Aktuelle Hardware im Kurztest

Der I/O-Expander von Pimoroni erweitert den RasPi um zusätzliche Pins.

Der RasPi besitzt eine umfangreiche GPIO-Leiste. Doch es gibt Anwendungen, die mehr brauchen, insbesondere, wenn es PWM-fähige Pins zum Steuern der Helligkeit von LEDs sein sollen. Analoge Inputs bietet die Hardware überhaupt nicht. Mit einem Erweiterungschip für den I²C-Bus beheben Sie den Mangel. So erweitern Sie den RasPi, ohne wichtige Pins zu blockieren. Weitverbreitet ist der MCP23017, der allerdings nur 16 reine I/O-Pins bietet. Pimoroni nutzt für sein Breakout dagegen den MS51 von Nuvoton, also einen Mikrocontroller statt eines dedizierten I/O-Chips. Deshalb dürfen Sie die Pins des Breakouts dynamisch neu konfigurieren.

Insgesamt 14 Pins stehen für Anwendungen bereit. Dafür ist ein 2×7-Male-Header fertig auf der kleinen Platine aufgelötet. Wer nicht gerade das Breakout-Garden-System von Pimoroni nutzt, muss aber zumindest die Pin-Leiste für den I²C-Anschluss anlöten. RasPi-freundlich sind das fünf Pins für die ungeraden physischen Pins 1 bis 9 (3,3V, SDA, SCL, GPIO4 und GND).

Alle 14 Pins unterstützen allgemeine I/O-Funktionen, 10 beherrschen PWM und 8 Pins ADC. Der wirkliche Mehrwert des Expanders liegt jedoch in der Python-Bibliothek, die Sie per sudo pip3 install pimoroni-ioexpander ins System integrieren. Danach verwenden Sie die Hardware ebenso einfach wie die normalen Pins mit der RPi.GPIO-Bibliothek. Das Github-Repository [1] der Bibliothek hält neben Beispielen eine kleine Referenz bereit.

Der Temperatur- und Luftfeuchtesensor AHT20 erlaubt, Wetterdaten präzise zu messen.

Das Erfassen von Wetterdaten stellt ein beliebtes Anwendungsgebiet für den RasPi dar. Dafür gibt es diverse Chips in allen Preisklassen, meist als Breakout samt der nötigen Zusatzelektronik. Von Adafruit gibt es ein neues Exemplar, den AHT20. Er misst genauso wie der beliebte DHT22 oder der BME280 sowohl die Temperatur als auch die relative Luftfeuchte. Mit einer Genauigkeit von ±0,3 Grad Celsius und ±2 Prozent relative Feuchte gehört der Sensor zu den genaueren Exemplaren.

Das Besondere an dem Breakout sind die zwei Stemma-QT-Anschlüsse, Adafruits Variante des Qwicc-Anschlusses, den SparkFun stark propagiert. Letztlich hängt der Baustein damit am I²C-Bus, der zweite Anschluss dient zum Weiterleiten des Busses an weitere Sensoren. Das erlaubt Plug & Play. Es ist aber auch möglich, ganz klassisch vier Pins einzulöten und das Breakout ganz normal zu verkabeln. Typisch für Adafruit ist eine ausführliche Dokumentation [2] und eine Python-Bibliothek (adafruit-circuitpython-ahtx0). Letztere setzt auf CircuitPython auf, wodurch sich der Sensor für alle Boards mit entsprechender Implementation eignet.

Ob die Genauigkeit tatsächlich so einen großen Unterschied zu anderen genauen Sensoren macht, sei dahingestellt. Nützlich ist das Konzept für die Anschlüsse aber auf alle Fälle für Anwender, die nicht löten wollen oder einen Sensor mit geringem Aufwand testen möchten.

Mit dem Qwicc-pHAT von SparkFun erweitern Sie den RasPi um Qwicc-Anschlüsse.

Passend zum vorgestellten Sensor von Adafruit gibt es von SparkFun einen kleinen HAT mit vier Qwicc-Kupplungen. Er ist vorgelötet und kommt umgedreht auf den RasPi – die Anschlüsse zeigen also nach außen. Die GPIOs führt eine Leiste nach außen. Wer sie nutzen will, muss allerdings zum Lötkolben greifen.

Ganz Plug & Play ist der HAT nicht: Sie müssen noch I²C auf dem üblichen Weg aktivieren, etwa über Raspi-config, und neu booten. Danach stehen die vier Anschlüsse jeweils über I²C für Sensoren, Displays und weitere Komponenten bereit. SparkFun listet inzwischen 150 Produkte mit Qwicc-Anschluss auf seinen Webseiten. Einen Punktabzug gibt es für die Tatsache, dass alle Anschlüsse an demselben Bus hängen. Wer mehrere gleiche Komponenten am RasPi betreiben möchte, gerät damit eventuell in Probleme, denn der Bus setzt jeweils eindeutige Adressen für die Bausteine voraus. Für dieses Problem gibt es eine andere Erweiterung im Qwicc-Universum.

Neben dem hier vorgestellten HAT gibt es noch einen zweiten, der die vier Anschlüsse physisch anders anordnet, aber die GPIOs nicht herausführt. Benötigt ein Projekt die Anschlüsse an den Schmalseiten des RasPi, ist der SparkFun Qwicc pHAT – einziger Unterschied im Namen ist das “p” – die bessere Wahl. Neben einer Anleitung [3] gibt es auch die kompletten technischen Unterlagen, denn SparkFun veröffentlicht seine Hardware als Open Source.

Mit dem Touch-Sensor-Button von Az-Delivery lässt sich stilvoll schalten.

Sensorschalter sind schicker als mechanische Varianten und leichter in Projekten zu verbauen, da sie nicht außen am Gehäuse liegen. Der Touch-Sensor-Button von Az-Delivery ersetzt einen normalen Schalter, da er seinen Controller (TTP223B) gleich mitbringt. Für den Betrieb benötigt er drei Anschlüsse, neben Masse und 3,3 Volt noch eine GPIO-Leitung. Auf 5-Volt-Geräten funktioniert das Bauteil ebenfalls. Bei Berührung zieht (und hält) der Button den Pegel auf High. Die vorgelötete Platine ist gleich einsatzbereit, kleine Löcher darauf erleichtern den Einbau.

Einziger Kritikpunkt: Eine absolut überflüssige LED, die leuchtet, sobald der Chip am Strom hängt. Es existiert anscheinend ein ungeschriebenes Gesetz, dass jedes Breakout eine davon enthält. Für batteriegestützte Projekte knipsen Sie die LED vorsichtig weg, der Sensor selbst braucht kaum Strom. Obwohl das Bauteil bei Ebay billiger zu haben ist, hat ein Kauf beim deutschen Distributor Az-Delivery Vorteile: Neben einer Gewährleistung gibt es ein ordentliches Datenblatt und ein E-Book mit einer Anleitung für die Verkabelung sowie Beispielcode für den Arduino und den RasPi. Damit präsentiert sich der Button anfängertauglich.