Raspberry Pi per RTC-Timer an- und ausschalten

Der Aufbau

Den vollständigen Testaufbau zeigt Abbildung 2; links sehen Sie die Platine mit der Schaltung. Darauf sitzen oben links der Stromeingang (per Hohlbuchse) und oben rechts der Stromausgang zum RasPi. Der Taster S1 hat seinen Platz rechts unten, darüber verlaufen die Anschlüsse für die Verkabelung Richtung RTC und Raspberry Pi. Die RTC-Platine schleift dabei GND sowie die Meldeleitung für den Shutdown zum RasPi durch.

Abbildung 2: Die Ansicht der Schaltung (links) mit Real-Time-Clock (Mitte) und Raspberry Pi (rechts).

Abstrakt ist das System in drei Baugruppen aufgeteilt (siehe Schaltpläne in Abbildung 3 und Abbildung 4). Diskrete N-Ch-Mosfets und ein gemeinsamer Drain-Widerstand verschalten die zwei Eingänge E und X2 der ersten Baugruppe (Wired OR) zu einem Zweifach-NOR. Da diese Stufen das Eingangssignal negieren, folgt ein Gatter mit Inverter2; fertig ist das logische Oder. Außerdem steht zum Zeitpunkt des Einschaltens der Pegel bei RTC/INT auf High (kein Alarm). Das NOR erfordert jedoch Low, siehe erste Zeile der Wahrheitstabelle in Abbildung 3. Deshalb muss man vor dem Eingang X1 das RTC/INT-Signal invertieren (Inverter1).

Abbildung 3: Der erste Teil des Schaltplans.
Abbildung 4: Der zweite Teil des Schaltplans.

Die zweite Baugruppe bildet das D-FF (ganz rechts in Abbildung 3). Es reagiert in der Belegung /CLR=/PR=High am Pin CK (Takt) nur auf steigende Flanken mit einem Pegelwechsel am Ausgang Q und /Q (siehe Datenblatt). Das realisiert die wechselnde Ein/Aus-Funktion, vergleichbar zu jener eines Schrittschaltwerks. Beim Umschalten von /PR auf Low durch Taster S1 wechselt der Ausgang auf Q=High und /Q=Low. Diese Zwangsumschaltung dient hier dem Einschaltvorgang für den RasPi über den elektronischen Schalter S2.

Die Abbildung 4 zeigt die dritte Baugruppe mit zwei möglichen Implementierungen für die Verwendung von SMD-Bauelementen (Mosfets links). Hier kommt zum einem ein LogL N-Ch T4 (beispielsweise ein IRLML2502) zum Einsatz, zum anderen ein LogL P-Ch T5 (etwa ein Si4463) ohne Kurzschlussschutz bis etwa 2 Ampere. Alternativ greifen Sie zu einem BTS462, wie Sie ihn rechts in der Abbildung sehen (in Abbildung 2 im Einsatz), mit Kurzschlussschutz bis etwa 3,5 Ampere – sofern das verwendete 5V-Schaltnetzteil so viel hergibt. In beiden Varianten sollte also das SNT den Kurzschlussschutz gewährleisten. u

Der Strombedarf der Schaltung hält sich in engen Grenzen und liegt unter 1 Milliampere im Aus-Zustand. Letztlich kommt es daher mehr auf die Effizienz des Schaltnetzteils an, wenn es um das Thema Stromverbrauch im abgeschalteten Zustand geht.

Die Software

Die Software auf dem RasPi muss sich im Prinzip um zwei Dinge kümmern: Fährt der RasPi herunter, soll ein Pegelwechsel auf einem Pin stattfinden; außerdem muss der Mini-Rechner die RTC steuern. Die erste Aufgabe lässt sich mit Bordmitteln schnell erledigen, denn Raspbian stellt dafür ein Standardverfahren bereit. Sie müssen lediglich die Zeile aus Listing 1 in der Konfigurationsdatei /boot/config.txt des Raspberry Pi ergänzen.

Listing 1

 

dtoverlay=gpio-poweroff,gpiopin=4

Der Treiber ändert den Pegel erst kurz vor dem Ende des Shutdowns. Zu diesem Zeitpunkt sind alle Dateisysteme entweder ausgehängt oder arbeiten nur noch im Nur-Lesemodus. Deshalb darf die Schaltung sofort reagieren und den Strom abschalten, ohne dem RasPi zu schaden. Ein weiterer Vorteil des Treibers besteht darin, dass er wirklich nur auf ein Poweroff reagiert (das ist die Standardeinstellung für das Shutdown-Kommando). Bei einem Reboot hingegen löst der Treiber nicht aus, sodass das System ohne Probleme durchstartet.

Beim Systemstart konfiguriert der Treiber den eingestellten Pin als Ausgang. Während einer kurzen Zeitspanne davor arbeitet der Pin aber als Eingang und im Modus floating, also ohne definierten Pegel. Ein Pulldown-Widerstand sorgt deshalb dafür, dass die Schaltung dem RasPi nicht gleich wenige Sekunden nach dem Start wieder den Strom abdreht.

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