Billig-USV an OSMC-Mediacenter

  • Servus Leute,


    nach einer expliziten Anfrage bezüglich meiner >> in einem anderen Thread << beiläufig erwähnten "Billig-USV" möchte ich hier mein extrem pragmatisches Herangehen an so etwas Ähnliches wie wie eine USV kurz schildern:


    Um es vorweg zu nehmen:
    Meine Lösung ist keine USV im eigentlichen Sinne und kann und soll die entsprechenden Produkte nicht ersetzen. Am ehesten entspricht es der Lösung von >> juice4halt << allerdings in einer sehr, sehr vereinfachten Version!
    Für echte USV-Anwendungen ist wohl die >> S-USV << oder die >> PI USV << vorzuziehen.
    Ich persönlich habe bisher noch keine echte USV benötigt, werde aber demnächst eine S-USV für ein anderes Projekt testen...


    Billig bezieht sich hier nicht auf den Warenwert, sondern auf die Umsetzung :)



    Ausgangslage:
    Mein erstes Projekt vor ca. einem Jahr mit meiner neuen Errungenschaft, einem Raspberry Pi Modell B+, war natürlich :D ein Mediacenter unter kodi/OSMC. Außerdem war mir die Problematik, dem RPi den Saft "gewaltsam" abzudrehen, verständlich.
    Im Wohnzimmer läuft abends - wie überall - meistens der Fernseher. Tagsüber läuft die Stereoanlage (so eine aus einzelnen Komponenten). Um dem ganzen Gespiel den unnötigen Standby-Strom zu nehmen, habe ich die Steckdosen bereits beim Hausbau (ca. 2007) über einem Schalter angeschlossen. Das abendliche Ausschalten hat sich prima in unser Verhalten "eingeschliffen".
    ...und jetzt kommt der Raspberry mit seinen "extravaganten" Stromwünschen daher! :lol:


    Lösung:
    Da ich nur eine Überbrückung für ca 30 Sekunden benötige, um den RPi nach dem Ausschalten des Netzschalters sauber herunterzufahren, kam mir die Idee, den dafür nötigen Strom (entschuldigt die saloppe Formulierung) in Elkos mit hoher Kapazität zwischenzuspeichern. Die Idee habe ich von einem HMI-Gerät aus dem Hause Siemens abgeschaut.


    1.
    Ein chinesisches(?) Kondensatormodul, bestehend aus zwei in Reihe geschalteten hochkapazitiven Superkondensatoren (2,5F) mit je 2,7V Maximalspannung sind parallel in Reihe(!)  -- solche Fehler findet man erst beim späteren Duchlesen, sorry -- zum 5V-Anschluss des RPi geschaltet. Ich habe über diese Primitivmethode der Reihenschaltung von Superkondensatoren zur Spannungserhöhung diverse Artikel, auch kritische, gelesen, bin aber (alleine schon aus Interesse) trotzdem darauf eingegangen, zumal es diese Kombination so bei farnell zu bestellen gibt:
    http://de.farnell.com/bussmann-by-eaton/phv-5r4v255-r/superkondensator-2-5f-5-4v-radial/...
    Ich vermute, dass bei so einer Kombination die beiden Einzelkondensatoren aus der gleichen Fertigungscharge stammen und somit nahezu identische Kennwerte hinsichtlich der Toleranz haben bzw. in die gleiche Richtung abweichen. Mit etwas Glück fällt auch das Problem der unterschiedlichen Innenwiderstände dann nicht so gravierend aus... :shy:
    Nach gut einem halben Jahr täglicher Nutzung bilde ich mir ein, dass die Speicherkapazität der Superkondensatoren tatsächlich zurückgegangen ist, ich kanns aber nicht mit Messwerten belegen. Vielleicht bilde ich es mir auch nur ein? Ich weiß es echt nicht...

    2.
    Eine Schaltung bestehend aus Brückengleichrichter, Optokoppler, Transistor und ein paar Kondensatoren und Widerständen überwacht die Netzspannung und bereitet ein Digitalsignal für einen beliebigen GPIO-Pin des RPi auf. Der RPi kann dann über eine wirklich einfache Software das Ausschalten der Netzspannung erkennen und einen sudo shutdown -h now anstoßen.


    Das Problem dabei ist, dass der Shutdown nach der Erkennung der fehlenden Netzspannung immer ausgeführt wird, auch wenn kurz danach die Netzspannung wieder eingeschaltet wird. Erst nachdem der Superkondensator so weit entladen ist, dass der RPi mit genügend wenig Spannung versorgt wird, führt ein Wiedereinschalten der Netzspannung zum Neustart. Bei mir muss man dafür über eine Minute herwarten! Ein zu frühes Einschalten lädt nur die Elkos auf und die Wartezeit beginnt von vorne! :baeh2:
    Erschwerend kommt bei meiner konkreten Anwendung noch hinzu, dass das Mediacenter in ein Gehäuse eingebaut wurde und daher nach dem sauberen Herunterfahren auch kein 5V-Versorgungskabel "schnell" vom RPi gezogen und wieder gesteckt werden kann.
    Man muss diese Zeit einfach aussitzen!



    Angehängte *.zip-Datei:
    Das ZIP enthält die eagle-Dateien für Schaltplan und Board (ich verwende eagle auch zum Platzieren und Routen von Lochrasterplatinen) und "Ausdrucke" davon als PDF-Datei.
    Im Unterverzeichnis "AC-detect2" der ZIP-Datei befinden sich das C-Programm "acWatch" sowie das Shellscript "acShutdn" für die Überwachung der Netzspannung. Dort befindet sich auch eine kleine ReadMe-Anleitung.


    Wichtig ist, dass das Ganze als root ausgeführt wird, da Zugriff auf die GPIOs des RPi notwendig ist, was nur unter root funktioniert.


    Ursprünglich wollte ich mich an dem Beitrag von >> kernkrank << orientieren, es gab dann aber einen Pinkonflikt mit dem Schlüsselpin Nr. 5 auf der Leiste (GPIO-Pin 3), den ich nie gelöst habe.
    Meine Umsetzung arbeitet mit GPIO17, das ist Pin 11 auf der Stiftleiste.




    PS:
    Im eagle-Schaltplan (und auch in den PDFs) haben die Widerstände nicht die richtigen Werte! Daher das Ganze zunächst nur als Anregung betrachten. Ich werde mir dieser Tage mal mein Mediacenter vorknöpfen und die letztlich verwendeten Werte herausschreiben, um meine Dokumentation auf Vordermann zu bringen :blush:
    Anschließend werde ich die Werte natürlich auch hier bekannt geben... --> ist geschehen, siehe Beitrag #3



    Ich merke schon,
    die Veröffentlichung im Internet zwingt zu sauberer Dokumentation
    Kein Schaden ohne Nutzen!



    Viel Spaß
    und hoffentlich nicht zu viel Nachbau, da gibt's wirklich bessere Lösungen ;)
    Später habe ich dann meine Lösung "in gut" gefunden: >> juice4halt <<
    Der Entwickler hat das Produkt seinerzeit auch hier im Forum vorgestellt: >> Batterielose Supercap-USV <<



    schlizbäda

    Dateien

    • AC-detect2.zip

      (364,73 kB, 153 Mal heruntergeladen, zuletzt: )

    To make it better just tux it a little bit. (auf englisch haut dieses Wortspiel hin, da kann man aus fast jedem Hauptwort ein gleichlautendes Tunwort bilden)

    Hofei's guide to: Wie frage ich nach Hilfe? STF's advice to: NOOBS oder nicht? meigrafd's summary to: nützliche Links
    Meine Projekte

    2 Mal editiert, zuletzt von schlizbäda () aus folgendem Grund: Fehlerkorrektur


  • ...
    Später habe ich dann meine Lösung "in gut" gefunden: >> juice4halt <<
    Der Entwickler hat das Produkt seinerzeit auch hier im Forum vorgestellt: >> Batterielose Supercap-USV <<
    ...


    Weiß zufällig jemand, wie es mit juice4halt weiterging? Irgendwie hat sich da offenbar seit spätestens Mitte 2015 nicht mehr viel getan...


    schlizbäda

  • Servus Leute,


    Ich habe jetzt endlich meine Hausaufgaben gemacht :lol:
    Ich war Euch nämlich noch was schuldig, und zwar die aktualisierten EAGLE-Dateien der Leiterplatte mit den tatsächlich verwendeten Bauteilwerten, die ich vor ca. 14 Tagen großspurig angekündigt habe :)



    Das angehängte ZIP enthält nur die Leiterplattendaten mit den Bauteilwerten, beim Rest hat sich eh nix geändert...



    PS:
    ich möchte insbesondere auf den Kondensator C1 hinweisen, der vor dem Optokoppler OK1 auf der 230V~-Seite sitzt:
    Dort reicht eine Kapazität von 10nF, nicht wie ursprünglich angegeben 100nF. Eine Oszilloskop-Kontrolle hat auch mit 10nF für die Optokoppler-LED eine genügend geringe Restwelligkeit ergeben. Die Spannung ist beim Ausschalten nach etwa 5 Sinuswellen so niedrig, dass der Optokoppler (und die Folgeschaltung) für die Erkennung anspricht. Übermäßig hohe Kapazitäten dagegen bringen keinen weiteren positiven Effekt, es wird lediglich die Zeit zwischen Netzabschaltung und Erkennung verlängert, was höhere Kapazitäten bei den Pufferelkos erfordert.
    Wirklich wichtig ist hingegen, dass die Bauteile auf der 230V~-Seite für genügend hohe Spannungen ausgelegt sind! Hier habe ich ein Exemplar mit 630V- Maximalspannung verwendet, das ich in meinem Bauteilfundus noch entdeckt habe.


    Bitte aufpassen, wenn (wie hier) direkt an 230V hantiert wird

  • aktueller Nachtrag:
    Ich wollte mein OSMC-Mediacenter updaten und habe dazu das neueste Image >> 2016.07-1 (OSMC_TGT_rbp1_20160802.img) << für RPi 1/Zero heruntergeladen und im Schnelldurchgang für meine Bedürfnisse konfiguriert. Beim Herunterfahren braucht das neue Image tatsächlich 20-21 Sekunden, bis es zum 10maligen Blinken der grünen LED auf dem RPI kommt. Erst dann ist ja der Shutdown vollständig beendet. Das ist für die Kapazität meines 2,5F-Supercaps um ca. 2-3 Sekunden zu lange.


    Das alte Image von 2015 (OSMC_TGT_rbp1_20150412.img) braucht dafür lediglich ca. 7 Sekunden und die Sache ist zeitlich im grünen Bereich. Ich weiß nicht, ob ich etwas - und wenn ja, was ich anders gemacht habe. Nachdem das alte Image problemlos läuft, verwende ich dieses nun weiterhin...


    Peter

  • Heute würde ich bei dieser Schaltung auf der Primärseite zusätzlich ein Kondensatornetzteil implementieren und nicht nur einen billigen Widerstand vorschalten. Siehe hier


    PS:

    Die Billig-USV funktioniert nach wie vor auch heute noch, im Februar 2019. Der Mediacenter-RPi läuft beinahe täglich und ich hatte noch nie ein korruptes Dateisystem auf der SD-Karte.