Um das zu verhindern, bringt der HAT einen MOSFET-Baustein mit, der dem Kleinstrechner nach dem Herunterfahren den Strom hart abriegelt. Den MOSFET steuert dabei ein Mikrocontroller (MCU) auf dem HAT, ein Taster dient als An- und Ausschalter. Im Aus-Zustand reagiert der Mikrocontroller auf das externe Signal und schaltet den Strom via MOSFET an. Im An-Zustand sendet der Controller dagegen einen Shutdown-Request an den RasPi. Der fährt herunter und meldet den Shutdown als letzte Aktion zurück an den MCU, der dann den Pi endgültig vom Strom trennt.
Das Design kam schon in diversen Projekten der Autoren zum Einsatz, etwa beim Infoscreen [6], bei dem ein Bewegungssensor anstelle eines Buttons das An- und Ausschalten übernimmt. Als Mikrocontroller dient ein PIC, es eignet sich stattdessen aber auch jeder beliebige Controller, etwa ein ATtiny85.
Zwei wichtige Designziele runden die Sache ab: Zum einen gibt es eine Prototyping-Area für eigene Komponenten, zum anderen verzichtet die ganze Platine auf SMD-Bausteine. Damit eignet sie sich für alle, die zwar Löten können, aber nicht die SMD-Technik beherrschen.
Die Platine im Detail
Auf der rechten Seite der Platine (Abbildung 2) sehen Sie den PIC samt den dazugehörigen Bausteinen wie Reset-Taster und Anschlüsse. Die Darstellung stammt vom sehr guten 3D-Betrachter aus KiCad, mit dem Sie die Platine nach Bedarf drehen und wenden und so schon im Vorfeld Fehler wie überlappende Bausteine erkennen.
Abbildung 2: KiCad erstellt aus dem Platinenentwurf eine nahezu fotorealistische 3D-Vorschau des HATs.
Unten rechts liegen die Buchsen für den Stromeingang. Die Platine unterstützt hier eine 5-mm-/2,1-mm-Buchse und alternativ einen Klemmanschluss. Für die erste Variante fehlt KiCad eine 3D-Darstellung. Unten am Platinenrand sitzt der MOSFET, links daneben eine Ausgabebuchse zur Stromversorgung eines externes Geräts.
Die Verbindung zum RasPi über die Pins 2 und 4 stellt bei Bedarf ein Jumper auf dem Anschluss J1 (links unten) her. Beim Feld links der Mitte ist die Prototyping-Area mit GND-Pins unten und 5V/3,3V-Pins oben. Die Leiste J9 rechts daneben führt die Anschlüsse des PIC heraus. Zu guter Letzt verfügt der HAT am oberen Rand der Platine auch über die meisten GPIOs des RasPi.
Der KiCad-Quellcode der Platine, eine Teileliste und eine Beispiel-Firmware für den PIC steht auf der Github-Seite [7] des Autors zum Herunterladen bereit. Hilfe zum Flashen finden Sie in Ausgabe 04/2019 von Raspberry Pi Geek [8]. Die Schaltung zur Beispiel-Firmware (Abbildung 3) simuliert zwei externe Signale per Taster für das Ein- und Ausschalten des RasPi über den HAT. In realen Anwendungen genügt ein Button, der zweite Signaleingang wäre ein Sensor oder Uhrbaustein (RTC).
Abbildung 3: Die Beispielschaltung für den HAT zum vollständigen Abschalten der Stromversorgung.
Über GP1 und einen Spannungsteiler leitet der PIC die Aufforderung zum Herunterfahren an den RasPi weiter. Danach setzt der Mini-Rechner einen mit GP0 verbundenen Pin auf High. Das Ganze funktioniert mit nur zwei zusätzlichen Zeilen in der /boot/config.txt (Listing 2).
Listing 2
dtoverlay=gpio-shutdown,gpio_pin=27,gpio_pull=off dtoverlay=gpio-poweroff,gpiopin=25
Das Overlay gpio-shutdown kommuniziert auf einem halbwegs aktuellen Raspbian direkt mit dem Systemd-Daemon und leitet den Shutdown ein. Das Overlay gpio-poweroff setzt den angegebenen Pin nach dem Shutdown (aber nicht bei einem Reboot) auf High. Als besondere Falle lauert die Benennung der Pin-Argumente: Einmal lautet sie gpio_pin, einmal gpiopin.
Auftrag an den Dienstleister
Ein besonderes Problem beim Platinenlayout kristallisierte sich bei der Prototyping-Area heraus, denn dafür gibt es bei KiCad keine vorgefertigten Bauteile respektive Footprints. Aber auch das ließ sich mit dem Footprint-Editor lösen.
Danach ging es ans Beauftragen eines Dienstleisters. In Deutschland einen solchen zu finden, der auch für Heimanwender produziert, war gar nicht so einfach. Letztlich gibt es aber mit Aisler [9] einen, der einen idealen Service bietet.
Die in Englisch gehaltene Homepage zusammen mit der .net-Domain legt nicht nahe, dass der Hersteller in Deutschland produziert oder verschickt, weshalb Aisler bei oberflächlicher Recherche nicht als deutscher Anbieter auffällt. Tatsächlich ist es auch keiner: Es handelt sich um ein niederländisches Unternehmen, das aber über eine deutsche Dependance auch hierzulande ausliefert.
Aisler ist auch auf Maker-Messen vertreten und Teil der Maker-Community. Bekannt wurde die Firma außerdem dadurch, dass sie vor Kurzem die weitere Pflege des bekannten Programms Fritzing [10] übernahm. Während der Corona-Krise bietet Aisler kostenlose Platinen für Maker an, die an Projekten für die Corona-Bekämpfung arbeiten.
