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Aus Raspberry Pi Geek 04/2019

Automatischer Infoscreen auf Basis eines Raspberry Pi 3

© Przemyslaw Koch, 123RF

Eleganter Diener

Bernhard Bablok

Jeden Morgen dieselben Handgriffe, um zu sehen, ob die S-Bahn fährt und wie das Wetter wird? Ein cleverer Infoscreen auf RasPi-Basis automatisiert den Vorgang.

Jeden Morgen dasselbe: der Griff zum Smartphone, um zu prüfen, ob die S-Bahn fährt und wie das Wetter wird. Ein RasPi, ein Bewegungssensor und ein Mikrocontroller sorgen für mehr Komfort. Statt manuell die relevanten Webseiten abzurufen, soll der RasPi morgens automatisch hochfahren und auf einem kleinen Bildschirm im Wechsel die Seiten automatisch anzeigen.

Das Wecksignal für den RasPi liefert ein Bewegungsmelder, der auslöst, sobald Sie morgens aufstehen. Damit der Mini-Rechner nicht den ganzen Tag im Dauerbetrieb sinnlos vor sich hin läuft, steuert der Bewegungsmelder auch das Herunterfahren: Registriert der Sensor für eine vorgegebene Zeit keine Bewegung, löst er das Herunterfahren des Rechners aus.

Als Hardware genügen ein RasPi 3, ein kleiner Bildschirm, ein Bewegungsmelder sowie ein Mikrocontroller. Hinzu kommt die passende Software, die das Zusammenspiel zwischen RasPi, Bewegungsmelder und Mikrocontroller regelt. Die für dieses Projekt benötigte Software finden Sie im Github-Repository des Autors [1].

Der Bildschirm

Neben einem RasPi 3 mit eingebautem WLAN-Chip benötigen Sie einen 7-Zoll-Touchscreen von Waveshare [2], der bei Amazon etwa 60 Euro kostet. Im Prinzip lässt sich ein beliebiger Bildschirm für den Einsatzzweck verwenden, das kostengünstige Waveshare-Exemplar bietet aber eine Reihe von Vorteilen: So bezieht es seinen Strom via USB direkt vom RasPi, Sie schalten es also automatisch mit ihm zusammen an und ab. Die Bedienung mit den Fingern erlaubt ein manuelles Eingreifen direkt vom RasPi ohne Tastatur oder Maus.

Der Touchscreen besitzt Montagelöcher, es gibt ihn aber optional auch mit einem eigenen Rahmen (Abbildung 1). Der weist auf der Rückseite Montagelöcher für verschiedene Einplatinencomputer auf, sodass sich der RasPi beinahe nahtlos integrieren lässt.

Abbildung 1: Zusammen mit dem Rahmen lässt sich der RasPi praktisch nahtlos in das Display integrieren.

Abbildung 1: Zusammen mit dem Rahmen lässt sich der RasPi praktisch nahtlos in das Display integrieren.

Neben dem Bildschirm liefert Waveshare zwei kurze USB- und HDMI-Kabel mit. Montieren Sie den RasPi tatsächlich auf der Rückseite des Touchscreens, besorgen Sie sich dazu besser Winkeladapter, sonst stehen die Kabel über den Bildschirmrand hinaus. Über den USB-Anschluss bezieht das Display nicht nur den Strom, sondern meldet sich auch als Maus am Mini-Rechner an. Das funktioniert ohne die zusätzliche Installation von Treibern.

Benötigen Sie eine Bildschirmtastatur, installieren Sie zusätzlich das Paket matchbox-keyboard. Allerdings funktioniert das nicht so bequem wie auf Mobilgeräten: Tippen Sie ein Eingabefeld an, startet die Tastatur nicht automatisch, das müssen Sie aus dem Anwendungsmenü selbst erledigen. Darüber hinaus verdeckt die Tastatur dann die Hälfte der verfügbaren Fläche des kleinen Bildschirms. Für die Ersteinrichtung empfiehlt sich deshalb auf alle Fälle eine externe Tastatur.

Der Waveshare-Bildschirm bietet eine Auflösung von 1024 x 600 Pixeln. Damit der RasPi damit zurecht kommt, tragen Sie die Daten aus Listing 1 in der /boot/config.txt ein (die erste Zeile nur, wenn Sie einen RasPi 2 verwenden).

Listing 1

max_usb_current=1
hdmi_group=2
hdmi_mode=87
hdmi_cvt 1024 600 60 6 0 0 0
hdmi_drive=1

Der Stromverbrauch des Touchscreens liegt bei 750 mA, zusammen mit dem RasPi 3 macht das gut 1,2 A. Nach dem Herunterfahren ändert sich das nicht, was aber am Mini-Rechner liegt und nicht am Bildschirm: Der RasPi schaltet die Stromversorgung der USB-Buchsen im Soft-Off nicht ab. Daraus resultieren 6 Watt Stromverbrauch im ausgeschalteten Zustand, was weit jenseits aller zulässigen Grenzwerte liegt; in den Handel ließe sich diese Kombination also nicht bringen. Hier gilt es, eine Lösung zu implementieren, die das verhindert.

Unabhängig von der Stromverschwendung im ausgeschalteten Zustand fällt der Strombedarf insgesamt für den geplanten Einsatzzweck eher bescheiden aus. Trotzdem sollten Sie kein zu klein dimensioniertes Netzteil verwenden: Es muss nicht nur die Leistungsaufnahme verkraften, sondern darf dabei auch die Spannung nicht unter 4,75 Volt fallen lassen.

Automatisierung

Für die Automatisierung verwenden wir einen Infrarot-Bewegungsmelder (PIR) Modell HC-SR501, den Sie für wenige Euro bei allen bekannten Elektronikversendern bekommen (Abbildung 2). Er lässt sich über Drehregler in der Empfindlichkeit und der Auslöseverzögerung feinjustieren. Neben der Spannungsversorgung und Masse gibt es einen dritten Anschluss. Stellt der Sensor eine Bewegung fest, setzt er dessen Pegel auf High. Da die Spannung dabei 3,3 Volt nicht überschreitet, lässt sich die Leitung ohne Probleme direkt an den RasPi anschließen.

Abbildung 2: Der Bewegungsmelder HC-SR501 sorgt dafür, dass sich der RasPi einschaltet, sobald Sie morgens aufstehen.

Abbildung 2: Der Bewegungsmelder HC-SR501 sorgt dafür, dass sich der RasPi einschaltet, sobald Sie morgens aufstehen.

Da sich der Mini-Rechner nicht direkt per Sensorpegel einschalten lässt, sitzt zwischen den Komponenten der kleine Mikrocontroller PIC12F675 von Microchip. Die Anforderung an den Controller fallen minimal aus, Sie können jedes beliebige Modell mit mindestens zwei Eingängen und einem Ausgang verwenden.

Unser System kennt zwei Zustände (Abbildung 3): Im Zustand Z1 ist der RasPi heruntergefahren, der PIC überwacht mit dem IR-Sensor den Raum; im Zustand Z2 läuft der RasPi und übernimmt die Überwachung. Bei einer Bewegung setzt der Sensor den Ausgabepegel auf High. Der PIC reagiert auf den Interrupt, schaltet über seinen Ausgang via Mosfet den Strom für den RasPi an und geht danach in den Standby-Modus. Damit ist der Zustand Z2 erreicht.

Abbildung 3: Das Diagramm verdeutlicht die verschiedenen Systemzustände und Übergänge des Konstrukts.

Abbildung 3: Das Diagramm verdeutlicht die verschiedenen Systemzustände und Übergänge des Konstrukts.

Direkt nach dem Booten übernimmt der RasPi im Zustand Z2 die Kontrolle über den Bewegungsmelder. Angeschlossen an einem GPIO-Pin lauscht er auf Interrupts. Bleiben diese für eine definierte Zeitspanne aus, beispielsweise für 30 Minuten, fährt er herunter. Jede erfasste Bewegung setzt diesen Shutdown-Timer wieder zurück.

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