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raspberry.tips - Raspberry.Tips - Projekte, Tutorials und News rund um den Mini-Computer Raspberry Pi
Nachdem ich ein größeres privates Projekt abgeschlossen habe bleibt nun wieder Zeit um mit dem Raspberry pi zu basteln. Nachdem die neue Haustüre mit einem elektronischen Öffner eingebaut ist wollte ich unbedingt neben der klassischen Sprechanlage mit Türöffner zusätzlich eine kostengünstige modernere Lösung einbauen. Am Besten natürlich anhand eines DIYO Projekts mit meinem Lieblings-Rechner Raspberry Pi.
Mir war klar dass, nachdem ich herausgefunden hatte das der Türöffner mit 15V Gleichstrom betrieben wird, ein getrennter Steuerstromkreis notwendig ist da der Raspberry Pi an den GPIO Pins nur mit 3,3V arbeiten kann. Also kümmere ich mich als erstes darum einen Steuerstromkreis anhand eines Relais mit Schaltung durch den Raspberry Pi zu bauen.
Die Fertige Relais-Schaltung sieht so aus:
Benötigtes Material
Da meine Haustüre über den zentralen Sicherungskasten mit Strom versorgt wird und auch dort alle Steuerleitungen sternförmig durchs Haus verteilt werden war klar das mein Pi im Sicherungskasten eingebaut werden muss, das erfordert einige spezielle Teile und Sicherheitsvorkehrungen.
Raspberry Pi Basis-Material
- Raspberry Pi 3
- Micro SD-Karte mit mindestens 8GB
- Eine Media Center Tastatur und Maus
- Ein HDMI Kabel
- Raspberry Pi Hutschienen-Netzteil (Mean Well MDR-20-15) für den Einbau in den Sicherungskasten
- MicroUSB Stromkabel 2Pol. für das Netzteil
- Kaltgerätekabel zum Testen des Netzteils
- Hutschienen-Gehäuse für den Raspberry Pi 2 / 3
Material für die Relais-Steuerung
- Ein Relais Modul von SainSmart (2 Kanäle)
- Ein Gehäuse für die elektronischen Bauteile ( 100 x 100 x60)
- Jumperkabel für die Verbindung
Elektronische Bauteile
- Eine Streifenrasterplatine / Lochstreifenplatine aus Hartpapier oder Epoxy – 100 x 100 mit 2,54mm Rasptermaß
- Kohleschicht-Widerstände 2x 2,2k Ohm / 2x 10k Ohm
- Transistoren NPN TO‑92 2x 2N3904BU
- Buchsenleiste 2,54mm min. 10 Buchsen (werden zurecht geschnitten)
- Mainboard Schrauben – 4 Stück
- Mainboard Befestigungsschrauben – 4 Stück
- Lüsterklemmen 6 Pole für Kabel zwischen 0,5 und 2,5 mm²
- 1-2m Installationskabel (ich verwende Reste: Mantelleitung NYM-J 3×1,5 mm²)
Werkzeug
- Seitenschneider, kleine Flachzange, versch. Schraubendreher, Cutter
- Multimeter für Spannung, Strom, Widerstand und Durchgang
- Lötkolben / Lötstation mit dritter Hand und Lötzinn
- (Akku)borer mit 3mm & 10mm Bohrer (Am Besten mit Zentrier-spitze)
- Abisolierer / Abisolierzange
Raspberry Pi SainSmart Relais Steuerung bauen
Der wohl schwierigste und aufwändigste Teil ist der Bau des Steuerstromkreises mit welchem wir neben eines Türöffners im Bereich der Kleinspannung auch weitere Schaltungs- Steuerungsaufgaben mit 230V durchführen können. Der Aufbau ist daher so gestaltet das später auch andere Aufgaben bewältigt werden können.
Wichtig!
Netzspannungen können Personen- und Sachschäden verursachen. Arbeiten dürfen nur in absolut spannungsfreiem Zustand durchgeführt werden. Wenn Sie über die erforderliche fachliche Qualifikation nicht verfügen, bedienen Sie sich bitte der Hilfe eines entsprechend geschulten Fachmannes.
Das SainSmart Relais wurde ursprünglich für den Arduino entwickelt und arbeitet daher mit 5V, um es mit dem Raspberry Pi mit 3,3V verwenden zu können sind einige kleinere Lötarbeiten notwendig. Wenn wir das Relais direkt an den Pi anschließen funktioniert es entweder nicht (3,3V) oder es Zerstört unseren RasPi (5V).
- Als erstes lege ich das Relais Modul auf die Rückseite (die Seite ohne Kupfer) der Platine und zeichne mit etwas Abstand zu den Außenkanten die Löcher auf die Platine
- Diese werden dann mit einem 3mm Bohrer vorsichtig gebohrt und dann mit Mainboard Abstandshaltern bestückt (mit einer Flachtzange vorsichtig eindrehen)
- Danach bestücken wir die Platine mit dem Relais Modul und schrauben dieses fest
Als nächstes bauen wir den Spannungsteiler mit Transistor, er ermöglicht es uns trotz der 5V Stromversorgung des Relais mit den 3,3V der GPIOs zu schalten. Wir benötigen für unser zwei Kanal Relais 2x 10k Ohm und 2x 2,2k Ohm Widerstände sowie zwei NPN Transistoren.
- Schaltplan als Bild oder als als Fritzing Datei für das Fritzing Tool
- Bilder der fertigen Vorderseite und Rückseite
- Lötet als erstes die Widerstände R1 – R4 mit dem Gehäuse auf der Rückseite der Platine auf – Die Positionierung entspricht bei mir nicht genau meinem Plan, ist aber nicht schlimm
- Lötet dann die Transistoren N1 & N2 auf, Bauteile auch hier auf der Seite ohne Leiterbahnen. Wichtig! Achtet auf richtige Polung! Bei N1 zeigt die flache Seite vom Relais weg, bei N2 zeigt die flache Seite in Richtung Relais.
- Lötet dann die Buchsen B1-B5 auf die Platine, bei mir sehen die, da mit dem Seitenschneider zurecht geschnitten, recht verhunzt aus. :)
- Nun müssen wir unbedingt noch die gewollten Unterbrechungen der Leiterbahnen unterhalb von R2 & R4 herstellen, auf der Zeichnung mit einem roten X markiert. Hierbei wird die Leiterbahn mit einem scharfen Cutter unterbrochen, sonst gibt es einen unerwünschten Kurzschluss.
- Dreht hierzu eure Platine um und entfernt wie markiert vorsichtig ein Stück Leiterbahn mit einem scharfen Cutter / Messer unterhalb von R2 & R4. Zusätzlich habe ich, um spätere Kurzschlüsse zu vermeiden, zwischen der Schaltung und den Relais einen kompletten Streifen entfernt.
- Falls noch nicht geschehen schneidet nun euer fertiges Bauteil vorsichtig mit einer scharfen Schere aus dem großen Stück Platine heraus. Lasst etwas Platz zu den stromführenden Leitern, beim Ausschneiden reißt die Platine gerne am Rand.
Hutschienen Netzteil Verkabeln
Nachdem wir nun unser Bauteil fertig gelötet haben können wir mit dem einbau ins Gehäuse und dem Verkabeln unseres RasPi beginnen. Der Einfachheit halber habe ich die selben Kabelfarben wie auf der Fritzing Zeichnung verwendet.
- Verbindet als erstes euer Micro-USB Powerkabel mit dem Hutschienen Netzteil
- Rot auf +V
- Schwarz auf -V
- DC OK bleibt unbelegt
- Nehmt dann ein Kaltgerätekabel und schneidet mit dem Seitenschneider den Stecker ab (nicht den für die Steckdose), entfernt mit einem Abisolierer oder dem Seitenscheiter den Mantel (die Isolierung der einzelnen Leiter darf nicht angeschlitzt sein!) und isoliert die einzelnen Leiter etwa 5mm ab.
- Dann verbinde ich das Kaltgerätekabel mit dem Netzteil (von links nach rechts)
- Erde = Gelb-Grün
- N = Blau
- L = Braun oder Schwarz (hier grau)
- Das Netzteil muss nun anhand des Reglers auf +5,1V eingestellt werden (RasPi 3), für den RasPi 2 auf 5V. Messen tun wir mit einem Multimeter auf der Einstellung für den 10er Bereich Gleichstrom (auch VDC genannt).
- Gemessen wir mit dem Multimeter nach einstecken des Kaltgerätekabels an V+ (Rot) und V- (Schwarz). Dreht den Regler (+V ADJ) mit einem Schraubendreher entsprechend bis euer Multimeter entweder 5,1V für den Pi3 oder 5,0V für den Pi2 anzeigt. Bei mir sind es 5,06V, genauer hab ich es nicht hin bekommen.
Relais mit dem Raspberry Pi verkabeln
Unser selbst gebautes Relais Modul muss nun noch mit dem Pi Verkabelt werden, ich habe wo möglich die selben Farben wie im Fritzing Schaltplan verwendet.
- Verkabelt euer Relais Modul nach Schaltplan; im ersten Schritt wie folgt:
- Gelb & Gelb = N1 & N2 (Zum Schalten der Relais Kanäle)
- Schwarz = GND
- Dann verkabeln wir den Rest mit unserem Raspberry Pi
- ROT / VCC = GPIO PIN 2 am Raspberry Pi
- GRAU = GPIO PIN 3 am Raspberry Pi
- SCHWARZ = GPIO PIN6 am Raspberry Pi
- LILA (ROSA) = GPIO PIN 5 am Raspberry Pi
RasPi und Relais ins Gehäuse bauen
Wir verbauen nun noch die beiden Teile in die passenden Gehäuse
- Steckt als erstes den Raspberry Pi in Hutschienen Gehäuse, die Kabel zum Relais führe ich durch den losen Deckel
- Um später einfacher verkabel zu können baue ich mit Lüsterklemmen und abisoliertem 1,5mm² NYM-J Kabel noch einen abzweig (macht zwei falls ihr beide Relais verwenden möchtet)
- Diesen schließe ich den Abzweig an das obere Relais an (Grün-Gelb/ Braun / Blau)
- Das Gehäuse bekommt vorher noch zwei 10mm Bohrungen zum durchführen der Kabel
- Dann befestige ich, nachdem ich ein weiteres 3mm Loch auf der Platine gebohrt habe, das Relais mit den mitgelieferten Schrauben im Universalgehäuse und klebe das Relais mit einem Stück doppelseitigem Klebeband fest.
- Verkabelt noch euren Raspberry Pi und die Hardware für eueren Relais Aufbau ist fertig!
Wie das Relais via Raspberry Pi angesteuert und getestet wird berichte ich in den nächsten Tagen im zweiten Teil dieser Artikel-Serie.
