Mit Pxdev erhalten Sie von der Kommandozeile des Raspberry Pi aus Zugriff auf die Ein- und Ausgänge des PiXtend-Boards. Dazu booten Sie den RasPi vom PiXtend-Image und öffnen den Ordner ~/pxdev/pixtendtool. Für erste Erklärungen starten Sie das Tool aus diesem Verzeichnis heraus mit ./pixtendtool -h. Wie bei jedem guten Unix-Werkzeug erhalten Sie auf diesem Weg eine Erklärung, welche Funktionen das Programm bietet.
Für einen ersten Versuch testen Sie mit dem Aufruf von ./pixtendtool -rel 15 die Relaisausgänge. Die zugehörigen LEDs der vier Ausgänge sollten nach dem Ausführen des Kommandos aufleuchten. Wie die ausführliche Hilfe andeutet, kann man auf diese einfache Art und Weise auf alle Komponenten des PiXtend-Boards zugreifen. Die Kommandozeilenbefehle stehen in jeder beliebigen Hochsprache zur Verfügung und bieten so die Möglichkeit, das PiXtend-Board flexibel in eigene Projekte einzubinden.
Im Ordner ~/pxdev/pxauto finden Sie mit dem PiXtend Auto Tool ein kleines Werkzeug (Abbildung 3), mit dem Sie über eine textbasierte Oberfläche bequem Werte setzen oder auch auslesen. Das Programm erweist sich als sehr praktisch, sobald das PiXtend-Board in einem Schaltschrank steckt und Sie die LEDs nicht direkt ablesen können.
Abbildung 3: Die schlichte Oberfläche des Pxauto-Tools.
PiXtend-Schnittstellen
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CAN-Bus |
Beim CAN-Bus handelt es sich um ein serielles Bussystem, das überwiegend in der Automobilindustrie zum Einsatz kommt. Einer der größten Vorteile des CAN-Busses besteht darin, dass sich mit wenigen Kupferleitungen viele Funktionen im Fahrzeug ansteuern lassen. Das spart Platz, Gewicht und teures Kupfer ein. |
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RS232 |
Die RS232-Schnittstelle ist in der PC-Welt aus der Mode gekommen, in der Industrie oder auch in der Mikrocontrollertechnik kommt sie hingegen noch oft zum Einsatz. Die Schnittstelle übermittelt Signale seriell mittels unterschiedlicher Spannungspegel. In der minimalen Konfiguration genügen drei Leitungen (RXD, TXD und GND), um Daten im Vollduplexmodus in beide Richtungen zu übertragen. Dabei lassen sich Übertragungsraten von 300 bis 115 200 Baud erzielen, wobei die Geschwindigkeit mit der Leitungslänge stark abnimmt. |
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RS485 |
Die RS485-Schnittstelle beschreibt lediglich die elektrischen Eigenschaften einer seriellen Datenübertragung, definiert aber weder Geschwindigkeiten noch Übertragungsprotokolle. Dahinter steht der Grundgedanke, eine störungsfreie Übertragung der Informationen zu erreichen. Dazu überträgt RS485 ein Signal gleichzeitig invertiert und nicht invertiert. Dies macht die Verbindung erheblich weniger anfällig für Störungen und erlaubt höhere Datenraten. RS485-Treiber kommen oft zum Einsatz, um die Übertragungsgeschwindigkeit und Reichweite von RS232-Schnittstellen zu erhöhen. Aber auch andere Protokolle (etwa Differential-SCSI) oder Bussysteme mit bis zu 32 Teilnehmern lassen sich mit RS485 aufbauen. |
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I2C |
Der serielle Datenbus I2C wurde für die Kommunikation über kürzeste Distanzen (innerhalb von Platinen oder Geräten) entwickelt. Die Datenübertragung erfolgt synchron über zwei Leitungen, die Datenleitung SDA und die Taktleitung SCL. Pullup-Widerstände ziehen beide Leitungen auf ein positives Potenzial. Die Kommunikation initiiert stets der Busmaster. Der Bus verfügt über einen Adressbereich von 7 Bit, das entspricht 128 Teilnehmern. 16 Adressen reserviert das System allerdings für sich, somit bleiben netto 112 freie Adressen. Der Bus überträgt Daten byte- oder wortweise und erreicht Geschwindigkeiten zwischen 100 kbit/s bidirektional (“Standard Mode”) und 5 Mbit/s unidirektional (“Ultra Fast Mode”). |
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PWM |
Bei der Pulsweitenmodulation erzeugt das System ein Rechtecksignal mit konstanter Frequenz und variiert nur das Verhältnis zwischen Puls- und Pausenzeiten. Somit lässt sich mit diesem Verfahren genau einstellen, welche Leistung an einem Verbraucher ankommt. Moderne Schaltnetzteile verwenden ein zu PWM ähnliches Verfahren und kommen so auf einen Wirkungsgrad von über 90 Prozent. Ein Tiefpassfilter sorgt dabei oft für eine saubere Gleichspannung am Ausgang der PWM-Stufe. Das PWM-Verfahren kommt auch oft bei Servomotoren zum Einsatz. Dort entspricht das Verhältnis zwischen Puls und Pause dem Winkel, den der Servo annimmt. |
Anwendungen
Bei der Vielzahl der möglichen Anwendungsszenarien für das PiXtend-Board ist es schwierig, sich auf nur ein Hauptanwendungsgebiet festzulegen. Generell bietet es sich beispielsweise für den Einsatz im Rahmen der Ausbildung einschlägiger Elektroberufe an. Auch Hausautomatisierer mit dem entsprechenden Know-how erfreuen sich mit Sicherheit an der leistungsfähigen RasPi-Erweiterung. Für ambitionierte RasPi-Bastler bietet das Board viel Potenzial zum Experimentieren, ohne dass man dabei Angst haben muss, bei einem kleinen Fehler das Gerät abzufackeln. Auch die Möglichkeit, den PiXtend mit der Software von Codesys zu kombinieren, bietet gegenüber vielen anderen Raspberry-Pi-Erweiterungen einen enormen Vorteil.
Auf der Homepage der PiXtend-Boards findet sich eine Reihe sehr interessanter Beispiele aus der Praxis [10], die gut illustrieren, welche Einsatzgebiete das PiXtend-Board eröffnet.
Fazit
Das PiXtend präsentiert sich als rundum gelungene Erweiterung für den Raspberry Pi. Beim Entwurf der Platine standen neben den vielen Funktionen eine hochwertige Verarbeitung und ein fehlertoleranter Aufbau im Vordergrund. Die sehr umfangreiche und detaillierte Dokumentation hilft beim Aufbau eigener Projekte. Mit dem PiXtend lassen sich somit schnell und komfortabel kleine Steuerungs- und Hausautomationsprojekte umsetzen.
In Verbindung mit der Codesys-Software bietet sich dem privaten Anwender die Chance, einen guten Einblick in professionelle Automationstechnik zu erlangen. Der Preis von 130 Euro für den Bausatz und 185 Euro für das komplette Gerät liegt für Hobbybastler allerdings schon sehr hoch, erscheint aber angesichts der hochwertigen Komponenten mehr als gerechtfertigt.
Glossar
- SPS
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Speicherprogrammierbare Steuerung, englisch “Programmable Logic Controller” oder PLC. Ein Gerät, das beim Steuern oder Regeln einer Maschine oder Anlage zum Einsatz kommt und auf digitaler Basis programmiert wird.
Infos
- PiXtend: http://www.pixtend.de
- Hardware-Archiv: http://www.pixtend.de/pixtend/downloads/hardware-archiv
- Datenblatt: http://www.pixtend.de/files/manuals/pixtend_technisches_datenblatt.pdf
- Codesys-Geräteverzeichnis: http://devices.codesys.com/device-directory.html
- Codesys WebVisu: https://de.codesys.com/produkte/codesys-visualization/webvisu.html
- Pxdev: http://www.pixtend.de/pixtend/downloads
- PiXtend bei Sourceforge: https://sourceforge.net/projects/pixtend/
- Installationsanleitung zu Pxdev: http://www.pixtend.de/files/downloads/AppNote_pxdev_Linux_Tools_V0_4_1.pdf
- PiXtend Image Linux Tools: http://www.pixtend.de/files/downloads/PiXtend_Image_Linux_Tools_V1_3_1.zip
- PiXtend-Projekte: http://www.pixtend.de/pixtend/projekte/
