elv RPi-PC Bau- Und Bedienungsanleitung Seite 4

4 Bau- und Bedienungsanleitung
Versorgungsspannung des Sensors liegt bei 3,3 V,
und der Jumper J2 muss geöffnet werden, damit sich
die beiden Sensoren nicht stören.
An ST2 können ein externer Taster und eine ex-
terne LED angebracht werden. Beim Anschluss einer
externen LED muss zwingend die maximale Strombe-
lastbarkeit von 10 mA beachtet und ein passender
Vorwiderstand zu der LED in Reihe geschaltet wer-
den – Nichtbeachten kann zur Zerstörung des Geräts
führen.
Die LED-Betriebsspannung an diesem Anschluss
beträgt ca. 3,3 V. Will man hier also z. B. eine rote
LED mit 1,9 V Vorwärtsspannung anschließen, benö-
tigt man einen Vorwiderstand von 150 Ω.
Über J1 wird das IR-Signal zusätzlich auch an
den Raspberry Pi weitergeleitet, dabei kann man
zwei GPIOs des Raspberry Pi nutzen. Standardmäßig
steht das Signal an GPIO18 zur Verfügung. Alterna-
tiv kann nach Auftrennen von J1 und Verbinden mit
der jeweils anderen Kontaktstelle das Signal auch auf
GPIO17 umgelegt werden.
Über die beiden RX- und TX-Leitungen (GPIO14/15)
werden Steuersignale mit dem Raspberry Pi ausge-
tauscht. Der RX-Pin GPIO14 sollte vom Raspberry Pi
nach dem Starten auf High-Pegel gebracht wer-
den, dadurch wird dem RPi-PC signalisiert, dass der
Raspberry Pi gestartet ist, bzw. beim Abschalten des
Raspberry Pi fällt der Pegel ab und der RPi-PC kann
den Raspberry Pi nach einer Wartezeit von der Span-
nungsversorgung trennen.
Über den TX-Pin wird dem Raspberry Pi mitgeteilt,
dass er herunterfahren soll, zum Beispiel per Taste
Bild 2: Die Platinenfotos des RPi-PC mit dem jeweils zugehörigen
Bestückungsplan, oben die Oberseite, auf der TA1 und die LED D1
sitzen, unten die Unterseite der Platine
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oder den Ausschaltbefehl der IR-Fernbedienung. Dazu sollte über ein
Skript/Programm auf dem Raspberry Pi der GPIO15 überwacht und bei
dessen Wechsel auf Low-Pegel das Herunterfahren gestartet werden.
Sollte der Pi nicht innerhalb von 30 Sekunden mit dem Herunterfah-
ren reagiert haben, wird die Spannungsversorgung trotzdem getrennt,
weil entweder das Skript nicht vorhanden ist oder der Raspberry sich
„aufgehängt" haben könnte.
Ein Skript zum Setzen und Überwachen der Pins zeigen wir im Ab-
schnitt „Einrichten des Raspberry Pi".
Schaltungsbeschreibung
In Bild 1 ist das recht übersichtliche Schaltbild des RPi-PC zu sehen. Kern
der Schaltung ist der Mikrocontroller IC1, ein Ultra-Low-Power-8-Bit-
Controller von ST Microelectronics mit interner Taktung (16 MHz) und
integriertem Flash-Speicher (32 kB) sowie ebenso integriertem EEPROM.
Mit den Stütz- und Siebkondensatoren C5 bis C9 wird die Betriebs-
spannung von 3,3 V stabilisiert bzw. entstört.
Die Duo-LED D1 mit ihren Vorwiderständen dient – neben der Anzeige
von Betriebszuständen – der Signalisierung von Anlern- und Empfangs-
vorgängen der Infrarot-Empfängerschnittstelle, die über einen Anlern-
prozess an verschiedenste IR-Fernbedienungen anpassbar ist.
Der Bedientaster TA1, der mit C10 entstört wird, dient dem Ein- und
Ausschalten direkt am Gerät sowie dem Auslösen eines IR-Anlernvor-
gangs. Optional kann für TA1 ein Taster mit integrierter LED eingesetzt
werden, die LED signalisiert dann die Betriebszustände der Anordnung
RPi-PC/Raspberry Pi. Über ST2 sind sowohl ein externer Taster als auch
eine externe LED, deren Anzeige TA1 entspricht, anschließbar.
Der IR-Empfangssensor IRE1 gibt sein Empfangssignal via J2 und R8
einmal an den Mikrocontroller IC1 und zusätzlich über den Jumper J1
direkt an die GPIOs 17 bzw. 18 aus. Damit gelangt primär das Ein-/Aus-
schaltsignal an IC1, und weitere Fernbedienbefehle für Anwendungen
stehen über die GPIOs für die direkte Auswertung auf dem Raspberry Pi
zur Verfügung.
Trennt man J2 auf, kann man auch einen externen IR-Empfänger an
ST1 anschließen. Er muss für 3,3-V-Betrieb spezifiziert sein.
Das Zu- und Abschalten der 5-V-Betriebsspannung, die über die USB-
Buchse BU2 zur Verfügung gestellt wird, erfolgt durch ein Steuersignal
von IC1 aus. Es steuert die MOSFET-Schalter-Kombination des Doppel-
MOSFETs T1 an, die wiederum die 5-V-Betriebsspannung an die 5-V-GPIOs
des Raspberry Pi schaltet. Um die Spannungsverluste auf dem RPi-PC
möglichst gering zu halten, wurde die Platine mit 70 µm Kupfer anstatt
üblicherweise 35 µ beschichtet und zwei MOSFETs wurden parallel ge-
schaltet, um auch dort den Durchgangswiderstand zu verringern.
Die Kommunikation zwischen IC1 und dem Raspberry Pi erfolgt
über die Pins PC2 und PC3 von IC1 und den GPIO14 und GPIO15 vom
Raspberry Pi. Die Widerstände R3 und R4 in den Busleitungen dienen
dabei dem Schutz der Ports, und die Widerstände R5 und R6 sorgen für
einen definierten Pegel.
Bleibt noch die Stromversorgung der Schaltung. Über die Micro-USB-
Buchse BU2 erfolgt die Einspeisung der 5-V-Versorgungsspannung, die
von einem genügend leistungsfähigen Netzteil zur Verfügung gestellt
werden muss, da hierüber auch der Raspberry Pi versorgt wird. An +UB
stehen die 5 V für das Durchschalten mit T1 an, die Schaltungsanord-
nung mit IC2 und den zugehörigen Stütz- und Entstörkapazitäten er-
zeugt die 3,3 V für den Betrieb des RPi-PC.
Nachbau
Der Nachbau des RPi-PC beschränkt sich auf nur wenige Bestückungs-
und Lötarbeiten, da alle weiteren Bauteile in SMD-Bauweise ausgeführt
und ab Werk bereits bestückt sind.
Zunächst wird anhand der Platinenfotos und Bestückungspläne in
Bild 2 sowie dem Bestückungsdruck auf der Platine eine sorgfältige
Kontrolle auf Bestückungs- und Lötfehler vorgenommen.