LightPi
Allgemein
Der LightPi ist ein Mess- und Steuersystem, mit welchem insgesamt 16 230V Ausgänge und 16 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 | Sensor 5v | |
| Sensor SDA | SDA.1 | 3 | 4 | 5v | Relais 5v |
| Sensor SCL | SCL.1 | 5 | 6 | 0v | Relais 0v |
| Sensor Int1 | GPIO. 04 | 7 | 8 | TxD | |
| Sensor 0v | 0v | 9 | 10 | RxD | |
| Sensor Int2 | GPIO. 17 | 11 | 12 | GPIO. 18 | |
| GPIO. 27 | 13 | 14 | 0v | ||
| GPIO. 22 | 15 | 16 | GPIO. 23 | ||
| 3.3v | 17 | 18 | GPIO. 24 | Relais 1 | |
| Relais 2 | GPIO. 10 | 19 | 20 | 0v | |
| Relais 4 | GPIO. 09 | 21 | 22 | GPIO. 25 | Relais 3 |
| Relais 6 | GPIO. 11 | 23 | 24 | GPIO. 08 | Relais 5 |
| 0v | 25 | 26 | GPIO. 07 | Relais 7 | |
| SDA.0 | 27 | 28 | SCL.0 | ||
| Relais 8 | GPIO. 05 | 29 | 30 | 0v | |
| Relais 10 | GPIO. 06 | 31 | 32 | GPIO. 12 | Relais 9 |
| Relais 12 | GPIO. 13 | 33 | 34 | 0v | |
| Relais 14 | GPIO. 19 | 35 | 36 | GPIO. 16 | Relais 11 |
| Relais 16 | GPIO. 26 | 37 | 38 | GPIO. 20 | Relais 13 |
| 0v | 39 | 40 | GPIO. 21 | Relais 15 | |
logisches Mapping GPIOs
Der Raspberry Pi bietet 26 GPIOs, wovon im LightPi 16 als Ausgänge (A1 bis A16) benutzt werden. Intern werden die Ausgänge von der Software über die BCM Nummerierung angesprochen. Daraus ergibt sich folgendes Mapping:
| Ausgänge | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
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 |
Sensoren
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) -Es sind 4 Löcher zu bohren mit dem Durchmesser von 2,5mm zur Befestigung der Eingangskarten.
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 |
|---|---|
| 18 | grau |
| 22 | violett |
| 24 | blau |
| 26 | grün |
| 32 | gelb |
| 36 | orange |
| 38 | rot |
| 40 | braun |
Die anderen 8 Kabel werden auf der linken Seite der Raspberry Pi Pins gesteckt:
| Pin Nr. | Farbe |
|---|---|
| 19 | grau |
| 21 | violett |
| 23 | blau |
| 29 | grün |
| 31 | gelb |
| 33 | orange |
| 35 | rot |
| 37 | braun |
Verkabelung mit Sensoreingängen
Die Sensoreingänge werden mit folgenden Pins auf den Eingangskarten verknüpft:
| Sensor Nr. | Port | Pin Nr. |
|---|---|---|
| 1 | S1 Pin3 | Karte oben E8 |
| 2 | S1 Pin4 | Karte oben E7 |
| 3 | S2 Pin3 | Karte oben E6 |
| 4 | S2 Pin4 | Karte oben E5 |
| 5 | S3 Pin3 | Karte oben E4 |
| 6 | S3 Pin4 | Karte oben E3 |
| 7 | S4 Pin3 | Karte oben E2 |
| 8 | S4 Pin4 | Karte oben E1 |
| 9 | S5 Pin3 | Karte unten E8 |
| 10 | S5 Pin4 | Karte unten E7 |
| 11 | S6 Pin3 | Karte unten E6 |
| 12 | S6 Pin4 | Karte unten E5 |
| 13 | S7 Pin3 | Karte unten E4 |
| 14 | S7 Pin4 | Karte unten E3 |
| 15 | S8 Pin3 | Karte unten E2 |
| 16 | S8 Pin4 | Karte unten E1 |
Verkabelung Aktorports
8x Doppelkabel 150mm lang 8x Kabel 200 mm lang 8x Kabel 250 mm lang
Pin 1 und 2 der Aktorports werden jeweils mit einem doppelten Kabel 0,5mm schwarz mit 150mm Länge mit dem Terminalblock verbunden. Dafür werden die beiden Enden in einen blauen Kabelschuh gecrimpt. Dieser muss vorher mit einer Zange etwas platt gedrückt werden, damit die beiden Kabel hineinpassen.
Pin 3 und 4 der oberen Reihe werden mit einem 200 mm langen Kabel mit den Relaisausgängen verbunden.
Pin 3 und 4 der unteren Reihe werden mit einem 250mm langen Kabel mit den Relaisausgängen verbunden.
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/2018-11-13-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.