Bastelstunde mit dem Raspberry Pi

Corona, Kontakt Beschränkungen, Abstand halten und Dauerregen. Eigentlich sind das die Inhaltsstoffe für eine leichte Krise. Wenn da nicht eine Idee gewesen wäre.

Es war einmal vor vielen Jahren, da habe ich mit einem Microcontroller einen Solar Controller gebaut und damit die Gartenbeleuchtung gesteuert. Der Controller tut heute noch gute Dienste aber nach gut fünf Jahren ist die Solarbatterie am Ende. Bei dem Projekt hatte ich sehr viel über Pulsbreitenmodulation und Leistungs Übertragung, MPPT, …. und viele andere Fach Chinesische Fremdwörter gelernt.

Angefangen hatte das damals mit einer Idee, dann musste ein größerer Controller verwendet werden, mit Assembler war es dann auch nicht mehr alleine zu lösen und so wurde auf C umgestiegen. Dann stellte sich irgendwann die Frage ob es wieder eine neue Microcontroller Lösung geben soll oder ob nicht eine Lösung auf Basis Raspberry Pi vielleicht doch viel flexibler ist.

Für den Raspberry Pi gab es dann ein Extension Board, welches unter anderem ein PWM Leistungsteil enthielt und diverse andere Funktionen. Was die Software angeht war es schon ziemlich gut. Sämtliche Funktionen des Extension Board sind Remote über das Internet bedienbar. Die Software Entwicklungsumgebung auf dem Raspberry Pi ist wirklich sehr gut. Alle Module auf dem Extension Board waren über den SPI Bus vernetzt. Anfangs hat es etwas Probleme bereitet ging dann aber Nachdem die technischen Schwierigkeiten gelöst waren immer besser. Im nachhinein betrachtet ist es aber das falsche Bussystem. Besser wäre es gewesen von Anfang an I2C zu verwenden. Es ist technisch einfacher umzusetzen, es gibt vielmehr fertige Module dafür zu kaufen und oftmals sind diese Module günstiger als die einzelnen Chips zu verbauen.

Das war aber nicht immer so. Der Markt hat sich in diese Richtung in den letzten 5-6 Jahren entwickelt und nun gilt es mit der Zeit zu gehen. Zu den Raspberry Pi und Arduino gibt es mittlerweile Zusatzmodule wie Sand am Meer. Auch Projektbeschreibungen gibt es einige.

Mir geht es aber nicht darum etwas nachzubauen, vielmehr etwas eigenes selber zu bauen. Also ein echtes DiY Projekt. Die Hardware ist eine gute Basis und muss folgende Funktionen zur Verfügung stellen.

• Digitale Ein und Ausgänge
• Analoge Eingänge zur Spannungsmessung inkl. PGA um die Messbereiche mit Software zu steuern
• Strommessung (… und zwar galvanisch getrennt 10A …20A)
• Die Möglichkeit ein LCD-Display anzuschließen
• Ein PWM Ausgang der gegebenfalls mit einer Leistungsstufe versehen werden kann
• Möglichkeit zum Anschluss von Temperaturfühler, Luftfeuchte- und Luftdrucksensoren

Die meiste Zeit bis jetzt habe ich damit verbracht die Module im Internet zu suchen, zu beschaffen, Anleitungen zu lesen, in die Bibliothek des CAD Programmes aufzunehmen. Wichtiger Punkt ist immer die Interoperabilität. Können die Module alle den gleichen Spannungsbereich, Datenrate, …

Re-Use anstatt neu erfinden …

Da ich bereits ein Extension Board für den Raspi gemacht hatte konnte ich die Anschlußtechnik auf dem Schaltplan/ PCB übernehmen und einiges davon löschen. Übrig bliebt, der 40-polige Anschluß und ein Teil der Stromversorgung. Da sich nun die „fertigen“ Module in der Bibliothek befinden können diese verwendet werden. Letztendlich erfolgt die Verkabelung im Schaltplan und den finalen Schritt macht der Autorouter und etwas Handarbeit. Die CAD Software gibt mit der Manufacture Anzeige schon ein reales Bild wie die Platine (PCB) später aussieht und macht die Qualitätskontrolle leichter. Sind jetzt Bohrungen zu klein oder Pin Pads zu kleinfällt es bei genauem hinsehen auf. Der Kontrollausdruck auf dem Drucker und das platzieren der Module auf dem Papier gibt dann ein Gefühl ob es passt.

PCB – aber schnell

Jetzt ist alles vorbereitet, was fehlt ist die Platine um diese zu bestücken. Auch hier ist bewährtes angesagt. ALLPCB.COM als einer der größten PCB Hersteller weltweit ist nicht nur mit am günstigsten, sondern auch am schnellsten. Der vollautomatische Bestell- und Fertigungsprozess macht es möglich. CAM Daten exportieren, Angebot auf der Webseite erstellen, bezahlen und auf Bestätigung vom Customer Support warten. 2 Stunden später ist der Check durch und 72 Stunden später ist meine Platine dann fertig und im Versand. Für 1USD je Platine kann man das nicht selbst machen. Die 16USD Versand schmerzen auch nicht wirklich.

Hardware soweit fertig – weiter geht es mit Software

Jetzt ist für die Hardware alles getan und es ist warten angesagt. Am 30.12.20 soll das Package ankommen. Sollte es also weiter regnen bleibt ausreichend Zeit schon mal die Entwicklungsumgebung auf dem raspberry Pi vorzubereiten und konzeptionell an der Softwarelösung zu arbeiten. Das geht dann auch schon auf den Testboards in Freiluftverkabelung 😉

…. und was macht Ihr so im Urlaub?