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PROFESSIONELLE PLATINEN

Sind zwar ganz schön teuer...

... aber ohne die wird's nix!

Platinen

Ohne die kommt man nicht über den Bastelstatus hinaus.


Meine Schaltungen sind einfach. Also kann das Platinenlayout kein Hexenwerk sein. Andererseits habe ich damit aber noch nicht viel Erfahrung. Ich habe zwar vor vielen vielen Jahren einmal ganz einfache Platinen selbst geätzt, aber das Ergebnis war nicht so ganz optimal.

Dennoch nehme ich mir vor, es erst einmal selbst zu versuchen, denn die Internet-Recherche hat ergeben, dass professionell hergestellte Platinen nicht gerade billig sind.


Platinenlayout

... und schon wieder muss ich was Neues dazu lernen
Mai 2016
SprintLayout.PNG

Zuerst mache ich mich im Netz der Netze schlau, was so eine Platinenfertigung kostet. Mann! Das ist ja ganz schön teuer! Daher nehme ich mir zunächst vor, die Platinen selbst zu ätzen.

Ich merke schnell, dass das nix wird: zu viele winzige Bohrungen, die vor allem für die 28 Beine des MCP-23017 auch noch sehr genau ausgeführt werden müssen.

Aber als erstes muss ein möglichst universell einsetzbares Konzept her! Nach und nach kristallisiert sich heraus, dass die Sensoren und Aktuatoren in eine Unterputzdose passen müssen und zu einem GPIO-Extender je Stockwerk zusammenlaufen sollen. Die Extender hängen über einen gemeinsamen I2C Bus am Raspberry Pi.

Wenn man Platinen bei einem PCB Service ätzen lassen möchte, braucht man die Layouts in einem bestimmten Format, das man am besten mit einer professionellen PCB Layout Software erstellt. Die Freeware auf dem Markt ist entweder zu komplex oder in der Anzahl der Pins stark eingeschränkt. Ich bleibe bei Sprint Layout 6.0 hängen, das meine Bedürfnisse zu einem akzeptablen Preis erfüllt.

Es dauert nur ein paar Tage, um sich in die Software einzuarbeiten und ich komme mit dem ersten Layout schnell voran.

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Sensor-/Aktuatorplatinen

oder: wie bringe ich viel Funktion auf wenig Raum unter?
Mai 2016
AS-R22XT-V0.92.GIF

Eine Platine, die in eine Unterputzdose reinpasst, muss ganz schön klein sein und entweder rund oder quadratisch mit stark abgeschnittenen Ecken, ähnlich der Form eines Stopschildes.

Da ich in verschiedenen Räumen unterschiedliche Objekte steuern möchte, brauche ich verschiedene Layouts. Ich komme zwar mit drei verschiedenen Designs aus, aber das kann in der Herstellung ganz schön teuer werden! Die Extenderplatine kommt ja auch noch dazu!

Ich quetsche die Bauteile so eng wie möglich auf die Unterputzplatinen, aber da geht es schon ganz schön eng zu: ein Relais mit Optokoppler und 2 Transistoren, ein 220V Detektor, ebenfalls mit Optokoppler, ein Temperatursensor und ein Wassersensor. Dazu kommen die RJ-45 Buchsen für die Signalverbindung zum Extender, der 5-polige Weiterleitungsstecker und der Wago Doppel-Klemmblock und ein bisschen Kleinkram wie Dioden und Widerstände.

Auf dem Bildschirm sieht das alles irgendwie noch einigermaßen greifbar aus, aber wenn man es in 1 : 1 auf Papier druckt, ist das schon sehr winzig, die Leiterbahnen sehr eng zusammen und zwischen die Bauelemente passt nicht mal ein Blatt Papier.

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Extendermodul

Jetzt wirds für mich als PCB-Neuling richtig anspruchsvoll!
Juni 2016
48x-FBH-Extender V0.92.GIF

Ich lege meine Extenderplatine so aus, dass ich sie flexibel mit bis zu 3 MCP-23017 bestücken kann, also bis zu 48 Kanäle. Das reicht leicht für ein Stockwerk. Außerdem packe ich gleich noch 5 Relaisschaltungen mit je einem 220V Detektor auf die Platine, so dass ich direkt meine Fußbodenheizung ansteuern kann, denn die Kiste soll im Heizkreisverteilerkasten installiert werden.

Da das System kabelgebunden ist, kann ich die Leerrohre zu den Raumthermostaten nutzen, um die Sensor/Aktuatorplatinen anzuschließen.

Ich habe 3 Stockwerke und brauche 3 Extendermodule. Damit der I2C Bus auch richtig funktioniert, müssen noch zwei Busverstärker auf das PCB. Außerdem ein Wassersensor und ein Temperatursensor, um die Umgebung zu überwachen.

Bis zu 10 Sensor/Aktuatorplatinen kann ich anschließen, von denen jede 4 GPIO Kanäle und einen 1-Wire-Bus umfasst. Das alles passt auf eine Europlatine von 160 x 100 mmm.

Für einen Profi ist das natürlich ein Klacks, aber für mich ist es schon sehr aufregend, weil es sooo viele Leiterbahnen und Bohrungen gibt! Ob das mal alles funktionieren wird? Na, ich hab da so meine Zweifel!

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PCB Herstellung

Hoffentlich funktionieren die Layouts auch - sonst ist ein Haufen Geld im Eimer!
Juni 2016
PCBBeauftragung.png

Bevor ich mich traue, die teueren PCBs ätzen zu lassen, überprüfe ich gefühlte 100 mal die Layouts und finde immer wieder etwas, was ich übersehen habe.

Aber irgendwann muss man sich dazu durchringen, das Risiko einzugehen und für viel Geld die Platinen in Auftrag zu geben. Es hilft nichts, jetzt muss es passieren.

In China finde ich einen Hersteller, der für wenig Geld und viel Porto verspricht, eine günstige Charge Prototypen herzustellen. Doch bei der Beauftragung verlangt man deutlich mehr Geld, weil ich 4 gleiche Schaltungen auf eine Platine packe. Ist doch eigentlich meine Sache, womit ich die Fläche fülle! Mit mir nicht!

Schließlich finde ich einen anderen Hersteller im fernen Osten, der mir günstig einen Satz Prototypen ätzt. Ist ja schließlich mein "erstes Mal" und ich will nicht gleich ein paar hundert Euronen in den Sand setzen.

5 Extender und je Sensor/Aktuatorplatinentyp 40 Stück sind die Mindestabnahmemenge. Das reicht auch locker für 2 oder 3 Häuser, aber ich habe keine Wahl! Ein freundlicher und kompetenter Mitarbeiter macht mich auf ein paar formale Fehler aufmerksam, die behoben werden müssen, um die Platinen auch fertigen zu können. Ich fühle mich mehr nicht ganz so hilflos, auch wenn der Mann natürlich die nicht Schaltung überprüft, sondern nur, ob verschiedenen Zeichnungslayer zusammenpassen. Trotzdem stimmt mich das zuversichtlich.

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Endlich: Die Platinen sind da!

... und ich kann es kaum erwarten, sie zu bestücken und zu testen!
Juli 2016
bauteile.jpg

Nur 3 Wochen nach der Bestellung sind die Platinen da. Voller Ungeduld reiße ich den Karton auf. Die PCBs sehen klasse aus, sind ordentlich verpackt und die Lieferung ist vollständig. Meine ersten eigenen Platinen! Am liebsten würde ich sie jedem gleich zeigen!

Die Chinamänner haben offensichtlich gut gearbeitet. Jetzt wird sich herausstellen, ob auch meine Layouts was taugen. Ich bin gespannt wie ein Flitzebogen!

Die Bauteile hatte ich mir natürlich zwischenzeitlich schon besorgt. Noch am gleichen Abend heize ich den Lötkolben an und bestücke meine erste Sensor/Aktuatorplatine!

Schnell noch ein Adapterkabel zusammengezimmert, den Pi konfiguriert und mit zittrigen Händen das Python Script angeworfen. An die Platine schließe ich eine Baulampenfassung an. Das erste Relais klickt!! Die Lampe Leuchtet und die Python-Konsole zeigt "Lampe leuchtet".

ES FUNKTIONIERT!!! Ich kann die ganze Nacht vor lauter Aufregung, Stolz, Vorfreude und Ungeduld nicht schlafen! Hoffentlich funktioniert das Herzstück auch: die GPIO-Extenderplatine. Die war nämlich richtig kompliziert für mich!

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Jetzt wird es richtig spannend!

Wird das GPIO-Extendermodul funktionieren?
Juli 2016
GPIOExtenderfull.JPG

Jetzt muss es sich zeigen: Wird das komplizierte Extendermodul funktionieren? Wenn nicht, habe ich viel Geld für nichts ausgegeben.... Gefühlt dauert es eine Ewigkeit, das Extendermodul für das Dachgeschoss aufzubauen. In Wirklichkeit sind es aber kaum 2 Stunden! Schnell noch eine zweite Sensor-/Aktuatorplatine bestückt und dann kann es endlich losgehen!

Ein altes PC-Netzteil versorgt den Extender, 4 oder 5 Käbelchen verlege ich zum Pi für die Busse und die gemeinsame Masse. Die Software und die Datenbank hatte ich bereits vorbereitet, während ich auf die Platinen aus Fernost wartete. Ach ja, die Adresse der Temperatursensoren muss ich ja noch in die Datenbank eintragen.

3:00 Uhr Nachts, aber jetzt will ich es wissen: Noch dreimal kontrollieren, tieeeeef durchatmen und dann ist der große Moment gekommen: Einschalten! Erst die Hardware, dann den Pi. Erste Erleichterung: Zumindest raucht und brennt es nicht.

Mit zitternden Händen starte ich das Python Script am Raspberry Pi. Ein paar Fehlerchen muss ich in der Software noch beseitigen, aber dann: Artig meldet die Konsole, dass irgendwas erkannt und initialisiert wurde. Es geht zu schnell und ich kann gar nicht folgen, aber dann gibt der Rechner Temperaturen und Schaltzustände aus: die Software läuft!

Ich bin so aufgeregt, dass ich eine gefühlte Ewigkeit brauche, um die Web-App anzuwerfen. Dann gebe ich 220V auf die Leitungen und schalte die erste echte Lampe ein. Mein Herz schlägt bis zum Hals! Was wird passieren? Das Relais klickt, die Lampe leuchtet und zwei Sekunden später meldet die App dies auch zurück.

YEEEESSSSS!!! DER HAMMER!!! ES FUNKTIONIERT!!! Ich fühle mich, als hätte ich gerade das entscheidende Tor im WM Finale geschossen! Hausautomation, Du kannst kommen!

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Das System ist bestückt

Zwei Extendermodule und eine handvoll Sensor-/Aktuatormodule für erste Systemtests
August 2016
apppiandextender.jpg

Mir fällt ein riesiger Stein vom Herzen: Die Platinen funktionieren! Das Layout ist zwar nicht perfekt - das merke ich schnell beim Bestücken und Verkabeln, aber SO WHAT! Ich will natürlich wissen, ob die Verlängerung über den Busverstärker funktioniert und bestücke das Extendermodul für das Erdgeschoss.

Generell funktioniert es gut. Aber ab und zu verliert der Extender seine Konfiguration und das System gerät durcheinander. Nach einigen Versuchen finde ich heraus, dass ich vergessen habe, die Reseteingänge auf Masse zu ziehen. Ich löte die Resetwiderstände von unten auf die Platine und sofort läuft das System stabil.

Es folgen unzählige Versuche und noch mehr Software-Korrekturen und Verbesserungen. Das macht wahnsinnig viel Spaß und von Tag zu Tag klappt alles besser. Natürlich gibt es auch mal Situationen, wo man einfach nicht weiter kommt - aber auch das gehört dazu! Umso schöner ist es dann, wenn man diesen Knoten endlich gelöst hat. Einfach kann ja jeder!

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Gehäuse wären gut!

...aber für Unterputzdosen scheint es keine zu geben
Oktober 2016
gehaeuse.jpg

Ein passendes Gehäuse für den GPIO-Extender ist schnell gefunden. Schließlich handelt es sich um eine 160 x 100 mm Europlatine.

Für die Sensor- / Aktuatormodule hingegen sieht es düster aus. Sie sollen ja in die Unterputzdosen hinter die Lichtschalter oder anstelle der vorhandenen Thermostate eingebaut werden.

Meine Module sind schon so dicht gepackt wie es nur geht. Vielleicht ist ja ein Schrumpfschlauch die Lösung? Ist er nicht! Mir fällt nicht wirklich was ein. Dann muss ich darüber später nochmal nachdenken.

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