart Platz – die Tasten der Mini wären alleine schon fast so gross wie die ganze Oxocard Connect. Doch mit dem Joystick komme ich weniger gut zurecht als mit den grossen Tasten. Es passiert mir immer wieder, dass ich versehentlich in eine Richtung navigiere, wenn ich auf OK drücken will oder umgekehrt. Die Navigation durch Menüs bekomme ich mit der Zeit in den Griff, aber für Games ist der Joystick zu fummelig.

Die Oxocard Connect (links) ist viel kleiner als die Oxocard Mini. Der Joystick lässt sich weniger gut bedienen als die grossen Richtungstasten.
Die Oxocard Connect (links) ist viel kleiner als die Oxocard Mini. Der Joystick lässt sich weniger gut bedienen als die grossen Richtungstasten.
Quelle: David Lee

Die Programmiersprache heisst jetzt nicht mehr Oxoscript, sondern NanoPy, ist aber die gleiche wie bei der Oxocard Mini. Dementsprechend laufen die Programme für die Mini auch auf der Oxocard Connect. Grundsätzlich stehen im webbasierten Editor alle Beispielprogramme zur Verfügung, unabhängig davon, welche Oxocard du gekauft hast.

Die Oxocard Mini hat, je nach Ausführung, einen Lautsprecher oder verschiedene Messsensoren sowie einen Beschleunigungssensor eingebaut. Die Oxocard Connect hat nichts davon. Daher sind die Karten nicht hundertprozentig miteinander kompatibel. Zu grossen Teilen aber schon – der Prozessor Dual-Core-ESP32 ist der gleiche, ebenso der quadratische Bildschirm mit 2,5 Zentimetern Seitenlänge und 240×240 Pixeln Auflösung.

Der USB-C-Anschluss befindet sich bei der Oxocard Connect oben, bei der Oxocard Mini unten. Damit die Anzeige mit dem Gooseneck-Kabel nicht auf dem Kopf steht, kann ich sie in den Einstellungen in 90-Grad-Schritten drehen.

Air Cartridge: Misst, was in der Luft liegt

Nun zum spannenden Teil, den Steckmodulen. Zuerst probiere ich das Modul Air aus. Dieses Steckmodul enthält Sensoren zur Messung Luftqualität, -temperatur und -feuchtigkeit. Damit wird ein Teil dessen nachgerüstet, was die Science-Version der Oxocard Mini kann. Diese kann noch weitere Dinge wie Helligkeit oder Schallfrequenzen messen.

Dafür sind die Sensoren auf der Air-Cartridge angeblich sehr hochwertig. Du darfst also von einer hohen Präzision ausgehen. Die Sensoren stammen vom Schweizer Hersteller Sensirion. Da sie ab Werk kalibriert sind, sollten die Messwerte von Anfang an stimmen. Überprüfen kann ich das nicht, aber die angezeigten Werte sind zumindest plausibel.

Ich probiere die verschiedenen Beispielprogramme aus. Das funktioniert super – selbst wenn ich während eines laufenden Skripts die Cartridge herausnehme und eine andere einstecke. Dann wird das Programm gestoppt und das Autostart-Skript der neuen Cartridge gestartet. Dieses Skript ist direkt auf der jeweiligen Cartridge gespeichert und lässt sich auch ändern.

Das Startprogramm der Air ist hübsch gemacht. Es zeigt auf einer Skala und als grosse Nummer die aktuellen Messwerte an: Kohlendioxid, Stickoxid, VOC-Gehalt, Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Interessantes Detail: Auch das Temperatur-Programm der Oxocard Mini Science läuft, wenn ich die Air einstecke.

Das Startprogramm zeigt die Messwerte in einer hübschen Skala.
Das Startprogramm zeigt die Messwerte in einer hübschen Skala.
Quelle: David Lee

Anders als bei vielen Beispielprogrammen gibt es hier (noch) keine Tutorials, welche die Programme erklären. Die Air-spezifischen Programmbefehle sind jedoch in der Dokumentation beschrieben. So hätte ich vermutlich keine Probleme, ein eigenes Programm zu schreiben, das die Sensoren der Cartridge nutzt.

ToF: Distanzmessung und 3D-Kamera

ToF ist die Abkürzung für time of flight, eine Technik zur Distanzmessung. Dabei wird ein Licht- oder Infrarotstrahl ausgesendet und ein Sensor erkennt, wann er reflektiert wird. Aus der Zeit, die der Laser für den Weg hin und zurück benötigt, lässt sich die Distanz berechnen.

Die ToF-Kamera der Cartridge erkennt nicht bloss einen einzelnen Punkt, sondern deckt einen Blickwinkel von etwa 65 Grad ab. Was innerhalb des Blickwinkels ist, wird mit 8×8 Pixeln aufgelöst. Es ist also eine 3D-Kamera – wenn auch eine mit einer extrem groben Auflösung.

Für die reine Distanzmessung ist der Blickwinkel etwas lästig, weil du dafür sorgen musst, dass sich innerhalb dieses Winkels keine Hindernisse zwischen Sensor und Objekt befinden. Dafür ist der Winkel sehr praktisch für die 3D-Abbildung. Da das ganze in Echtzeit geschieht, können damit einfache Gesten erkannt werden. Ein Beispielprogramm erkennt, ob du deine Hand nach links oder nach rechts wischst.

Bislang gibt es auch bei dieser Cartridge keine Tutorials zu den Beispielprogrammen. Die Befehle sind dafür gut dokumentiert.

Dieses Foto wurde aus 291 mm Entfernung geschossen.
Dieses Foto wurde aus 291 mm Entfernung geschossen.
Quelle: David Lee

Breadboard und Veroboard: eigene Elektronik-Erweiterungen

Du willst andere Sensoren verwenden als die, die auf der Air- und ToF-Cartridge drauf sind? Oder überhaupt andere Bauteile? Das ist kein Problem, wenn du bereit bist, selber Hand anzulegen. Dafür sind die Cartridges Breadboard und Veroboard da. Sie ermöglichen dir, Schaltungen und Bauteile nach deinen eigenen Vorstellungen zu verwirklichen.

Das Breadboard ist eine Steckplatine. Hier musst du nichts löten. Falsch gesteckte Verbindungen lassen sich einfach wieder herausziehen und umstecken. Das Breadboard ist praktisch zum Testen und Experimentieren – es bietet dir sozusagen eine Rückgängig-Funktion, die in der physischen Welt normalerweise fehlt.

Breadboards kannst du auch mit anderen Systemen wie zum Beispiel dem Arduino nutzen. Auch dafür ist ein Starter-Kit erhältlich, in dem alles Wichtige dabei ist. Ich kenne das Arduino-Kit nicht und kann keinen Vergleich ziehen.

Das Veroboard ist eine Lötplatine. Der Vorteil: Gelötete Teile sind stabiler als gesteckte. Dafür ist es schwieriger, etwas rückgängig zu machen. Ich hebe mir das Veroboard für später auf, denn ich bin Elektronik-Anfänger und weiss zu wenig genau, was ich tue.

Elektronik für Anfänger – oder doch nicht?

So ein Breadboard eignet sich auch, um in die Welt der Elektronik einzusteigen. Insbesondere mit dem eingangs erwähnten Innovator-Kit. Dieses Starter-Kit enthält alles, was du zu Beginn so brauchst. Für das Breadboard gibt es im Editor ziemlich viele Beispielprogramme; ein Teil davon nennt sich «Elektronik-Kurs». Diese Skripts kommen mit Tutorials. Das klingt vielversprechend.

Der Kurs beginnt mit dem Hello-World-Programm der Elektronik: Ich bringe eine LED zum Leuchten. Ein Foto zeigt mir, welche Kabelverbindungen und sonstigen Komponenten ich in welche Löcher stecken muss. Schaltpläne zu den Beispielen gibt es auch, aber als Elektronik-Anfänger kann ich damit nicht viel anfangen. Dank des Fotos klappt es mit dem LED im ersten Versuch. Es ist einfach, zu einem ersten Erfolgserlebnis zu kommen.

Das Hello World der Elektronik: Eine Diode zum Leuchten bringen.
Das Hello World der Elektronik: Eine Diode zum Leuchten bringen.
Quelle: David Lee

Anschliessend erhalte ich Erläuterungen zum Experiment. Das finde ich in einem Kurs sehr wichtig. Aus meiner Sicht werden hier aber die falschen Dinge erklärt. Ich erfahre, was eine LED ist, wofür man sie verwendet und wie man den Widerstand für die LED berechnet. Der Code und die gesteckten Verbindungen werden hingegen nicht erklärt. Für mich als Anfänger wird nicht ersichtlich, was ich genau getan habe. Insbesondere bleibt für mich rätselhaft, was die drei Verbindungskabel bewirken, ob ich sie auch an einer anderen Stelle einstecken könnte, und wenn ja, warum.

Ähnlich ergeht es mir beim zweiten Beispiel. Die Diode leuchtet jetzt nur, wenn man auf einen Knopf drückt. Die Schaltung ist daher etwas komplizierter. Auch hier gelingt mir der Nachbau ohne Probleme. Auch hier habe ich nach den Erläuterungen jedoch kein genaues Verständnis von dem, was ich soeben getan habe.

Im dritten Beispiel bastle ich eine Ampel, bestehend aus einer roten, einer gelben und einer grünen LED. Dieses Mal brauche ich lange, bis alle Dioden korrekt brennen. Es gelingt schliesslich dadurch, dass ich die grüne Diode aus dem Brett ziehe und nochmal neu einstecke.

Der nächste Schritt ist dann – logisch – eine Ampel mit Knopf. Drückt eine Fussgängerin darauf, schaltet die Ampel für die Autos auf rot. Anschliessend wird sie wieder grün.

Das Innovator-Kit enthält zahlreiche weitere Elektronik-Bauteile: Zum Beispiel ein Potentiometer, einen Servo-Elektromotor, einen Bewegungsmelder und einen Temperatursensor. Für diese Bauteile gibt es ebenfalls Programme im Elektronik-Kurs. Du bekommst damit sehr viele Möglichkeiten aufs Mal. Bevor ich die ausprobiere, will ich aber verstehen, wie die Verbindungen auf dem Steckbrett funktionieren.

Fazit: Gute Idee mit viel Potenzial

Die Grundidee der Oxocard Connect überzeugt mich. Die Karte selbst bietet nur eine minimale Hardware-Ausstattung – alles weitere kannst du mit Modulen nachrüsten. Fixfertig oder gemäss einer eigenen Idee. Das macht die Karte vielseitig, flexibel und leistungsfähig. Nur der fummelige Joystick stört mich etwas.

Das Innovator-Kit finde ich super. Das Komplett-Set enthält alles, was du brauchst, um eigene Elektronikschaltungen zu basteln und liefert viele interessante Bauteile mit.
Mein einziger Kritikpunkt ist, dass mir als Anfänger die Grundlagen nicht erklärt werden – also wie das Steckbrett aufgebaut ist und welche Grundregeln es für die Kabelverbindungen gibt. Die Erläuterungen im Elektronik-Kurs scheinen da noch etwas unfertig. Thomas Garaio von Oxon hat mir aber geschrieben, dass da noch mehr kommt.

Wer selbst Schaltungen oder sogar eine komplett eigene Cartridge erstellen kann und will, hat heute schon alles Nötige zur Hand. Für alle anderen fehlen noch ein paar Einstiegshilfen – und weitere fixfertige Cartridges. Das wird sich aber ändern: Es sind bereits weitere Module in Arbeit. Da das ganze Open Source ist, können auch Dritte einsteigen oder User Ideen untereinander austauschen. Die Oxocard Connect hat jedenfalls grosses Potenzial.

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Durch Interesse an IT und Schreiben bin ich schon früh (2000) im Tech-Journalismus gelandet. Mich interessiert, wie man Technik benutzen kann, ohne selbst benutzt zu werden. Meine Freizeit ver(sch)wende ich am liebsten fürs Musikmachen, wo ich mässiges Talent mit übermässiger Begeisterung kompensiere. 


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