LightPi

Allgemein

Der LightPi ist ein Mess- und Steuersystem, mit welchem insgesamt 16 230V Ausgänge und 8 digitale Sensoren verwaltet werden können. Wird ein Ausgang geschaltet, so liegt am entsprechenden Kontakt eine Spannung von 230V an, mit der Verbraucher versorgt werden können. Die Gesamtlast pro LightPi sollte 10A nicht überschreiten, also insgesamt 2300 Watt. Um die Ausgänge nutzbar zu machen, hat der LightPi auf der Rückseite 8 Steckerbuchsen vom Typ TT1120-S04, wobei jeweils Pin1+2 den ersten Ausgang mit Masse und 230V~ liefern und Pin3+4 den zweiten Ausgang. Daraus ergibt sich folgende Nummerierung der Ausgänge in Verbindung mit den Steckerbuchsen:

Endgeräte

An den LightPi können verschiedene Endgeräte über die Sensor und Aktorports angeschlossen werden. Ein Endgerät kann wahlweise ein oder zwei Kanäle auf dem Port belegen. Wird nur ein Kanal belegt, kann mit dem entsprechenden Y-Adapter ein weiteres Endgerät an den Port angeschlossen werden. Außerdem ist es möglich, mehrere Endgeräte parallel an einen Port oder auch an einen Kanal anzuschließen. Auch für diesen Zweck gibt es einen entsprechenden Y-Adapter. So ist es möglich, z.B. mehrere Leuchten über einen Ausgang anzusteuern. An dieser Stelle sei jedoch angemerkt, das das Konzept des LightPi jedoch grundsätzlich vorsieht, das jedes Gerät einzeln angesteuert werden kann, aus Kostengründen kann es jedoch manchmal notwendig sein, mehrere Geräte zusammen zu fassen.

Folgende Endgeräte sind aktuell verfügbar:

Typ	Bezeichnung
Sensor	Taster
Sensor	Doppeltaster
Sensor	Bewegungsmelder
Aktor	LED Lichtleiste
Aktor	Alarmsirene

physisches Mapping GPIOs

Am Raspberry Pi ist eine 40 polige Steckerleiste vorhanden, welche folgendermaßen im LightPi verkabelt wird:

LightPi	Name	Pin		Name	LightPi
	3.3v	1	2	5v
Relais 2	SDA.1	3	4	5v	Relais 5v
Relais 4	SCL.1	5	6	0v	Relais 0v
Relais 6	GPIO. 7	7	8	TxD	Relais 1
	0v	9	10	RxD	Relais 3
Relais 8	GPIO. 0	11	12	GPIO. 1	Relais 5
Relais 10	GPIO. 2	13	14	0v
Relais 12	GPIO. 3	15	16	GPIO. 4	Relais 7
	3.3v	17	18	GPIO. 5	Relais 9
Relais 14	MOSI	19	20	0v
Relais 16	MISO	21	22	GPIO. 6	Relais 11
Sensor 6	SCLK	23	24	CE0	Relais 13
	0v	25	26	CE1	Relais 15
Sensor 7	SDA.0	27	28	SCL.0	Sensor 1
Sensor 8	GPIO.21	29	30	0v
Sensor 9	GPIO.22	31	32	GPIO.26	Sensor 2
Sensor 10	GPIO.23	33	34	0v
Sensor 11	GPIO.24	35	36	GPIO.27	Sensor 3
Sensor 12	GPIO.25	37	38	GPIO.28	Sensor 4
	0v	39	40	GPIO.29	Sensor 5

logisches Mapping GPIOs

Der Raspberry Pi bietet 26 GPIOs, wovon im LightPi 16 als Ausgänge (A1 bis A16) und 12 als Eingänge (S1 bis S16) benutzt werden. Intern werden die Ausgänge und Eingänge von der Software über die WiringPi Nummerierung angesprochen. Daraus ergibt sich folgendes Mapping:

Ausgänge	Eingänge
LightPi wPi A01 15 A02 8 A03 16 A04 9 A05 1 A06 7 A07 4 A08 0 A09 13 A10 11 A11 12 A12 10 A13 3 A14 6 A15 2 A16 5	LightPi wPi S01 31 S02 26 S03 27 S04 28 S05 29 S06 14 S07 30 S08 21 S09 22 S10 23 S11 24 S12 25

Mapping Relais auf Ports

Der LightPi besitzt auf der Rückseite 8 Ports für die Ausgänge, wobei jeweils 2 Ausgänge auf einem Port liegen. Um den Verkabelungsaufwand zu verringern, sind die Relais nicht 1:1 den Ausgängen zuzuordnen. Jeder Port hat 4 Pins, wobei Pin 1 und 2 jeweils den ersten Ausgang bilden und Pin 3 und 4 den zweiten. Diese physische Verbindung wird als Kanal bezeichnet. Der erste Ausgang ist damit Kanal 1 und der zweite Kanal 2. Der Port wird mit "P" abgekürzt, der Kanal mit "K", so ergibt sich z.B. für den 2. Kanal auf Port 3 die Bezeichnung P3K2.

Port	Kanal	Pin	Ausgang	Relaisboard
P1	K1	1+2	A01	JD1
P1	K2	3+4	A02	JD2
P2	K1	1+2	A03	JD3
P2	K2	3+4	A04	JD4
P3	K1	1+2	A05	JD5
P3	K2	3+4	A06	JD6
P4	K1	1+2	A07	JD7
P4	K2	3+4	A08	JD8
P5	K1	1+2	A09	JD16
P5	K2	3+4	A10	JD15
P6	K1	1+2	A11	JD14
P6	K2	3+4	A12	JD13
P7	K1	1+2	A13	JD12
P7	K2	3+4	A14	JD11
P8	K1	1+2	A15	JD10
P8	K2	3+4	A16	JD9

Montage

Grundplatte

Auf der Grundplatte werden folgende Module montiert:

-Relaisboard mit 4x STP390300140B und 10mm Kunststoff Abstandshülsen -Netzteil mit 2x STP390300050B -2x Kontaktleiste mit jeweils 2x STP380300050B -Raspberry Pi3 mit 4x STP390300140B und 10mm Kunststoff Abstandshülsen (Löcher in den Platinen mit 3,5mm Bohrer aufbohren, da die Löcher mit 3mm gerade zu klein für 3mm Schrauben sind)

Stückliste

8x STP390300140B 4x STP380300050B 2x STP390300050B

Stromversorgung Raspberry Pi

Das Sainsmart 16x Relais Modul wird vom Netzteil mit 12V versorgt und erzeugt daraus 5V, welche für die Stromversorgung des Raspberry Pi verwendet werden. Dafür wird ein doppeltes GIPO Kabel mit den Farben schwarz und weiß verwendet. Auf dem Relaismodul wird das weiße Kabel auf den Pin mit +5V gesteckt (ganz links) und das schwarze Kabel auf den Pin mit GND (ganz rechts). Auf dem Raspberry Pi wird das weiße Kabel auf Pin4 gesteckt und das schwarze Kabel auf Pin6.

Verkabelung GPIOs

Verkabelung mit Relaisboard

Um die GPIOs mit dem Relaisboard zu verbinden, werden zwei 8 adrige GPIO Kabel benötigt mit den Farben grau, violett, blau, grün, gelb, orange, rot, braun. Diese werden auf das Relaisboard so gesteckt, daß jeweils das graue Kabel neben dem +5V Pin steckt und das braune dann entsprechend neben dem GND Pin.

Auf der Raspberry Pi Seite werden die ersten 8 Adern, die näher am Platinenrand auf dem Relaismodul sind, auf die rechte Seite der Raspberry Pi Pins gesteckt, so dass folgende Pins belegt sind:

Pin Nr.	Farbe
8	grau
10	violett
12	blau
16	grün
18	gelb
22	orange
24	rot
26	braun

Die anderen 8 Kabel werden auf der linken Seite der Raspberry Pi Pins gesteckt:

Pin Nr.	Farbe
3	grau
5	violett
7	blau
11	grün
13	gelb
15	orange
19	rot
21	braun

Verkabelung mit Sensoreingängen

Die Sensoreingänge werden mit folgenden Pins auf dem Raspberry Pi verknüpft:

Sensor Nr.	Port	Pin Nr.
1	S1 Pin3	28
2	S1 Pin4	32
3	S2 Pin3	36
4	S2 Pin4	38
5	S3 Pin3	40
6	S3 Pin4	23
7	S4 Pin3	27
8	S4 Pin4	29
9	S5 Pin3	31
10	S5 Pin4	33
11	S6 Pin3	35
12	S6 Pin4	37

Betriebssystem

Wie ein Betriebssystem Image erstellt werden kann findet man unter LightPi Images. Um einen LightPi zu installieren, benötigt man nur das bestehende aktuelle Image.

Erstellen des Produktivsystems

Grundlage für das LightPi Betriebssystem ist aktuell "RASPBIAN STRETCH LITE" von 2017-09-07

Image auf eine SD Karte kopieren

dd if=/var/nfs/iso-images/2017-09-07-lightpi-prod.img of=/dev/sdb bs=1M

Laufwerk auswerfen, Karte in den Lightpi stecken und booten.

Damit wird der LightPi startet der LightPi automatisch im Slave Modus.