Schaltung

Hier die Schal­tung als PDF.

Serielle Schnittstelle

Zur se­ri­el­len Schnitt­stel­le gibt es ei­gent­lich nicht viel zu sa­gen, der RS232-Trei­ber (MAX3232) hängt di­rekt am UART5. Zu Mess­zwe­cken sind die TTL-Si­gna­le an J6 ver­füg­bar. Soll ei­ne an­de­re Schnitt­stel­le be­nutzt wer­den, kön­nen die Lei­tun­gen zwi­schen J6 und J2 auf­ge­trennt und aus­ge­hend von J6 nach Wunsch ver­drah­tet wer­den. Ver­wen­det wer­den ne­ben TxD und RxD auch die Hand­shake-Lei­tun­gen RTS und CTS. Über ei­nen 9-po­li­gen Sub-D-Ste­cker ste­hen die Si­gna­le dann zur Ver­fü­gung.

Selt­sa­mer­wei­se ha­ben al­le käuf­li­chen Er­wei­te­rungs-Pla­ti­nen, die ich ken­ne, hier im­mer ei­ne Buch­se, al­so bspw. wie ein Mo­dem, und kei­nen Ste­cker wie beim PC.

Ein Wort zu den Kon­den­sa­to­ren: ich ha­be sie für ei­ne Ver­sor­gung von 3..5 V aus­ge­legt. Da tat­säch­­lich nur 3,3 V an­ste­hen wür­den auch 4×100 nF aus­rei­chen. Grö­ße­re Kon­den­sa­to­ren scha­den aber auch nicht.

Der Stütz­kon­den­sa­tor CX3 ist op­tio­nal. Ich ha­be je­doch die Er­fah­rung ge­macht, dass er bei den RS232-Trei­bern vor­teil­haft sein kann.

Die Span­nungs­spit­zen beim Ab­schal­ten der Re­lais wer­den über Di­oden auf ei­ne 33 V-Ze­ner­di­ode ge­lei­tet. Durch die ho­he Ze­ner­span­nung wird zum ei­nen die En­er­gie der Spule sehr schnell ab­ge­baut (das Re­lais schal­tet schnel­ler ab, was der Le­bens­dau­er der Kon­tak­te zu­gu­te kommt), zu­sätz­lich wird das Si­gnal T_pulse er­zeugt.

Hier könn­te die da­für nö­ti­ge Zeit soft­ware­mä­ßig ge­mes­sen wer­den. Es kön­nen dann kur­ze Mess­im­pul­se er­zeugt wer­den (die zu kurz sind um das Re­lais zu schal­ten) und mit der ge­mes­se­nen Zeit der Schalt­zu­stand er­mit­telt wer­den. Wie?

Die Snub­ber-Kom­bi­na­tio­nen (10 kΩ+100 nF) sind zwar nicht un­be­dingt er­for­der­lich, sor­gen je­doch für ein sanf­tes, EMV-ge­rech­tes Ab­klin­gen der En­er­gie der Spule.

Die Re­lais­trei­ber sind Open Col­lec­tor, d.h. es ist the­o­re­tisch mög­lich, an­de­re als 5 V-Re­lais bis zu 24 V an­zu­steu­ern, so­fern ei­ne ent­spre­chen­de Ver­sor­gung zur Ver­fü­gung steht. Des­sen Mas­se muss na­tür­lich mit der des Pi ver­bun­den sein. Die vor­ge­se­he­ne Zeit­mes­sung über T_pulse ist je­doch bei hö­he­ren Span­nun­gen u.U. nicht mehr mög­lich.

Die Tran­sis­to­ren wer­den durch die 33 V-Ze­ner­di­ode ge­gen Span­nungs­spit­zen ge­schützt, sie sind je­doch nicht Kurz­schluss­fest.

Die Pin-Be­le­gung von J4 ist ver­po­lungs­to­le­rant, d.h. bei ver­dreht ge­steck­tem J4 schal­ten zwar die Re­lais nicht wie ge­dacht, aber es geht nichts ka­putt.

Um die Pi-Ver­sor­gung sau­ber und die Be­las­tung des evtl. schwa­chen Ste­cker­netz­teils ge­ring zu hal­ten wur­de hier der Spei­cher­kon­den­sa­tor C2 (2200 µF) ein­ge­fügt, der le­dig­lich über 330 Ω ge­la­den wird.

Des­sen En­er­gie reicht aus, um ein bi­po­la­res Re­lais zu schal­ten, er be­nö­tigt je­doch ca. zwei Se­kun­den um da­nach wie­der aus­rei­chend ge­la­den zu sein, was für un­se­ren Zweck aber mehr als aus­reicht.

Falls mo­no­sta­bi­le Re­lais ver­wen­det wer­den funk­tio­niert die­ser Trick nicht und R14 ist dann durch 0 Ω zu er­set­zen, wo­bei C2 ent­fal­len kann.

Das Netz­teil muss dann den zu­sätz­li­chen Strom stem­men kön­nen.

EEPROM

Zur Kon­for­mi­tät mit der HAT-Spe­zi­fi­ka­tion wur­de ein EEPROM 27C32 hin­zu­ge­fügt. So kön­nen die I/O-Pins be­reits beim Booten kon­fi­gu­riert wer­den.

Es herrscht ei­ne ge­wis­se Un­si­cher­heit, wel­che Ty­pen hier ver­wen­det wer­den kön­nen, ich ha­be den Micro­chip 24LC32A ein­ge­setzt, der auch gut funk­tio­nier­te.