Zusammenfassung
Die Entwicklung einer eigenen Leiterplatte für eine Wildkamera konzentriert sich auf maximale Energieeffizienz durch den direkten Einsatz des ESP32-S3-Moduls und ein modulares Stecksystem für Sensoren. Durch die Hardware-Unterstützung für zwei verschiedene Kameramodelle sowie integrierte Ladefunktionen wird eine robuste Basisstation geschaffen, die sowohl Flexibilität als auch Zuverlässigkeit bietet.
Diese Zusammenfassung wurde mit KI-Unterstützung erstellt.
In Teil 1 habe ich beschrieben, warum ich meine Wildkamera selbst baue und warum ich den Weg über Lochraster und Lötkolben wieder verworfen habe. Dieser Teil erzählt, wie aus dem Konzept eine echte Leiterplatte wurde, und was bei der Inbetriebnahme alles passiert ist. So viel vorweg: Zeit und gute Nerven sind entscheidend.
Die wichtigsten Designentscheidungen
Das Modul direkt aufs Board. Statt eines fertigen Entwicklungsboards sitzt das ESP32-S3-Modul direkt auf meiner Platine. Damit entfallen alle Verbraucher, die ein Dev-Board mitschleppt, vom USB-Chip bis zur Dauer-LED. Jedes Mikroampere zählt, wenn sechs Wochen Laufzeit das Ziel sind.
Alles steckbar. Kamera, Radar, PIR, Licht- und Klimasensor, Display und das spätere Mobilfunkmodul hängen an Steckbuchsen. Die Platine ist damit eine Basisstation, an der ich Module tauschen kann. Auch die Tasten sitzen an einem Port-Expander, das spart wertvolle Pins des Hauptchips.
Zwei Kameras, eine Platine. Die Schaltung versorgt wahlweise einen OV2640 oder den OV5640 mit seiner abweichenden Kernspannung. Die Firmware probiert beim Start beide Varianten durch und merkt sich das Ergebnis. Der OV5640 ist mit seinen 5 Megapixeln das qualitativ höherwertigere Modell.
Eigensicherheit, wo Mechanik im Spiel ist. Der mechanische IR-Sperrfilter des OV5640 wird über einen kleinen Motortreiber umgeschaltet. Dessen Versorgung hängt bewusst an der schaltbaren Kameradomäne: Stürzt die Firmware ab oder startet der Chip neu, ist die Spule hardwareseitig stromlos.
Laden ohne Umwege. Ein CN3058E lädt die LiFePO4-Zelle direkt aus dem USB-C-Anschluss. Zwei LEDs zeigen Laden und Voll an. Der Akku selbst hat ein eigenes BMS.
Fertigung: Kleinserie statt Einzelstück
Entworfen ist die Platine in KiCad, gefertigt und maschinell bestückt wurde sie als Kleinserie mit zwei Exemplaren. Die Bauteilsumme lag bei rund 92,50 Euro inklusive Steuern, exklusive Teilen wie PIR, Temperatursensoren & Co. Für ein Hobbyprojekt muss man das ausgeben wollen.
Die eigentliche Arbeit vor der Bestellung ist klarerweise die Kontrolle. Jede Bauteilnummer musste ich gegen zig Datenblätter prüfen, jede Buchse gegen ihre Gegenseite, jede Polung gegen den Schaltplan. Der Dienstleister aus Asien war aber eine große Hilfe und konnte bei Problemen schnell helfen. Bei einem Produkt in dieser Preisklasse, das weiß ich aus eigener Erfahrung, nimmt in Deutschland wahrscheinlich nicht einmal jemand den Hörer ab.
Vom Fertiger kamen am Ende zusätzlich Röntgenaufnahmen der bestückten Boards. Sie zeigen, was auf keinem Foto zu sehen ist: die Lötstellen unter dem Funkmodul, die Durchkontaktierungen zwischen den Lagen und sogar die Chips im Inneren des Moduls. Für mich war das die beruhigendste Bestätigung der ganzen Bestellung. Als ich später tagelang an einer scheinbar unlösbaren Fehlfunktion saß, konnte ich die Lötqualität wenigstens von der Verdächtigenliste streichen.
Die Inbetriebnahme: eine Lehrstunde in Demut
Die Boards kamen an, sahen tadellos aus, und dann begann das eigentliche Abenteuer: Die Firmware ließ sich nicht aufspielen. Der Chip startete im Sekundentakt neu, der Programmiermodus schien unerreichbar, und ich habe zwischenzeitlich an allem gezweifelt, von der Boot-Taste bis zu den eigentlich einwandfreien Lötstellen. Ich wusste aber aus anderen Projekten, dass der ESP32 da gerne mal etwas zickig ist.
Am Ende war es eine Kette aus drei Ursachen:
- Vermeintlich defekte Boot- bzw. RST-Tasten haben sich am Ende nach mehreren Messungen mit dem Multimeter doch als tauglich herausgestellt. Ich hatte schon angefangen, mit dem Breadboard wieder an Überbrückungen zu basteln.
- Ohne Akku bricht die Versorgung zusammen. Beim Aktivieren des Programmiermodus zieht der Chip kurz mehr Strom, das Board bricht zusammen, der Chip startet neu, und das Spiel beginnt von vorn. Mit gestecktem Akku als Puffer: felsenfest. Diese Erkenntnis steht jetzt ganz oben auf der Merkliste für Revision B. Das hatte ich irgendwie nicht mehr auf dem Schirm.
- Ein einziges falsches Byte im zusammengebauten Firmware-Paket. Das Werkzeug hatte beim Zusammenfügen den Flash-Modus im Bootloader-Kopf verändert. Der Chip startete daraufhin in eine Absturzschleife, bis die Einzeldateien getrennt geflasht wurden.
Das Cockpit: Wartung ohne Kabel
Nach dem ersten erfolgreichen Start habe ich der Firmware als Erstes ein Web-Cockpit spendiert. Die Kamera öffnet dafür auf Wunsch eine WLAN-Sitzung, und im Browser sehe ich alles, was das Gerät weiß: die Akkuspannung als Verlaufskurve über zwei Stunden, den Zustand jeder Baugruppe, ein Live-Log der Firmware, die Dateien auf der SD-Karte. Ich kann ein Testfoto auslösen, den IR-Filter klacken lassen, die Uhr per Klick stellen und neue Firmware direkt im Browser hochladen. Das Gerät schreibt sie in einen zweiten Speicherbereich und startet hinein. Geht dabei etwas schief, läuft die alte Version einfach weiter.
Damit das Laufzeitziel nicht leidet, gilt ein striktes Sitzungsmodell: Eingeschaltet wird das WLAN immer von mir, per Taste, Menü oder mit einem Magneten am Gehäuse. Ausgeschaltet wird es immer vom Gerät selbst, nach fünfzehn Minuten ohne Aktivität. Im Feldbetrieb bleibt es komplett aus.
Der Lohn des Ganzen: Der Programmieradapter liegt inzwischen in der Schublade. Updates, Diagnose, Fotos anschauen, alles läuft drahtlos. Und die Akkuüberwachung hat ihre Feuertaufe bestanden: Ladekurve beobachtet, Vollladung verifiziert, Spannungsverhalten unter Last vermessen, alles vom Schreibtisch aus.
Was in Revision B anders wird
Selbst entwickeln heißt, eine ehrliche Fehlerliste zu führen. Die wichtigsten Punkte für die nächste Platinenrevision:
- Betrieb ohne Akku ermöglichen. Die Versorgung braucht genug Puffer, um Lastspitzen auch am reinen USB-Betrieb zu überstehen.
- Der Boot-Pull-up wandert an die richtige Schiene, damit ein Spannungseinbruch den Chip nicht mehr in den Programmiermodus zwingen kann.
- Der Ladestatus wird messbar. Bisher kennen ihn nur zwei LEDs; künftig sollen freie Chip-Eingänge mitlesen, damit das Cockpit „lädt" und „voll" direkt anzeigen kann.
Ausblick
Die Platine kann jetzt schon die Grundfunktionen, aber mit der Anbringung der restlichen Teile wird sie beweisen müssen, ob mein Plan aufgeht und am Ende eine funktionierende DIY-Wildkamera steht. In Teil 3 geht es um ihr Zuhause: ein 3D-gedrucktes Gehäuse im Selbstdruck.