Morsen mit Laser-Link

Zukunftstag 2018 bei insign

Empfänger

Ein abenteuerlicher Arbeitstag

Mein Geschäftspartner, Philipp, fragte mich neulich, ob ich für den diesjährigen Nationalen Zukunftstag etwas mit seinem Sohn Milo, meinem Göttibueb, machen wolle bei insign.

Natürlich wollte ich – am besten mit Elektronik und Lötkolben und Programmieren und Funken und Schall und Rauch! Eben etwas, was den CTO als Buben damals auch beeindruckt und sich ins Langzeitgedächtnis eingebrannt hätte.

Die Idee entstand, wie so viele, unter der Dusche. Die heutigen Youngsters kennen den – zugegeben ziemlich verstaubten – Begriff “DFÜ” gar nicht mehr. Alles ist “always-on”, Distanzen über Kontinente hinweg sind nur im Millisekunden-Bereich noch ein Thema. Dabei ist es (gefühlt) noch gar nicht so lange her, seit wir mit Akustikkopplern und den ersten 2400 Baud Modems (zum Telekom “Fernzone 1”-Tarif nach Zürich) die ersten BBS’ angewählt haben (Dreamlist, anyone?). Und zumindest beim Akustikkoppler den hereintröpfelnden Bytes fasziniert einzeln zuschauten.

Grund genug also, einmal den Anbeginn der Datenfernübertragung genauer zu betrachten. Rauchzeichen & Co. mal ausser Acht gelassen, kann die Erfindung des Morsealphabets zusammen mit der Telegrafie als Startpunkt der modernen Datenfernübertragung gesehen werden – dies soll also unser Einstiegspunkt werden!

Als Intro in den Zukunftstag haben wir uns eine kurze Doku über die Einführung der Telegrafie um 1850 angeschaut. Für mich war es spannend zu beobachten, wie die Kinder mit grossem Erstaunen auf eine frühe Filmaufnahme reagierten, welche die Verlegung eines Unterseekabels zeigte.

Was, die haben wirklich durchs ganze Meer bis nach Amerika Kabel verlegt?

Unterseekabel

Morsecode

Dass heute so selbstverständliche Aktionen wie eine Google-Suche oder ein Facebook-Aufruf ebenfalls jedesmal diese Kabel (ok, etwas modernere Kabel, und regionale CDN-Edgeserver lassen wir mal weg) verwenden, wurde mit grossen Augen quittiert. Gute Infrastruktur zeichnet sich eben dadurch aus, dass sie niemandem mehr auffällt (bis sie mal ausfällt).

Morsecode-Piepser

Dann gings auch schon zur Sache: Morsecode lernen! Die Kids lernten, mit der Morsetabelle in der Hand Nachrichten mit Klopfzeichen auszutauschen – gar nicht so einfach!

Als nächstes haben wir einfachen Morsecode-Piepser gebaut, wobei allerdings der Schalter von jedem Kind zuerst noch angelötet werden musste. So ein Morsetaster mit Licht und Ton macht schon mal Spass, trotz (oder eben wegen) des schrillen Piezo-Piepers.

Danach ein kurzes Intermezzo – schliesslich sind die Kinder zu Gast in einer Softwareschmiede, nicht einem Tüftlerlabor. Darum kommt jetzt auch ein Kunde (Philipp) mit mit seinen Anforderungen zu unserem kleinen Projektteam: Für seinen Chrüütli-Shop benötigt er unbedingt eine automatische Datenübermittlung vom Büro zum Bauernhof, der leider ohne Telefonanschluss und in einem Funkloch, aber immerhin in Sichtweite des Büros, gelegen ist. Ob wir da helfen können?

Ein Proof of concept anhand eines Prototypen ist gefragt! Wie übertragen wir denn nun die Daten? Natürlich per Morsecode. Und wie den Code übertragen? Per Schall entfällt wohl, Licht wäre besser!

Schnell sind die Requirements erfasst, Milo zeichnet noch einen Situationsplan:

Situationsplan

Schritt 1: Der Sender

Den manuellen Sender mit LED und Piepser haben wir schon, jetzt muss der noch vom Computer kommende Daten vermorsen können. Zeit, den Microprozessor auf dem schon gebauten Morsepieper in Betrieb zu nehmen. Rasch ist das Prinzip – im Groben – erklärt, die Kinder stecken Kabelverbindungen zu den GPIOs des Arduinos und tippen Nachrichten am Computer.

Sender

Auch das Flashen des Programms auf den Arduino Nano ist keine Hürde. Besonders Spass macht naturgemäss die Geschwindigkeitseinstellung – wie schnell kann ein Arduino morsen? Auf jeden Fall so schnell, dass das menschliche Gehör nur noch einen rauschenden Dauerton wahrnimmt.

Schritt 2: Der Empfänger

Der Empfänger muss die Lichtveränderungen wahrnehmen können – wir experimentieren mit einem Fotowiderstand als Lichtsensor (zugegeben nicht die beste Wahl, eine Fotodiode hätte wesentlich höhere Frequenzen erlaubt, aber man nimmt halt, was in der Werkstatt grad vorhanden ist). Dank der in die Sloeber Arduino IDE (wer braucht schon ernsthaft noch die originale Arduino IDE wenn es ein Eclipse-basiertes Projekt gibt?) integrierten grafischen Messwertanzeige können wir den Effekt von Hell und Dunkel grafisch anzeigen. Das Ganze auf ein sauberes Rechtecksignal umwandeln, und zurück an die Morsecode-Library zur Interpretation schicken – zugegeben, das war natürlich meine Vorarbeit. Dann noch ein über I2C verbundenes OLED-Display an den Empfänger, und fertig ist dieser.

Empfänger

Es klappt! Solange der Abstand zur Sende-LED passt und das Umgebungslicht abgeschirmt wird erscheinen die vom Sender geblinkten Zeichen eines nach dem anderen auf dem Empfänger: Wir haben soeben echte DFÜ erschaffen!

Schritt 3: Der Laser-Link

Laserstrahl

Wie aber die Daten über eine grössere Entfernung übertragen? Milos berechtigter Einwand, dass ein so heller Scheinwerfer, wie hier benötigt würde, wohl die Nachbarn in der Nacht stören würde, ist berechtigt. Lösung: Wir ersetzen die LED als Signalübertrager einfach durch eine Laser-Diode! Mit dem Laserstrahl quer durchs Büro müssen wir natürlich aufpassen. Dank einem Nebelspray können wir diesen zumindest für jeweils ein paar Momente gut sichtbar machen.

Und tatsächlich: Vorher kam bei mehr als ein paar Zentimetern Abstand zwischen Sender und Empfänger auf der Empfängeranzeige nur noch Chrüsimüsi raus – mit dem Laser Link klappt das mühelos auf der 10m Teststrecke im Office – vermutlich wäre auch eine Übertragung ins Nachbargebäude kein Problem.

Damit haben wir den Proof of concept erfüllt und können diesen voller Stolz dem Chrüütlibauern-Kunden präsentieren – er ist begeistert! Lediglich die Verschlüsselung der Übertragung sind wir noch schuldig geblieben, aber auch hier haben wir eine gute Idee (einfach Buchstaben der Morsetabelle vertauschen).

Zukunftstag

Es ist inzwischen bald 18:00, die Kids haben einen langen Bürotag hinter sich. Sie waren engagiert bei der Sache, beide bekundeten, dass sie sich so einen Job sehr gut vorstellen könnten. Sie gehen zufrieden vom Zukunftstag nach Hause und werden heute Nacht bestimmt gut schlafen. Ich verabschiede mich mit einem Grinsen auf den Stockzähnen – natürlich kann nicht jeder Bürotag so spannend sein wie dieser.

Von Martin BachmannMartin Bachmann auf FacebookMartin Bachmann auf Twitter Autoren-Webseite anschauen

Mitgründer und CTO @insigngmbh, macht neben Software auch gerne Arduino/ESP/Pi-lastige Projekte, leidenschaftlicher Töggeler und natürlich Papi.

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