Was benötige ich am Anfang?

  • Moin,


    aufgrund der riesig vielen Möglichkeiten versuche ich gerade in die Welt des Raspberry einzusteigen. Doch in der Vielfalt ist am Anfang auch das Problem: Was brauche ich, um mich in Richtung Ziel heranzutasten? Ich hatte durch eine Ausbildung vor 30 Jahren zwar schon mit Mess- und Regelabläufen zu tun. Programmieren und der Raspberry sind jedoch komplettes Neuland für mich.


    Warum Rasberry Pi:

    An meinem Aquarium habe ich bisher über Relaissteuerung einige Abläufe automatisiert, z.B. für Wasserwechsel und Wasser auffüllen. Dafür sind Schwimmerschalter aber auch Temperatursensoren und Dosierpumpen bereits eingebaut. Das Alles soll nun der RasPi auswerten und steuern, weil ic damit viel mehr Möglichkeiten der Überwachung habe, z.B. im Urlaub über Handy . Bisher habe ich gelesen, das die notwendigen Abhängigkeiten und Funktionsabläufe wohl ganz gut mit dem IO Broker umzusetzen wären. Mir ist klar, dass ich hier nicht im Aquarium-Forum bin. Mir geht es eher allgemein um die Fragen, wie ich die Aus- und Eingänge umsetzen kann, damit ich Schritt für Schritt Lösungen umsetzen kann.


    Zurzeit habe ich:

    • 4 potentialfreie Kontakte (Schwimmerschalter)
    • 2 Temperatursensoren DS18B20
    • 4 Dosierpumpen (aus einem Drucker ausgebaut, 5 oder 12V weiß ich nicht mehr genau, muss ich erst testen)
    • 8-10 Stk Steckdosen (die ich vorher an die Relaissteuerung angeschlossen hatte)

    Das möchte ich:

    • Automatischer Wasserwechsel
    • Automatisches Nachfüllen von Wasser
    • CO2, Luftzufuhr und UV Lampe zeitlich steuern (anstatt Zeitschaltuhr)
    • Temperuranzeige
    • Dosierpumpen für Dünger ansteuern

    schön wären später:

    • Heizungsregelung
    • LED steuern über PWM


    Um zu starten und ins Experimentieren zu kommen, möchte ich jetzt die notwendige Technik bestellen. Auf meiner Einkaufsliste stehen:

    • Raspberry Pi 4 Computer Modell B, 4GB RAM
    • MeanWell HDR-15-5 Hutschienennetzteil 5V / 2,4A (Hutschiene und ein Teil der 230V Verdrahtung sind bereits im Unterschrank vorhanden)
    • SanDisk Ultra microSDHC A1 98MB/s Class 10 Speicherkarte 32GB
    • 4 teiliges Kühlkörper Set für Raspberry Pi 4, silber
    • Hutschienenclip für Platine, 4 Stück (damit soll der PasPi auf der Hutschiene befestigt werden)
    • GPIO Breakout HAT mit Federkraftklemmen für Raspberry Pi (damit möchte ich die potentialfreien Schwimmerschalter, die Temperatursensoren und die Dosierpumpen mit den Raspberry verbinden)
    • 40pin Jumper / Dupont Kabel Female – Female trennbar 0,20 m (um das „GPIO Breakout“ an den RasPi anzuschließen)

    um die 230V Steckdosen für Pumpen, Heizstäbe und Ventile zu schalten:

    • 5V 8 Kanal Relais Modul

    oder

    • 5V 8 Kanal Relais Modul mit definierbarem Schaltsignal; High/Low (wo ist da der Vorteil, wenn doch die Relais Wechselschalter sind?)


    Passt das? Fehlt was oder bin ich da auf der falschen Fährte? Tastatur, Mouse und Bildschirm brauch ich doch nicht, wenn ich den Raspi über Lan anschließe, oder?


    Neben dem Aquarium möchte ich dann auch noch ein wenig Hausautomation damit betreiben. Dafür gibt ja aber fertige Lösungen von Sonoff, Shellly oder Gosund, die wir jetzt schon im Haus haben.



    Wäre super, wen mir jemand auf die richtige Spur hilft.

    Gruß

    Jan

  • Moin Supergrobi und herzlich Willkommen im Forum.


    Ein paar Gedanken vorweg.


    Ein RPi in jeglicher Variante ist ein Lern- und Bastelrechner. Der funktioniert meist sehr zuverlässig, allerdings ist dies nicht garantiert. Zum Beispiel könnte er in einem undefinierten Zustand abstürzen/einfrieren. Das wäre, wenn es im Moment des heizens bzw. Abpumpens des Wassers passiert, u.U. kontraproduktiv. Meinem Erleben nach, schmecken nur manche gekochten, getrocknete Fische mir gar nicht. ;) Was ich damit sagen will:


    1.) Für diese imho sehr kritische Aufgabe brauchst Du eine Überwachung, die Dir im Fehlerfall IMMER einen definierten Zustand des Ganzen herstellt und damit das Überleben der Aquariumbewohner sicherstellt. Ob das für den Anfang so die richtige Aufgabe ist?

    2.) Daraus folgt: Mit einem RPi und einigen Kleinteilen (meinetwegen Temperatur- und andere Sensoren) kannst Du wunderbar Trockenübungen machen. Und wenn das klappt, steigere einfach den Schwierigkeitsgrad. Du wärst nicht der erste, der das Projekt Aquarium nach kurzer Zeit ad acta legt...Und das wäre schade.


    MeanWell HDR-15-5 Hutschienennetzteil 5V / 2,4A (Hutschiene und ein Teil der 230V Verdrahtung sind bereits im Unterschrank vorhanden)
    SanDisk Ultra microSDHC A1 98MB/s Class 10 Speicherkarte 32GB
    4 teiliges Kühlkörper Set für Raspberry Pi 4, silber
    40pin Jumper / Dupont Kabel Female &WCF_AMPERSAND– Female trennbar 0,20 m (um das „GPIO Breakout“ an den RasPi anzuschließen)


    um die 230V Steckdosen für Pumpen, Heizstäbe und Ventile zu schalten:

    5V 8 Kanal Relais Modul

    Beim kurzen drübersehen:


    Der RPi4 benötigt 5,1V und 3A, das solltest Du der Stabilität zuliebe unbedingt einhalten.


    Der Pi kommt samt Anwendungen mit 16GB meist mehr als klar.


    Ein Kühlkörper Set ist imho nicht notwendig. Besser (wenns passt) wäre sowas hier.


    Jumper/Kabel/Breadboard ist zum Testen gut, im richtigen Betrieb eher eine zusätzliche Fehlerquelle.


    Relaismodule (Achtung, der RPi verträgt an seinen GPIO keine 5V - die Forumsuche hilft) würde ich nur nach seeeeeehr gründlicher Auswahl zum Schalten von 230V nutzen. Meist genügen die noch nicht einmal einfachsten Ansprüchen an die Sicherheit, geschweige sind die verbauten Relais dafür geeignet. (shelly, sonnof und Co. lassen sich auch per RPi steuern...)


    Viel Spaß beim Bauen,STF

  • Danke für die rasche Antwort.


    Das mit der Sicherheit ist mir bewusst. Deshalb würde ich auch an eine Regelung geregelte Heizstäbe hängen, deren Soll-Wert etwas höher ist, als der max Wert der RPi-Regelung. So gibt’s keine Fischsuppe. So ein Fehler passiert übrigens bei den gängigen Heizern auch gerne mal, weil dort die Bimetallfedern festkleben können. Deshalb nehme ich immer 2 kleine Heizstäbe, der Max. Leistung nicht fürs Kochen ausreichen.


    Alles andere hat bei einer Fehlfunktion nicht so gravierende Folgen. Die Rückförderpumpe wird nur bei einem Wasserwechsel abgeschaltet und das mache ich zumindest in der Anfangszeit nur in meiner Anwesenheit. Das ganze Wasser-System ist auch so gebaut, das das Becken nicht überlaufen kann und ausgewechseltes Wasser gleich nach Draußen läuft. Das Aquarium ist als also in jedem auch noch so falschen Betriebszustand save. (Hab mal in der Chemieindustrie gelernt. und da war safety first)


    Netzteil: Das hatte mich gewundert, weil dieses Netzteil bei berrybase angeboten ist. Hab nochmal nachgeschaut: das kann man von 4,5 -5,5V einstellen. Und meanwell Netzteile kenne ich als sehr zuverlässig. Aber danke für den Hinweis. Dann sollte ich das wohl genau auf 5,1V einstellen. Die 3V macht der RPi sich doch selber, oder?


    Das mit dem Relaismodul verstehe ich noch nicht so ganz, komme aber auch in der Suche nicht wirklich weiter. Ich dachte diese Module sind extra für den RPI. Die Lösungen von Gosund etc laufen doch alle über Wlan. Ich wollte lieber direkt verkabeln, damit alles auch funktioniert, wenn das Wlan mal nicht geht. Die Relais kommen mir zwar auch etwas klein vor, aber sind ja für 10A zugelassen.

    Wie kann ich denn besser 230V schalten? Steckdosen und Unterverteilung der 230V sind bereits vorhanden und fest eingebaut, da ich vorher 12V Relais verwendet habe. Diese Relais würde ich auch weiter verwenden, wenn ich vom RPI potentialfreie Kontakte bekäme...

  • Ich würde das nicht auf ”Lern- und Bastelrechner“ schieben, denn das ist er nicht, schon gar nicht in jeglicher Variante. Es ist ein normaler Rechner mit einem komplexen, normalen Mehrbenutzerbetriebssystem. Den benutzt man aus genau den gleichen Gründen nicht für solche Aufgaben wie man einen Desktop-PC oder Laptop, oder Server, oder NAS, oder … nicht verwenden würde. Nicht weil es ein ”Lern- und Bastelrechner“ ist.

    “If debugging is the process of removing software bugs, then programming must be the process of putting them in.” — Edsger Dijkstra

  • Es ist teilweise erschreckend, was die Leute mit diesen billigen China-Relaismodulen mit den blauen Songle-Relais so alles anstellen. Für den gedachten Einsatzzweck (meistens am Arduiono) mögen die ausgelegt sein, aber wenn damit 230V~ Netzspannung geschaltet wird, packt mich das blanke Grauen!

    Schlimmerweise steht bei manchen amazon-Angeboten auch noch dabei, dass die Relais für Netzanschluss geeignet seien. Mag mit 125V(AC?) Maximalspannung für die USA mit ihren 115V~ reichen, bei uns definitv nicht!


    Dann geht's weiter mit der Spulenseite: Meist für 5V ausgelegt, die RPi-GPIOs liefern aber nur 3,3V. Die Pegelwandlerdiskussion will ich hier nicht erneut lostreten, die kann man in diesem Forum über die Suchfunktion zur Genüge finden...


    Also wenn so ein Modul verwendet werden soll (durchaus legitim), bitte die Spezifikation ganz genau lesen!

  • Bei den Relaismodulen musst wirklich aufpassen, da sind die elektrischen Bedingungen für 230V nicht erfüllt, was z.B. die Kontaktabstände für 230V nicht geeignet.

    Auch solltest die Dinger nicht direkt über den PI anschließen, besser über einen ULN2803a Treiber.

    Auch der angegebenen Stromstärke für 230V solltest nicht trauen!

    Diese Relaiswürfel sind von der billigen Sorte, da ist mit klebenden Kontakten zu rechnen.

    Diese Kabel sollte auch zu PI und zum HAT passen.

    Auch die In und Outputs am Pi laufen mit 3,3V und vertragen nur wenige mA, deshalb auch der Rate mit der Treiberstufe für die Reliskarte.

    So etwas bräuchtest evtl. auch für die Inputs.


    Und natürlich zum Bespielen der Micro SD Card einen Cardreader und ein Programm um das Image aufzuspielen.

  • Skeptisch bin ich ja auch bei den „Relaischen“ auf der 8-fach Platine. Gibt´s da nichts anständiges?


    Wenn nicht, würd ich meine Relais mit 12V wiederverwenden. Die sind entstört und für 16A/230V zugelassen. Einen 12V-Trafo hab ich ja noch. Dafür müsste ich aber aus dem Rpi einen potentialfreien Kontakt bekommen, über den ich dann den Relais die 12V zukommen lassen kann. Wie schließe ich so ein ULN2803a Treiber an?


    Zu den Inputs: zunächst wollte ich potentialfreie Kontakte anschließen. Geht das nicht direkt an den GPIO des RPI?


    Einen Cardreader für USB hab ich noch, Oder gibt´s da besondere Anforderungen?

  • Skeptisch bin ich ja auch bei den „Relaischen“ auf der 8-fach Platine. Gibt´s da nichts anständiges?

    Doch, so Module gibt's auch "in gut". Ist halt eine Frage des Preises. You get what you pay for und nicht mehr.

  • Diese Art von Relais hab ich im Einsatz, allerdings in besseren Haltern. :)


    Der Treiber dazwischen ist dann wohl ULN2803a. Also so,

    oder müssen da noch Widerstände dazwischen?


    Wär zwar kein Problem, den auf eine Platine zu löten. Aber gibt´s da auch was fertiges mit Schraubklemmen?


    Bräuchte ich sowas auch für die Inputs? Da wollt ich einfach 10KOhm Pull-Up-Wiederstände evtl. mit nem 100nF Kondensator verwenden.

  • Nein, das Passt so, da müssen keine Wiederstände dazwischen.

    Gibt das ULN2803a auch als Modul in diversen Shops.

    Was das Verkabeln etwas einfacher macht.

    Der Baustein kann mit 3,3V angesteuert werden und auf der Ausgangsseite 5-50V.

    Insgsamt können die 8 Treiber zusammen 500mA.

    Pro Kanal etwas über 50mA, soll es mehr sein, nimmt man 2 Kanäle zusammen oder 3.

    Eine universelle Treiberstufe halt.

    Ich habe irgendwo noch ein Gehäuse rumliegen, mit 8 Relais und 32 LED, das muss ich mal nachsehen, wo das liegt.

    Könnte am PI brauchen, zu Testzwecken.

  • Wenn nicht, würd ich meine Relais mit 12V wiederverwenden. Die sind entstört und für 16A/230V zugelassen. Einen 12V-Trafo hab ich ja noch. Dafür müsste ich aber aus dem Rpi einen potentialfreien Kontakt bekommen, über den ich dann den Relais die 12V zukommen lassen kann. Wie schließe ich so ein ULN2803a Treiber an?

    Du könntest Deine 12V Relais auch mit den kleinen Relais schalten. Die kleinen haben dann "nur" 12V zu schalten, was sie wohl über längere Zeit aushalten dürften. Also Pi -> Ralaiskarte -> Lastrelais. Potentialfreiheit hättest Du dann auch gleich, sogar doppelt. Vorraussetzung ist natürlich, dass die kleinen Relais mit 3,3V sicher vom Pi geschaltet werden können.


    Es ist teilweise erschreckend, was die Leute mit diesen billigen China-Relaismodulen mit den blauen Songle-Relais so alles anstellen.

    Wenn Du Dich dann bei den hier in DE käuflich zu erwerbenden Kleingeräten umschaust, wirst Dir sicherlich ganz anders werden, wenn Du eben genau diese Kleinrelais vorfindest. Da wird dann ganz locker mal die 1.000W Heizung einer Kaffeemaschine mit geschaltet. Sind ja "nur" 4,3A. Passt doch. :rolleyes:


    Was an besagter Kaffeemaschine als kurz nach Ablauf der Garantiezeit kaputt ging, brauche ich wohl nicht extra zu erwähnen.


    Lg

    Günther

    1. Raspberry Pi 4B / 4GB / Orig.Netzteil / Orig.Gehäuse. (uname: -v: 5.10.17-v7l+ #1414 SMP Fri Apr 30 13:20:47 BST 2021)

    2. Raspberry Pi 3B+ / Orig.Netzteil / 3,5" LCD Display. (uname: -v: 5.10.17-v7+ #1414 SMP Fri Apr 30 13:18:35 BST 2021)

    OS: Raspbian GNU/Linux 10 (buster)

  • Wenn Du Dich dann bei den hier in DE käuflich zu erwerbenden Kleingeräten umschaust, wirst Dir sicherlich ganz anders werden, wenn Du eben genau diese Kleinrelais vorfindest. Da wird dann ganz locker mal die 1.000W Heizung einer Kaffeemaschine mit geschaltet. Sind ja "nur" 4,3A. Passt doch. :rolleyes:

    da hast Du wohl leider recht...

  • Du könntest Deine 12V Relais auch mit den kleinen Relais schalten. Die kleinen haben dann "nur" 12V zu schalten, was sie wohl über längere Zeit aushalten dürften. Also Pi -> Ralaiskarte -> Lastrelais. Potentialfreiheit hättest Du dann auch gleich, sogar doppelt. Vorraussetzung ist natürlich, dass die kleinen Relais mit 3,3V sicher vom Pi geschaltet werden können.

    .........................

    Lg

    Günther

    Wenn man da dann eine Relaiskarte mit Optokopplern nimmt, geht es auch am PI.

    Die können dann auch meist mit 3.3V angesteuert werden und belasten den GPIO nicht so sehr.

    Und man hat trotz allem eine Trennung zwischen Steuer- und Lastkreis.

    Auch sollte man drauf achten, wie die Relais schalten, also bei LOW oder High Signal, da gibt es mehrere Ausführungen.

  • Schonmal Danke an alle:thumbup:

    Für den Anfang hab ich jetzt wohl einiges zusammen um zu starten. (Für einen Lockdown wäre ich also gewappnet 8o)


    Noch ne kleine Frage:

    Da ich wohl auf Dauer nicht mit den GPIO auskomme, muss ich die Erweitern. Über I2C geht das wohl mit entsprechenden Bausteinen nur in der Nähe des RPI. Gibt es auch eine Möglichkeit eine Erweiterung der GPIO mit größerem Abstand zum RPi ? Dann würde ich einen "Sammelplatz" für Ein- und Ausgänge mit mehreren Metern Abstand zum RPI bauen wollen.

  • Über I2C geht das wohl mit entsprechenden Bausteinen nur in der Nähe des RPI.

    bis zu 8 PCF8574 = 64 Ports und nochmal bis zu 8 PCF8574a = 64 Ports, in Summe 128 Ports

    Mit einem Treiber ULN2803a hinter jeden PCF sind also locker 20mA pro Port für out drin und damit kann man locker auch über größere Strecken Optokoppler oder Photomos Relais ansteuern. Die 20mA lassen sich halt wenig stören, wie wir schon bei km langen Telefonleitungen lernten!

    Das eben war Ausgang!


    Für Eingang gilt sinngemäß ähnliches wenn der Optokoppler zum PI zeigt als Eingang, die 20mA Strecke muss die langen Distanzen überbrücken.


    Mit dem Optokoppler dazwischen ist der PI auch vor Spannungen von aussen geschützt, sei es durch Fehler oder schlampiger Verdrahtung.


    Wer mehr Ports braucht darf gerne noch mal nachfragen, am einfachsten man fängt erst mal klein an mit dem PCF8574(a)

    lasst die PIs & ESPs am Leben !
    Energiesparen:
    Das Gehirn kann in Standby gehen. Abschalten spart aber noch mehr Energie, was immer mehr nutzen. Dieter Nuhr
    (ich kann leider nicht schneller fahren, vor mir fährt ein GTi)

  • Bei meinem Pi 4B lassen sich laut /bin/overlays/README noch 4 weitere I2C Master an den GPIO Pins konfigurieren.

    Das wären dann zu den 128 Ports auf i2c1 noch weitere 128 x 4 = 512 Ports, i2c3 - i2c6, bei Bedarf.


    Servus !

    RTFM = Read The Factory Manual, oder so

  • Wenn ich das richtig verstehe, müsste ich dann für jeden Port eine Leitung vom „Sammelpunkt“ zum Standort des RPi legen. Oder geht das auch mit einem Bus oder so mit weniger Adern?

    Vielleicht ist das alles aber auch für den Anfang alles etwas zu viel...

  • noch 4 weitere I2C Master

    noch 4 weitere I2C Master?


    pssssst.......genau:lol::lol::lol:

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    (ich kann leider nicht schneller fahren, vor mir fährt ein GTi)