FizViz: Physische Datenvisualisierung mit Arduino MKR1000 & Windows Remote Arduino

Komponenten und Zubehör

Komponente	Menge
Arduino MKR1000	1
Adafruit TB6612 1,2A DC/Stepper-Motor-Treiber	1
Adafruit NeoPixel RGBW LED-Strip (144 LED/m, 1 m)	1
Sanyo Pancake-Schrittmotor (bipolar, 200 Schritte/Umdr., 50×11 mm, 4,5 V, 1 A/Phase)	1
Adafruit 5V 10A Schaltnetzteil	1
Reed-Kontakt (Coto Technology CT10-1540-G1)	1

Benötigte Werkzeuge & Maschinen

• ShopBot Buddy CNC (oder Lasercutter / Handwerkzeug)
• LulzBot TAZ5 3D-Drucker (oder kleinerer Drucker)
• Formlabs Form 1+ SLA-Drucker (optional, für hochpräzise Teile)
• Autodesk Inventor / Rhino3D (CAD)

Was ist FizViz?

FizViz sind physische Visualisierungen von Daten – großformatig, sofort erfassbar und „cool“. Man hängt eine Reihe von FizViz-Widgets in Büro, Werkstatt oder Zuhause auf, um wichtige Daten live zu verfolgen und zu teilen:

• Wie viele Produkte habe ich heute verkauft? Wie steht das zum Durchschnitt?
• Wie viele Website-Besucher? Seitenaufrufe?
• Bringt der Katzenvideo-Post Traffic – oder springen alle ab?
• Wie viel Zeit bleibt beim 3D-Druck?
• Wie viele Personen sind anwesend?
• Wie viele Einträge beim „World's Largest Arduino Challenge“?

Warum FizViz?

Nach dem Launch unseres ersten echten Produkts begannen wir, Metriken obsessiv zu verfolgen: Seitenbesuche, Verweildauer, Herkunft, Effekte von Tweets/Posts. Nicht jeder im Team hatte Zugriff oder Lust, sich durch Google Analytics zu wühlen. Und die, die es taten, prüften dieselben KPIs mehrmals täglich – oft unverändert, manchmal verpasst man Änderungen.

Online-Tools gibt es viele, aber sie reißen einen aus dem Flow, erfordern Einarbeitung und sind… steril. Sie machen nicht begeistert, zeigen nicht den Teamerfolg, sind einsame digitale Erlebnisse.

Funktionsweise

Ein FizViz-Widget besteht aus drei Komponenten:

1. Windows-PC/Tablet (z. B. Surface): Holt Daten ab, nutzt Windows Remote Arduino, um den aktuellen State an das Widget zu senden.
2. Arduino MKR1000: Empfängt Daten per WiFi und steuert die physischen Anzeigen.
3. Physische Anzeige-Komponenten: Aktuell unterstützt:
   • NeoPixel-Strips für farbige LED-Effekte
   • Schrittmotoren für Zeiger/Anzeigen/Slider
   • Schalter (Reed, Mikroschalter, Druckschalter) zum Nullen/Kalibrieren

Der PC übernimmt die schwere Arbeit (Datenabruf, z. B. Google Analytics) und sendet State/Commands an den Arduino. Schematics & Infos für ein Basis-Widget (NeoPixel + Schrittmotor) sind im Repository. Danach sind der Kreativität keine Grenzen gesetzt – Vision: Suite verschiedener Widgets für verschiedene Datentypen.

Elektronik-Übersicht

• Arduino MKR1000 – kompakt, zuverlässig.
• NeoPixel-Strips – 460 Ω Widerstand (R1) am Data-Pin; Stromversorgung direkt vom 5V-Systemnetzteil. Beide GND-Leitungen an GND. Adafruit NeoPixel Uberguide beachten.
• Adafruit TB6612 Breakout – steuert Standard-Schrittmotoren präzise (Zeiger, Slider). Nutzung der Arduino-Stepper-Lib.
• Reed-Schalter – erkennt Nullposition via Magneten am Zeiger (RotoMoto). Alternativ Mikro-/Druckschalter.

Elektronik auf Adafruit Perma-Proto Half-Sized Breadboard gepackt.

Firmware / Arduino-Code

Repository: FizViz-Arduino. Wichtige Punkte:

• WiFi-Konfiguration beachten (exotische Netze evtl. Anpassung nötig)
• Externe Dependencies: wenige, aber Libraries am Seitenende referenziert

Windows / Remote Arduino

Repository: FizViz-Windows. Basiert auf ms-iot Remote-Wiring. Statt Pins direkt zu steuern, wurden benutzerdefinierte Firmata-Control-Messages implementiert. Kleine Änderung im Remote-Wiring-Code für Custom-Messages; Handler im Arduino-Sketch aktualisieren Widget-State. Google-Analytics-Harvesting als Referenz integriert (API-Setup-Schritte im Repo).

Widget #1: „RotoMoto“

Showcase aller FizViz-Features: Beleuchtung + Schrittmotor in einem Wand-Objekt. Traum: 4–5 nebeneinander (braucht mehr MKR1000).

CAD-Repository

FizViz-CAD – STEP/STL-Dateien für RotoMoto.

Zusatzteile (Zulieferer & Part-Nummern)

Stepper-Pulley (15 Zähne)     McMaster-Carr 1375K15
Needle-Pulley (30 Zähne)      McMaster-Carr 1375K28
Lager (2×)                    McMaster-Carr 60355K701
Zahnriemen                    McMaster-Carr 7887K28
Schrittmotor-Schrauben        De Mode Elec. 54-410-100 (2,6×8 mm)
Reed-Schalter                 DigiKey 306-1124-1-ND
Magnet (0,5" D × 0,125" H)    DigiKey 469-1002-ND

Montageplatine (Mount Board)

Rückgrat aus 1" MDF, per ShopBot CNC gefräst (alternativ Lasercutter, Stichsäge). Beherbergt Mechanik & Elektronik sauber hinter dem beleuchteten Blendenrahmen.

Blende (Bezel)

Aus 1/2" Acryl, auf ShopBot gefräst. Wichtig: Alle gefrästen („gefrosteten“) Flächen leuchten durch NeoPixels hindurch. Markierungen per Dremel möglich. CAD-Modelle halbiert für materialeffizienten Zuschnitt – mit Acrylkleber verbinden oder als ein Teil fräsen.

Innenring

Trägt NeoPixel-Strip, verdeckt hinter Acrylblende. 3D-gedruckt in Teilen (TAZ5, PLA), verklebt, gespachtelt, grundiert.

Motor & Mechanik

Motorhalter, Spannrollen, Welle im CAD-Repo. Zwei Lager im Halter für Steifigkeit. Riemen & Riemenscheiben wie abgebildet montieren.

Verkabelung & Endmontage

NeoPixel-Strip auf Innenring kleben/tape-n. Kabel (Reed, NeoPixel) durch Bohrung in Mount führen. Innenring durch Blende in Mount schieben. Alles verdrahten, verstauen – fertig ist das RotoMoto!

Code-Repositories

• FizViz-Windows: GitHub
• FizViz-Arduino: GitHub

CAD-Dateien

FizViz-CAD – STEP/STL für Widgets.

Schaltpläne

FizViz-Electrical – EAGLE-Schaltpläne & Bitmaps.