Mit dem TX-Pi-HAT den Raspberry Pi mit Fischertechnik verbinden

Mit dem TX-Pi-HAT lässt sich der RasPi direkt mit Fischertechnik-Komponenten verbinden. Wir steuern damit einen Modellaufzug mit sechs Etagen.

Mit den zahlreichen Bausteinen aus den Fischertechnik-Baukästen lassen sich ausgefeilte technische Modelle aufbauen. Der Raspberry Pi eignet sich mit seiner GPIO bestens, um solche Modelle anzusteuern. Allerdings klappt das Zusammenspiel aus RasPi und Fischertechnik nur bedingt, da beide Welten strom- und spannungsmäßig einfach nicht zusammenpassen. Eine Brücke schlägt hier der auf den GPIO des RasPi aufzusteckende TX-Pi-HAT. Prinzipiell gelingt damit das Ansteuern von Fischertechnik-Modellen mit jeder Programmiersprache, die auf die GPIO zugreifen kann. Wir verwenden in diesem Artikel C.

Technische Details

Der TX-Pi-HAT kann nicht nur Fischertechnik-Komponenten ansteuern, sondern bietet auch einige nützliche Erweiterungen für den RasPi. Dazu zählt etwa ein erweitertes Power-Management, über das sich der SBC vollständig abschalten lässt. Normalerweise kann man das nur erreichen, indem man den RasPi von der Spannungsversorgung trennt, ein einfaches Herunterfahren schaltet ihn nicht vollständig aus. Als weiteren Bonus bringt der HAT eine Echtzeituhr mit, die es ermöglicht, den Mini-Rechner zu einem beliebigen Zeitpunkt wieder anzuschalten. Bei Bedarf kann man den Raspberry Pi auch über den HAT mit Spannung versorgen – dazu genügt eine beliebige 9-Volt-Spannungsquelle.

Abbildung 1 zeigt, wie der TX-Pi-HAT auf den RasPi passt. Das Modul verfügt über zwei Motorausgänge und vier digitale Eingänge, die alle zu Fischertechnik kompatibel sind. Die Tabelle “Pinbelegung der Eingänge” zeigt, welche GPIO-Pins bei Eingaben zum Einsatz kommen. Dabei nennt die Tabelle sowohl Pin-Nummer als auch die BCM- und WiringPi-Bezeichnung der GPIOs.

Abbildung 1: Das TX-Pi-HAT auf den Raspberry Pi montiert.

Die zwei Motorausgänge verwenden als Treiber-IC den TB6612 [1]. Das bedeutet, dass die GPIOs des Raspberry Pi die Eingänge des Treiber-ICs ansteuern. Der TB6612 versorgt dann die Motoren mit der nötigen Spannung. In der Tabelle “Verbindungen zwischen GPIO und Motortreiber” sehen Sie, welche GPIO-Pins des RasPi mit dem Treiber-IC verbunden sind. Dabei gilt es zu beachten, dass die Standby-Leitung beide Motoren abschaltet. Die Tabelle “Betriebsmodi des Motortreibers (TB6612)” beschreibt schließlich, welche Funktionen des Treiber-ICs die GPIOs aktivieren. Dabei lässt sich allerdings nicht genau vorhersagen, ob sich ein Motor links oder rechts herum drehen wird.

Über zwei unterschiedliche Verbinder wird der I²C-Bus aus dem HAT herausgeführt: einmal mit 3,3 Volt und einmal mit 5 Volt. Der 5-Volt-Steckverbinder ist dabei kompatibel zum Fischertechnik-I²C-Anschluss des TX-Moduls, der 3,3-V-I²C-Verbinder zum Fischertechnik-I²C-Anschluss des TXT-Moduls. Damit kann der TX-Pi-HAT zu allen Fischertechnik-Modulen Verbindung aufnehmen.

Um die Anzahl der Anschlüsse zu erhöhen, bietet es sich an, zusätzlich einen Ftduino über I²C anzuschließen. Dieser Arduino-kompatible Controller wurde zur Ansteuerung von Fischertechnik-Modellen entworfen. Er stellt 12 Ein- und 8 Ausgänge zur Verfügung, die alle zu 100 Prozent kompatibel zu den Fischertechnik-Bauteilen sind. Auf dem 5-Volt-Verbinder gibt es zusätzlich eine serielle Schnittstelle, die es erlaubt, sich direkt auf die Konsole des Raspberry Pi zu verbinden.

Ein weiteres interessantes Feature des TX-Pi-HAT stellt sein 32K-EEPROM dar, das das Speichern beliebiger Informationen erlaubt. Im Gegensatz zum flüchtigen Arbeitsspeicher des Raspberry Pi behält das EEPROM auch nach dem Abschalten der Betriebsspannung seine Informationen bei.

Für den TX-Pi-HAT und alle zusätzlichen Komponenten bietet die Homepage des Projekts 3D-Modelle für passende Gehäuse [2] zum Herunterladen an. Damit lassen sich zu Hause oder in einem Makerspace alle Gehäuse selbst drucken – eine wirklich gute Idee. Auf diese Weise lässt sich der Raspberry optisch ansprechend in Fischertechnik-Projekte integrieren.

Das TX-Pi-HAT schlägt inklusive Versandkosten mit knapp 70 Euro zu Buche [3]. Benötigen Sie detailliertere Informationen über die Möglichkeiten des Moduls, werfen Sie bitte einen Blick in das Benutzerhandbuch [4] oder besuchen die Webseite des Projekts [5].

Testaufbau

Wir testen den TX-Pi-HAT mit einem Modell eines einfachen Fahrstuhls mit sechs Etagen. Der Aufzug wird mit einem Fischertechnik-Motor bewegt, dessen eingebauter Impulsgeber 75 Impulse pro Umdrehung liefert. Damit lässt sich die Position der Fahrgastzelle genau bestimmen. Allerdings muss der Aufzug zu Beginn in eine definierte Nullposition fahren, von der aus man dann die Impulse zählen kann. Sobald der Endschalter am unteren Ende des Aufzugsschachts auslöst, ist die Nullposition erreicht.