Offenbar gebricht es den Herstellern von Adventskalendern an Fantasie. Ein RasPi und etwas kreative Energie schaffen da Abhilfe.
README
Der Raspberry Pi bietet die ideale Grundlage, um damit auch kompliziertere technische Schaltungen zu realisieren. Mit ein paar ICs, Stellmotoren und LEDs basteln Sie daraus einen in jeder Hinsicht außergewöhnlichen Adventskalender.
Mit einem RasPi und etwas zusätzlicher Hardware bauen Sie einen Adventskalender der ganz besonderen Art: Er enthält nicht nur bewegte Teile, sondern spielt auch Musik ab. Die Grundidee sieht folgendermaßen aus: Jeden Morgen drückt der Besitzer des Adventskalenders einen Knopf, worauf der Raspberry ein weihnachtliches Lied abspielt und danach über mehrere Servomotoren die Kleinigkeit für diesen Tag freigibt. Ein per Schrittmotor angetriebenes Rad zeigt zudem das aktuelle Datum an, einige LEDs sorgen für festliche Lichteffekte.
Da die GPIO des Raspberry das alleine nicht leistet, arbeitet das Projekt zusätzlich mit einem I2C-Bus. Alle Elektronikmodule befinden sich auf Einzelplatinen (Abbildung 1), was das Testen und den Umbau vereinfacht – schließlich möchten Sie den Adventskalender im nächsten Jahr auch wieder verwenden.
Abbildung 1: Einfache Leitungen verbinden die einzelnen Platinen des Projekts. Das stört nicht, da man das Innenleben am Kalender ohnehin nicht sieht.
Auf der Heft-DVD
Alle Schaltpläne und Listings für den Kalender finden Sie auf der Heft-DVD im Ordner RPG/kalender/ als gEDA-Schaltplan sowie als EPS. Ein kleines Video zeigt, wie der Adventskalender im Betrieb aussieht.
Projektplan
Um ein so umfangreiches Projekt in die Realität umzusetzen, gilt es zuerst einmal zu planen. Andernfalls laufen Sie Gefahr, den Überblick zu verlieren. Deswegen gliedert sich das Projekt in folgende Abschnitte:
- Konstruktion entwickeln
- Spannungsversorgung
- Raspberry aufsetzen
- Musik spielen
- Lichter steuern
- Tagesinhalt freigeben
- Datum anzeigen
- Taster abfragen
- Master Control Program
Dieses Projektschema arbeitet auch der Artikel in der genannten Reihenfolge ab.
Konstruktion
Die erste Idee, die Konstruktion an die Decke zu schrauben, verwarf der Autor, weil er keine dauerhaften baulichen Veränderungen vornehmen wollte. Die zweite Idee, ein Fertigregal zu verwenden, scheiterte daran, die benötigten Komponenten darin vernünftig zu verbauen. Zu guter Letzt blieb als Lösung nur noch eine Eigenbau-Rahmenkonstruktion aus Holz und Metallwinkeln (Abbildung 2).
Abbildung 2: Mangels brauchbarer fertiger Lösungen gilt es, das Gerüst aus günstigem Konstruktionsholz selbst zu zimmern.
Im Rohbau wirkt die Konstruktion zwar etwas groß, bietet aber genügend Platz, um alle Elemente des Kalenders bequem unterzubringen. Die Teile für den Rahmen kosteten knapp 20 Euro. Abbildung 3 zeigt einen schematischen Bauplan.
Abbildung 3: Nach diesem Bauplan wurde die Rahmenkonstruktion des Geek-Adventskalenders erstellt.
Strom
Für die Stromversorgung kam ein einfaches 12V-Steckernetzteil zum Einsatz. Das Wandlermodul OKLT1W12NC, das Onlinehändler wie Reichelt [1] für etwa 3 Euro anbieten, erzeugt aus dessen 12 Volt die für den RasPi benötigten 5 Volt. Allerdings liefert es bei einem Wirkungsgrad von 90 Prozent lediglich 1 Ampere.
Das reicht für die ins Auge gefasste Konstruktion nicht aus – im ungünstigen Fall verbrauchen alleine die LEDs schon ein halbes Ampere. Deswegen verwenden wir zwei dieser Module. Diese Konstellation bietet den zusätzlichen Vorteil, dass sich Störungen der Versorgungsspannung, etwa durch die Servos und den Schrittmotor, nicht auf den RasPi auswirken: Er bezieht seinen Strom über den GPIO-Stecker.
Falls Sie sich wundern, wie aus einem Netzteil mit 12 Volt und 1 Ampere plötzlich zweimal 5 Volt mit je 1 Ampere werden: Bei den Spannungswandlermodulen handelt es sich um Schaltwandler, die die volle Eingangsspannung in kleinen Paketen Richtung Ausgang durchschieben. Käme ein Linearregler zum Einsatz, der die überschüssige Leistung lediglich in Wärme umwandelt, wäre tatsächlich ein 2mAh-Netzteil nötig.
Um eine halbwegs brauchbare Ausgangsspannung zu erhalten, glättet ein nachgeschaltetes RC-Glied die Impulse wieder zu einer sauberen Spannung. Es nimmt also quasi eine Spannungswandlung ohne Leistungsverluste vor.
Den Trim-Anschluss des Reglers legen Sie über einen veränderbaren Widerstand, dessen Wert die Höhe der Ausgangsspannung vorgibt, an Masse. Im Testaufbau kam eine Kombination aus einem festen 500-Ohm-Widerstand und einem 10-Gang-Poti zum Einsatz, mit dem sich die 5 Volt recht leicht einstellen lassen. Durch geschicktes Auflöten einer Pfostenleiste findet der Wandler problemlos auf einer Lochrasterplatine Platz (Abbildung 4).
Abbildung 4: Die Spannungswandlermodule verlöten Sie ohne größere Schwierigkeiten auf der Lochrasterplatine.
Ein zusätzlicher Kondensator im Schaltplan federt mögliche Stromspitzen ab, die die Motoren unter Umständen erzeugen.
Raspberry vorbereiten
Als Betriebssystem für den Pi kommt das aktuelle Raspbian [2] zum Einsatz. Nach dem Entpacken des heruntergeladenen Images spielen Sie es mit folgendem Befehl auf die SD-Karte:
