DoorPiBoard

Mit Frontplatte

Mit Frontplatte, Rückansicht

Voll funktionaler Testaufbau

Leere Platinen Vorder- und Rückseite

Platine über Display

Positive Einlasskontrolle

Diese Seite beschreibt eine Platine, welche maßgeblich das DoorPi-Projekt umsetzt.

Achtung: Da die DoorPi-Software nicht weiter entwickelt wird, ist derzeit eine Umstellung auf FHEM im Gange, die auf derselben Hardware laufen soll

Die Entwicklung der Platine fand, bzw. findet in diesem Forums-Thread statt. Fragen, Anregungen, Wünsche und Probleme bitte dort diskutieren bzw. melden.

Die Platine bietet alle im Original-Projekt beschriebenen Funktionen. Herzlichen Dank an Prof. Dr. Peter A. Henning für dieses Projekt an dieser Stelle. Es empfiehlt sich zuerst den Projekt-Artikel "DoorPi_und_FHEM" zu lesen, da im Folgenden vorausgesetzt wird, dass das Projekt bekannt ist. Zusätzlich zum Original-Projekt beinhaltet die Platine noch einen Briefkastenmelder. Ausserdem ist ein USB-Hub enthalten, durch welchen es möglich ist, die Soundkarte und den Arduino anzusprechen. Der Vorteil hierbei ist, dass der Sketch aktualisiert werden kann ohne den Arduino ausbauen zu müssen.

Der Grundgedanke dieser Unternehmung ist eine vollumfassende, saubere und möglichst einfach zu installierende Lösung bereitzustellen. Zu diesem Zweck besteht dieses Projekt aus zwei Platinen, welche nur durch vier Netzwerkkabel verbunden sind. Sämtliche Bauteile und Zusatzplatinen befinden sich auf einer kompakten Hauptplatine, welche sich an der Türstation selbst befindet. Sensoren und Aktoren, welche in der Frontplatte oder anderweitig extern benötigt werden, werden mittels Screwterminals angeschlossen. Um auf der RaspberryPi-Seite die ankommenden Netzwerkkabel an das Piface2 bzw. den RaspberryPi selbst anschliessen zu können gibt es eine entsprechende Adapterplatine.

Übersicht

Prinzipieller Aufbau

Ein Gesamtsystem besteht aus der Hauptplatine, der Adapterplatine, einem PiFace2, einem Raspberry Pi und diversen an die Hauptplatine angeschlossenen Sensoren und Aktoren. Die Hauptplatine befindet sich direkt an der Türstation und beherbergt einen Arduino. Sie wird über 4 handelsübliche RJ45-Netzwerkkabel mit der Adapterplatine verbunden, welche sich von der Türstation räumlich getrennt befindet. Weitere Kabel sind nicht nötig. Dies könnte z.B. ein Schaltschrank sein. In unmittelbarer Nähe zur Adapterplatine befindet sich der RaspberryPi mit aufgesetztem PiFace2. Die 13 I/O Ports des PiFace2 werden mit der Adapterplatine verbunden. Der RaspberryPi selbst wird mit einem Micro-USB-Kabel und einem FFC-Kabel für die Kamera mit der Adapterplatine verbunden.

Die Hauptplatine ist so gestaltet, dass sie hinter dem 3,2" Nextion-Display montiert werden kann. Zu diesem Zweck sind die Schraublöcher der Hauptplatine identisch zu der des Displays. Die Breite entspricht in etwa der des Display. Nur unten und oben steht die Platine ca. 10mm über.

Nachfolgend der prinzipielle Aufbau:

HINWEIS1: Türsummer, KeyMatic und andere Türöffnungsmechanismen werden nicht von den Platinen selbst abgebildet. Diese können mittels DoorPi entweder über freie Ausgänge des PiFace2 oder FHEM-Aufrufe gesteuert werden. Im oben gezeigten Beispiel ist das ein direkt an das PiFace angeschlossener Türsummer (ich habe wirklich einen, der mit 5V DC funktioniert) und eine per Funk an FHEM angeschlossene KeyMatic. Es wäre auch nicht sonderlich schlau den Türsummer direkt an die Hauptplatine anzuschliessen, da man dann - falls man die Frontplatte entfernt hat - die Tür öffnen könnte indem man einfach Strom anlegt. Der Sabotagekontakt würde das in diesem Fall nicht verhindern können. Der Strom zum Türsummer bzw. zu einem anderen elektronischen Türöffner sollte auf anderem von aussen nicht zugänglichem Weg verlegt werden.

HINWEIS2: Die RJ45-Kabel dienen nur der Signalübertragung und haben nichts mit "Netzwerk" zu tun. Es geht lediglich darum 32 Pole möglichst schmerzfrei zu verbinden. Die Wahl fiel auf RJ45-Kabel, da diese leicht zu beschaffen sind und es eine breite Buchsenunterstützung gibt. Es ist nicht möglich einen Router oder WLAN oder ähnliches dazwischenzuschalten. Falls man dies tut besteht die Gefahr, dass man Router und/oder die Platinen zerstört oder sogar noch Schlimmeres passiert. D.h. Die RJ45-Kabel müssen direkt von RASPIX <-> DBPX gesteckt werden. Bitte die oben eingezeichnete Kreuzung bei 3 und 4 beachten.

Anschlüsse der Hauptplatine

• Bewegungssensor
• Helligkeitssensor
• Touch-Display
• Kamera (FFC) (1x vertikal, 1x horizontal)
• IR-Beleuchtung
• Klingelknopf
• Beleuchtung für Klingelknopf
• Sabotagekontakt
• Kontakt für Briefkastenklappe
• Kontakt für Briefkastentür
• LED zur Anzeige des Briefkastenstatus
• 1Wire für einen iButton-Lesers (Prinzipiell kann man hier auch andere 1Wire-Sensoren verwenden)
• RGB-Beleuchtung des iButton-Lesers
• 4xRJ45 zur Adapterplatine
• USB-B zum Arduino
• Arduino-Sockel

Anschlüsse der Adapterplatine

• 4x RJ45 zur Hauptplatine
• 2x MicroUSB
• Kamera (FFC)
• 13-polige Schraub-Terminals zum Anschluss an ein PiFace2

Entfernung Hauptplatine zu Adapterplatine

Die maximale erfolgreiche bisher getestete Länge der RJ45-Kabel ist 1,50m (verwendet wurden geschirmte Patchkabel). Der limitierende Faktor ist die Pi-Kamera. Die RJ45-Kabel müssen gleich lang sein.

Briefkastenmelder

Der Briefkastenmelder überwacht die Einwurfklappe und die Entnahmetür mit jeweils einem Kontakt. Der Status des Briefkastens kann über eine LED angezeigt werden. Die Semantik ist dabei: LED leuchtet wenn der Briefkasten gefüllt ist und noch nicht geleert wurde. Die beiden Kontakte werden sowohl an den Arduino (Einwurfklappe: A3,Entnahmetür: A2), als auch an das PiFace (Einwurfklappe: IN 3, Entnahmetür IN 2) gemeldet. Die LED kann über den Arduino gesteuert werden (D2). Die LED kann nicht direkt über das PiFace gesteuert werden, allerdings kann dies über OUT 7 an den Arduino (A4) gemeldet werden. Damit ist es möglich den Briefkastenmelder dediziert nur im Arduino zu lösen oder die Logik komplett nach DoorPi/FHEM auslagern.

Dedizierte Arduino-Lösung

Dies ist die einfachste Lösung. Initial wird davon ausgegangen, dass der Briefkasten leer ist. Wird die Einwurfklappe geöffnet geht die LED an, wird die Entnahmetür geöffnet geht die LED aus. Der Status wird nur im Arduino gespeichert, nach Neustart des Arduinos wird der Status also wieder auf "leer" gesetzt.

Basierend auf dem Original-Sketch sind dazu folgende Änderungen nötig:

Definieren der Pins:

// postbox
const int  PostBoxLED  = 2;   // LED for postbox
const int  PostBoxDoor = A2;   // input for postbox door
const int  PostBoxTrap = A3;   // input for postbox trap

In setup():

  pinMode(PostBoxLED, OUTPUT); 
  pinMode(PostBoxTrap, INPUT_PULLUP); 
  pinMode(PostBoxDoor, INPUT_PULLUP); 

  digitalWrite(PostBoxLED, HIGH);

In loop(void):

  // postbox
  if( digitalRead(PostBoxDoor) == LOW ){
      digitalWrite(PostBoxLED, HIGH);
  }else {
    if( digitalRead(PostBoxTrap) == LOW ){
      digitalWrite(PostBoxLED, LOW);
    }
  }

Schema und Layout

Layout Hauptplatine

Layout Adapterplatine

Maße

Schaltplan Hauptplatine

KiCad Daten

V26 (Sammelbestellung 1): https://forum.fhem.de/index.php?action=dlattach;topic=64292.0;attach=76482

Teile

Ziel dieses Abschnittes ist es, eine möglichst vollständige Liste aller Teile bereitzustellen, welche für ein funktionales Gesamtsystem benötigt werden.

Platinen

Die in diesem Projekt entworfene Hauptplatine und Adapterplatine.

Teile auf der Hauptplatine

Bezeichner auf der Platine	Anzahl	Bauteilbeschreibung	Wert	Bauforum	Beschaffung
C1	1	Keramik-Kondensator	10nF	SMD 1206	http://de.rs-online.com/web/p/keramik-multilayer-kondensatoren/2644141/
C2	1	Elektrolyt-Kondensator	100uF	THT D6,3 RM2,5	https://de.rs-online.com/web/p/aluminium-elektrolytkondensatoren/4758769/
C4	1	Keramik-Kondensator	100nF	SMD 1206	http://de.rs-online.com/web/p/keramik-multilayer-kondensatoren/2644179
C4	1	Elektrolyt-Kondensator	10uF	THT D4,0 RM1,5	http://de.rs-online.com/web/p/aluminium-elektrolytkondensatoren/7047895/
R1	1	Widerstand	10 Ohm	SMD 1206	http://de.rs-online.com/web/p/smd-widerstande/2231997/
R2	1	Widerstand	10 Ohm	SMD 1206	Siehe R1
R3	1	Widerstand	10 Ohm	SMD 1206	Siehe R1
R4	1	Widerstand	1 MOhm	SMD 1206	http://de.rs-online.com/web/p/smd-widerstande/2232653/
R5	1	Trimmer	100 KOhm	PT 6-L	http://de.rs-online.com/web/p/abgleichwiderstande/0473590/
R6	1	Widerstand	22 KOhm	SMD 1206	http://de.rs-online.com/web/p/smd-widerstande/2232439/
R7	1	Widerstand	10 KOhm	SMD 1206	http://de.rs-online.com/web/p/smd-widerstande/2232394/
R8	1	Widerstand	470 KOhm	SMD 1206	http://de.rs-online.com/web/p/smd-widerstande/2232619/
R9	1	Widerstand	22 KOhm	SMD 1206	Siehe R6
R10	1	Widerstand	220 KOhm	SMD 1206	http://de.rs-online.com/web/p/smd-widerstande/2232164/
R11	1	Widerstand	270 Ohm	SMD 1206	http://de.rs-online.com/web/p/smd-widerstande/2232170P/
R12	1	Widerstand	270 Ohm	SMD 1206	Siehe R11
R13	1	Widerstand	270 Ohm	SMD 1206	Siehe R11
R14	1	Widerstand	3,9 KOhm	SMD 1206	http://de.rs-online.com/web/p/smd-widerstande/2232344/
R15	1	Widerstand	150 Ohm	SMD 1206	http://de.rs-online.com/web/p/smd-widerstande/2232142/
R16	1	Widerstand	1 KOhm	SMD 1206	http://de.rs-online.com/web/p/smd-widerstande/2232265/
R18	1	Widerstand	1 KOhm	SMD 1206	Siehe R16
Q1	1	Transistor	IRF 9510	TO-220	http://de.rs-online.com/web/p/transistoren-mosfet/5430018/
Q2	1	Transistor	2N7000	TO-92	http://de.rs-online.com/web/p/transistoren-mosfet/6714733/
Q4	1	Transistor	2N7000	TO-92	Siehe Q2
U1	1	Timer-IC	LM555	DIP-8	http://de.rs-online.com/web/p/timer-ics/5343469/
AU1	1	USB A Buchse		stehend	http://de.rs-online.com/web/p/usb-typ-a-steckverbinder/7187224/
CAM1	1	FFC-Buchse		15-polig RM1,0	http://de.rs-online.com/web/p/fpc-steckverbinder/6388873/
CAM2	1	FFC-Buchse		15-polig RM1,0	Siehe CAM1
RASPI1	1	Netzwerk-Buchse	ungeschirmt	RJ45, stehend oder liegend	Liegend: http://de.rs-online.com/web/p/rj-45-steckverbinder/2400935/ oder Stehend: http://de.rs-online.com/web/p/rj-45-steckverbinder/8486711
RASPI2	1	Netzwerk-Buchse	ungeschirmt	RJ45, stehend oder liegend	siehe RASPI1
RASPI3	1	Netzwerk-Buchse	ungeschirmt	RJ45, stehend oder liegend	siehe RASPI1
RASPI4	1	Netzwerk-Buchse	ungeschirmt	RJ45, stehend oder liegend	siehe RASPI1
ARDUINO1	2	Sockelleisten für den Arduino		2x 17-polig RM2,54 Höhe: 0,8
Screwterminals 2er	16	Screwterminals		2-polig RM3,5	http://de.rs-online.com/web/p/leiterplatten-printklemmen/8971332/
Screwterminals 3er	1	Screwterminals		3-polig RM3,5	http://de.rs-online.com/web/p/leiterplatten-printklemmen/8971335/
Pinleisten	14	Pinleisten für die Montage der Soundkarte		1-polig RM2,5
Drähte	12	Kurze Drähte für die Montage des NanoHubs

R17 wird aktuell nicht bestückt.

Teile auf der Adapterplatine

Bezeichner auf der Platine	Anzahl	Bauteilbeschreibung	Wert	Bauforum	Beschaffung
CAM3	1	FFC-Buchse		15-polig RM1,0	Siehe CAM1
DPB1	1	Netzwerk-Buchse	ungeschirmt	RJ45, stehend oder liegend	siehe RASPI1
DPB2	1	Netzwerk-Buchse	ungeschirmt	RJ45, stehend oder liegend	siehe RASPI1
DPB3	1	Netzwerk-Buchse	ungeschirmt	RJ45, stehend oder liegend	siehe RASPI1
DPB4	1	Netzwerk-Buchse	ungeschirmt	RJ45, stehend oder liegend	siehe RASPI1
Screwterminals 2er	6	Screwterminals		2-polig RM3,5	Siehe Screwterminals 2er
Screwterminals 3er	1	Screwterminals		3-polig RM3,5	Siehe Screwterminals 3er

Breakoutboards / fertige Platinen

Bezeichner auf der Platine	Anzahl	Bauteilbeschreibung	Wert	Bauforum	Beschaffung
ARDUINO1	1	Arduino Micro		RM2,5
AMP1	1	3,7W Verstärker		RM2,5	https://www.adafruit.com/product/987
SND1	1	BIGtec USB Soundkarte 7.1			https://www.amazon.de/gp/product/B005BYCBO8
NUSB1	1	NanoHub			https://www.tindie.com/products/mux/nanohub-tiny-usb-hub-for-hacking-projects/
USB1	1	Micro-USB-Breakout			https://eckstein-shop.de/SparkFun-microB-USB-Breakout
USB2	1	Micro-USB-Breakout			Siehe USB1

Es ist wichtig, dass genau diese Komponenten (bzw. 100% kompatible) verwendet werden, da die entsprechenden Footprints auf der Platine vorhanden sind.

Kabel

Anzahl	Typ	Verwendung	Beschaffung
4	Standard-RJ45-Netzwerkkabel (eine Schirmung ist nicht nötig)	Verbindung der Türstation mit dem Schaltschrank
1	USB-Kabel 20cm (oder kürzer bei abgewinkelten Steckern)	Verbindung der Hauptplatine mit der USB-Buchse des Arduinos.
1	USB-Kabel	Verbindung der Adapterplatine mit dem Raspbberry Pi
1	FFC-Kabel	Verbindung der Hauptplatine mit der Kamera. 1)	20cm: http://de.rs-online.com/web/p/ffcfpc-uberbruckungskabel/1222534/ 15cm: http://de.rs-online.com/web/p/ffcfpc-uberbruckungskabel/1222533/ 10cm:http://de.rs-online.com/web/p/ffcfpc-uberbruckungskabel/1222532/
1	FFC-Kabel	Verbindung der Adapterplatine mit dem Raspberry Pi. 1)
-	1-polige Kabel	Verbindung des PiFace2 mit den Screwterminals auf der Adapterplatine. Es empfiehlt sich im Sinne der Übersichtlichkeit bunte Kabel zu verwenden.
-	1-polige Kabel	Verbindung der Screwterminals auf der Hauptplatine mit diversen Sensoren und Aktoren. Auch hier machen bunte Kabel durchaus Sinn.
-	Schrumpfschlauch um die Kabelenden an den Sensoren und Aktoren zu isolieren.

1) Es gibt FFC-Kabel als Type A-D. Hier eine Auflistung: http://www.esskabel.de/upload/files/pdf/FFC-Abisolierungen-GmbH.pdf Bei der Auswahl der Kabel sollte auf die Ausrichtung der Kamera geachtet werden.

Sensoren/Aktoren

Anzahl	Beschreibung	Beschaffung
2	Lautsprecher	Siehe DoorPi_und_FHEM#Audio-Subsystem
2	Mikrofone	Siehe DoorPi_und_FHEM#Audio-Subsystem
1	PiCam	Siehe DoorPi_und_FHEM#Kamera-Subsystem
3	Schliesserkontakte für Sabotage und den Briefkastenmelder, mit der Möglichkeit in geöffnetem Zustand durchzuschalten	http://de.rs-online.com/web/p/mikroschalter/1594590/
1	Fototransistor	https://www.reichelt.de/Fotodioden-etc-/LPT-80/3/index.html?ACTION=3&LA=5700&ARTICLE=60550&GROUPID=3045&artnr=LPT+80
1	Bewegungssensor (PIR13)	Siehe DoorPi_und_FHEM#Sensoren
1	Beleuchteter Klingelknopf	Siehe DoorPi_und_FHEM#Sensoren
9	IR-LEDs	Siehe DoorPi_und_FHEM#Kamera-Subsystem
1	iButton-Leser mit RGB-Beleuchtung	Siehe DoorPi_und_FHEM#iButton-Subsystem
1	Standard LED 5mm für den Briefkastenmelder	http://de.rs-online.com/web/p/leds-sichtbares-licht/2285988/
1	3,2" Display (Falls eine andere Grösse verwendet werden soll, kann die Hauptplatine nicht mehr hinter das Display montiert werden.)	Siehe DoorPi_und_FHEM#Nextion-Subsystem

Sonstiges

Ansonsten wird nur noch der Raspberry Pi mit Netzteil und einem aufgesteckten PiFace2 benötigt.

Weitere elektronisch relevante Teile werden nicht benötigt. Die Frontplatte u.Ä. werden hier nicht behandelt (Inspiration gibt es natürlich hier: DoorPi_und_FHEM#Frontplatte oder im DoorPi-Forum).

Zusammenbau der Hauptplatine

Der Zusammenbau der Platine ist mit moderaten Lötkenntnissen zu bewerkstelligen.

Benötigt werden:

• Ein Standardlotkolben (am Besten mit Temperaturregelung)
• Lötzinn 0,3mm und 1,0mm
• Pinzette
• Flussmittelstift
• Entlötlitze

Auflöten der SMD-Bauteile

Hauptplatine mit aufgelöteten SMD-Bauteilen.

Die SMD-Bauteile befinden sich alle auf der Unterseite. Als Bauform kommt nur 1206 zum Einsatz, selbst als Anfänger sollte man das problemlos hinbekommen. Dazu empfiehlt es sich die Pads auf der Platine vorher ein wenig zu verzinnen. Dann das SMD-Bauteil mit der Pinzette festhalten und an einer Seite mit wenig Zinn anlöten. Nachdem das Bauteil fixiert ist kann man die andere Seite verlöten. Zum Schluss nochmal das erste Pad mit etwas mehr Zinn nachlöten und das Bauteil evtl. noch ein wenig auf die Platine drücken. Es empfiehlt sich hier das 0,3mm Lötzinn zu verwenden, da man so mehr Kontrolle über die Menge des verwendeten Zinns hat.

Auflöten der THT-Bauteile

Hauptplatine mit aufgelöteten THT-Bauteilen.

Die THT-Bauteile von oben einstecken und von unten verlöten.

In diesem Arbeitsschritt können auch die Sockelleisten für den Arduino aufgelötet werden. Bitte nicht den Arduino direkt auflöten, da sonst dessen USB-Buchse nicht mehr zugänglich ist und durch die Screwterminals blockiert wird. Die Sockelleisten heben den Arduino über die Screwterminals, sodass ein eingesteckter Micro-USB-Stecker über diesen schwebt. Ein Nachteil in Bezug auf Zuverlässigkeit besteht meines Erachtens nicht, da die Sockelleisten den Arduino extrem fest fixieren und dieser nur mit viel Kraftaufwand herausgezogen werden kann.

Hinweis: Man benötigt 17er Sockelleisten für den Arduino, leider gibt es meistens nur 20er. D.h. man muss diese kürzen. Das geht recht gut mit einem Cuttermesser indem man durch Loch 18 schneidet. Dazu die Sockelleiste umgedreht auf einen festen Untergrund stellen und entlang des Pins schneiden. Danach dann den Überstand wegschnitzten.

Die FFC-Buchse kann je nach Ausrichtung entweder in CAM1 oder CAM2 eingelötet werden. Bei vertikalem Aufbau, also wenn sich die Kamera über oder unter dem Display befindet, sollte CAM2 verwendet werden. Bei horizontalem Aufbau, also wenn sich die Kamera links oder rechts des Displays befindet, sollte CAM1 verwendet werden. Beim Einstecken rastet die Buchse in den Löchern ein, das erleichtert das Einlöten. Da das RM hier relativ klein ist, sollte unbedingt wieder das 0,3mm Lötzinn verwendet werden. Zur Not kann der Arduino so auch leicht getauscht werden.

Ebenfalls muss nun die USB-Buchse (AU1) aufgelötet werden. Die Buchse schnappt in den grossen Löchern ein, wenn man sie einsteckt. Man fängt mit den Pins an und lötet zum Schluss die beiden GND fest. Hier kann ruhig ordentlich Lötzinn benutzt werden, da diese Verbindung nachher maßgeblich zur Stabilität der Buchse beiträgt.

Auflöten der Zusatzplatinen/Breakoutboards

NanoUSB

NanoHub, testweise auf 1,27mm Pinleisten gesteckt

WICHTIG: Der NanoHub muss VOR der Soundkarte aufgelötet werden.

Zuerst müssen kleine Drähte in die Pinlöcher für den NanoHub auf der Hauptplatine gelötet werden. Diese müssen auf der Oberseite gelötet werden und auf der Unterseite herausschauen.

Nachdem die Pins aufgelötet sind, kann der NanoHub von UNTEN aufgelötet werden. Da das RM des NanoHubs extrem klein ist empfiehlt es sich das 0,3mm Lötzinn zu verwenden. Der Lötkolben sollte dabei nur die eben eingelöteten Drähte berühren. Anderenfalls besteht die Chance, dass man den NanoHub zerstört. Ich habe gute Erfahrungen damit gemacht, die Drähte zu erhitzen und dann das Lötzinn direkt am Loch auf den Draht zu drücken. Da nur sehr wenig Zinn nötig ist, schliesst sich das Loch sofort und die Verbindung ist gemacht.

Soundkarte

Vorbereitete Soundkarte

Die Soundkarte wird zuerst aus Ihrem Gehäuse entfernt. Danach werden die beiden Audio-Buchsen und die USB-Buchse entfernt. Ich hab die beiden Audio-Buchsen relativ brutal mit einem Cuttermesser zerstört und die einzelnen Verbindungen zur Platine mit einem Saitenschneider abgetrennt. Zum entfernen der Buchsen-Pole sollte eine Entlötlitze verwendet werden. Es kann auch helfen zuerst frisches Lötzinn und Flussmittel aufzutragen.

Wer möchte kann noch die LEDs auslöten. Nötig ist es nicht, und die LEDs sind ganz praktisch bei der Fehlersuche.

Sind die Buchsen entfernt, müssen jeweils einzelne Pins eingelötet werden. Hierzu wird eine 2,54mm Pinleiste benötigt. Man trennt jeweils einen Pin ab. Insgesamt werden 14 Pins benötigt. 5 für den Ausgang, 5 für den Eingang und 4 für USB. Da der Abstand der mittleren USB-Pins kleiner als 2,54mm ist, habe ich dort die Abstandshalter entfernt. Bei allen anderen Pins nicht.

Die so vorbereitete Platine kann nun auf die Hautplatine gelötet werden. WICHTIG: Der NanoHub muss bereits aufgelötet sein!

Verstärker

Verstärker vor dem Einbau.

Der Verstärker wird mit einer Pinleiste, zwei Screwterminals und einer Jumperleiste geliefert. Alle drei Teile müssen zuerst auf die Verstärkerplatine gelötet werden. Danach kann die Verstärkerplatine auf die Hautpplatine gelötet werden. Da es sich um 2,54RM handelt ist dies relativ simpel.

Die Platine hat Löcher passend zu den Befestigungslöchern des Verstärkers. Diese könnte man mit Abstandshaltern aus Plastik oder Schrauben verwenden. Ich habe dies allerdings nicht getan, da die Pinleiste den Amp ausreichend fixiert.

Auflöten der Screwterminals

Es gibt prinzipiell nur 2er oder 3er. Die verkauften 4er, 5er oder mehr sind jeweils nur zusammengesteckte 2er und/oder 3er. Ich habe die Terminals vorher in entsprechender Länge zusammengesteckt und dann eingelötet. Es geht aber sicher auch einzeln.

Auflöten der RJ45-Buchsen

Hauptplatine mit stehenden RJ45-Buchsen.

Für die RJ45-Buchsen können je nach Einbausituation liegende oder stehende Buchsen verwendet werden. Die Footprints der ausgesuchten Buchsen sind in beiden Varianten identisch.

Aufstecken des Arduinos

Zum Schluss noch den Arduino aufstecken. Die USB-Buchse des Arduinos muss nach oben zeigen, also weg von den RJ45-Buchsen. Nun sollte noch der Arduino mittels eines kurzen USB-Kabels mit AU1 verbunden werden. Es empfiehlt sich ein Kabel mit entsprechend abgewinkeltem USB-Steckern zu verwenden. Bei herkömmlichen Standard-Steckern werden mindestens 20cm benötigt.

Zusammenbau der Adapterplatine

Fertige Adapterplatine mit liegenden RJ45-Buchsen.

Die Adapterplatine ist verhältnismäßig einfach. Benötigt wird das gleiche Material wie für die Hauptplatine. Elektronische Bauteile sind hier keine vorhanden.

Auflöten der FFC-Buchse (THT)

Wie gehabt auflöten. Hier gibt es nur eine Variante CAM3.

Auflöten der Micro-USB-Breakoutboards

Es gibt zwei identische USB-Footprints mit unterschiedlichen Ausrichtungen. Es können beide verwendet werden, z.B. wenn der Sachverhalt ausgenutzt wird, dass man den RaspberryPi über die USB-Ausgänge mit Strom versorgen kann. In diesem Fall schliesst man das Netzteil an die Adapterplatine an und verbindet die Adapterplatine per USB mit dem RaspberryPi. Der RaspberryPi hat dann kein eigenes Netzteil. Das kann praktisch sein, falls man Adapterplatine und RaspberryPi in einem Gehäuse unterbringen möchte. Ist der RaspberryPi bereits mit Strom versorgt, kann man nur eine der beiden USB-Buchse auflöten.

Auflöten der Screwterminals

Wie gehabt auflöten.

Auflöten der RJ45-Buchsen

Wie gehabt auflöten. Auch hier ist es möglich stehende oder liegende Buchsen zu verwenden.

Verkabelung Hauptplatine

Die folgende Tabelle beschreibt die auf der Hauptplatine vorhandenen Screwterminals und Ihren jeweiligen Zweck.

Beschriftung auf der Platine	Zielgerät	Zielverwendung	Beschreibung
LOUT-	Lautsprecher Links	Minus
LOUT+	Lautsprecher Links	Plus
ROUT+	Lautsprecher Rechts	Minus
ROUT-	Lautsprecher Rechts	Plus
FT-	Fototransistor	Minus	Kollektoranschluss bzw. kurzes Beinchen
FT+	Fototransistor	Plus	Emitteranschluss bzw. langes Beinchen
PIR	Bewegungsmelder (PIR13)	OpenCollector
V	Bewegungsmelder (PIR13)	VCC
G	Bewegungsmelder (PIR13)	GND
RNG (Ring)	Klingelknopf	2-poliger Kontakt
RL- (RingLED Minus)	Beleuchtungs-LED des Klingelknopfes	Minus
RL+ (RingLED Plus)	Beleuchtungs-LED des Klingelknopfes	Plus
G	IR-LEDs	GND
IR1-9 (InfraRed 1-9)	IR-LEDs	3x Plus für jeweils 3 IR-LEDs	Die IR-LEDs benötigen KEINE Widerstände, diese sind bereits auf der Platine enthalten.
SAB (Sabotage)	Sabotage	2-poliger Kontakt
G	iButton Leser	1Wire-GND	gelbe Ader im Kabel
1W (1Wire)	iButton Leser	1Wire-Daten	weiße Ader im Kabel
RD (Red)	iButton Leser	GND für Rot	pinke Ader im Kabel
GR (Green)	iButton Leser	GND für Grün	grüne Ader im Kabel
BL (Blue)	iButton Leser	GND für Blau	graue Ader im Kabel
V	iButton Leser	VCC für alle LEDs	braune Ader im Kabel
PL- (PostBoxLED Minus)	Briefkastenstatus-LED	Minus
PL+ (PostBoxLED Plus)	Briefkastenstatus-LED	Plus
TX	Nextion-Display	TX	Siehe Rückseite des NEXTION-Displays
RX	Nextion-Display	RX	Siehe Rückseite des NEXTION-Displays
V	Nextion-Display	VCC	Siehe Rückseite des NEXTION-Displays
G	Nextion-Display	GND	Siehe Rückseite des NEXTION-Displays
G	Mikrofon 1	GND
MIC	Mikrofon 1	MIC
G	Mikrofon 2	GND
MIC	Mikrofon 2	MIC
PBD (PostBoxDoor)	Briefkastentür	2-poliger Kontakt
PBT (PostBoxTrap)	Briefkastenklappe	2-poliger Kontakt
CAM1 oder CAM2	Pi Kamera	FFC	15-poliges Flachbandkabel
AU1	Arduino	USB
RASPI1	Adapter-Platine	DPB1 (DoorPiBoard1)	Standard-Netzwerkkabel
RASPI2	Adapter-Platine	DPB2 (DoorPiBoard1)	Standard-Netzwerkkabel
RASPI3	Adapter-Platine	DPB3 (DoorPiBoard1)	Standard-Netzwerkkabel
RASPI4	Adapter-Platine	DPB4 (DoorPiBoard1)	Standard-Netzwerkkabel

G und V sind mehrfach vorhanden und auch auf der Platine nicht unterschiedlich beschriftet. Die Anschlüsse sind in entsprechender Nähe zu anderen einzigartigen Anschlüssen positioniert, sodass die Zugehörigkeit selbsterklärend sein sollte. Im Zweifel hilft das oben gezeigte Übersichtsdiagramm.

Verkabelung Adapterplatine

Beschriftung auf der Platine	Zielgerät	Zielverwendung	Beschreibung
PBL (PostBoxLED)	PiFace2	OUT 7
PBT (PostBoxTrap)	PiFace2	IN 3
IRI (InfraRedIn)	PiFace2	OUT 3
PBD (PostBoxDoor)	PiFace2	IN 2
MOV (Movement)	PiFace2	IN 6
SAB (Sabotage)	PiFace2	IN 7
ASW (AudioSwitch)	PiFace2	OUT 5
DOP (DoorOpen)	PiFace2	IN 1
WID (WrongID)	PiFace2	IN 4
LST (LockState)	PiFace2	IN 5
HLK (HardLock)	PiFace2	OUT 4
DLO (DashLightOn)=	PiFace2	OUT 2
RNG (Ring)	PiFace2	IN 0
CAM3	Raspberry Pi	Camera (FFC)	15-poliges Flachbandkabel
USB1 oder USB2	Raspberry Pi	USB
DPB1	Hauptplatine	RASPI1	Standard-Netzwerkkabel
DPB2	Hauptplatine	RASPI2	Standard-Netzwerkkabel
DPB3	Hauptplatine	RASPI3	Standard-Netzwerkkabel
DPB4	Hauptplatine	RASPI4	Standard-Netzwerkkabel

Mit dem Arduino kommunizieren

Prinzipiell spricht man den Arduino an, indem man sich auf dem RaspberryPi per ssh einloggt.

Ich gehe davon aus, dass der Arduino mit /dev/ttyACM0 angesprochen werden kann. Falls nicht bitte stattdessen das richtige Device verwenden ("dmesg" hilft hier im Zweifel).

Sketch des Arduinos aktualisieren

Zuerst erzeugt man mit der Arduino IDE eine kompilierte Sketch-Datei (Sketch->Überprüfen/Kompilieren). Die erzeugte hex-Datei per scp (oder sonst wie) auf den RaspberryPi kopieren. Im Folgenden DoorPi.cpp.hex genannt.

Zum Flashen habe ich ein kleines Python-Script "flash.py". Dieses ebenfalls auf den RaspberryPi kopieren.

#!/usr/bin/python
import sys, serial, os, time

# Reset the Arduino
ser = serial.Serial(sys.argv[1], 1200)
ser.close()

# Wait 1 sec
time.sleep(1);

# Actually flash 
os.system("avrdude -patmega32u4 -cavr109 -P " + sys.argv[1]  +" -b57600 -D -Uflash:w:" + sys.argv[2] + ":i");

Benötigt werden folgende Pakete: python, python-serial und avrdude. Installiert werden diese wie folgt:

$ apt-get install python python-serial avrdude

Geflashed wird dann wie folgt:

$ python flash.py /dev/ttyACM0 DoorPi.cpp.hex

Die erfolgreiche Ausgabe sieht so aus:

Connecting to programmer: .
Found programmer: Id = "CATERIN"; type = S
    Software Version = 1.0; No Hardware Version given.
Programmer supports auto addr increment.
Programmer supports buffered memory access with buffersize=128 bytes.

Programmer supports the following devices:
    Device code: 0x44

avrdude: AVR device initialized and ready to accept instructions

Reading | ################################################## | 100% 0.00s

avrdude: Device signature = 0x1e9587
avrdude: reading input file "DoorPi.cpp.hex"
avrdude: writing flash (18994 bytes):

Writing | ################################################## | 100% 1.90s

avrdude: 18994 bytes of flash written
avrdude: verifying flash memory against DoorPi.cpp.hex:
avrdude: load data flash data from input file DoorPi.cpp.hex:
avrdude: input file DoorPi.cpp.hex contains 18994 bytes
avrdude: reading on-chip flash data:

Reading | ################################################## | 100% 0.50s

avrdude: verifying ...
avrdude: 18994 bytes of flash verified

avrdude: safemode: Fuses OK (E:CB, H:D8, L:FF)

avrdude done.  Thank you.

Serielle Konsole vom Arduino auslesen

Falls man das Paket screen nicht installiert hat, tut man das mit:

$ apt-get install screen

Danach kann die Ausgabe der seriellen Konsole wie folgt angezeigt werden:

$ screen /dev/ttyACM0 9600 

Damit bekommt man dann die Ausgabe wie man sie aus der Arduino IDE kennt. Also alles was man mittels "Serial.write" rausgeschrieben hat.

Um das Ganze zu Beenden drückt man Strg-A, dann "k" für kill und dann "y" um die Nachfrage zu bejahen.

Kreative alternative Verwendungen der Platine

In diesem Abschnitt werden Hacks behandelt, welche die Platinen kreativ und nicht so wie gedacht verwenden. Maßgeblich entstanden diese durch Nachfragen. Die Ideen hier sind ungetestet und entsprechend der Machbarkeit kommentiert. Falls jemand einen dieser Hacks erfolgreich in Betrieb hat würde ich mich über Feedback freuen. Man sollte natürlich wissen was man tut.

Mehrfamilienhäuser (ungetestet)

Obwohl das DoorPiBoard für klassische "Häuslebesitzer" gedacht ist, ist es möglich bis zu vier Klingelknöpfe zu verwenden. Hierzu kann man auf den Briefkastenmelder und/oder den Sabotagekontakt verzichten und bekommt somit bis zu drei weitere Tastereingänge für Klingelknöpfe (SAB, PBT und PBD) verwenden. Analog zu RNG (der originale Klingelknopf) werden diese direkt an das PiFace2 weitergeleitet und können somit von DoorPi als weitere Klingelknöpfe konfiguriert werden. Das sollte recht sicher funktionieren.

Falls man beleuchtete Klingelknöpfe verwendet ist es evtl. möglich R15 nicht zu bestücken, sondern zu überbrücken und dann extern an jeden Klingelknopf einen eigenen Widerstand (220Ohm) zu schalten. Der 2N7000 kann 0,2A und 0,4W schalten, falls das für die vier Knöpfe nicht ausreicht, kann man einen Transistor mit höheren Werten verwenden. Falls das funktioniert ist die Klingelknopfbeleuchtung weiterhin verfügbar. Alternativ kann man beliebige V + G Ausgänge der Platine verwenden um 5V abzugreifen und mittels entsprechender Widerstände (220Ohm) an die LED-Beleuchtung der Knöpfe anzuschliessen. Das sollte recht sicher funktionieren, man verliert dann allerdings die Dimmfähigkeit des Klingelknöpfes.

Alternativen zum iButton-Leser

Der iButton-Leser wird per 1-Wire angeschlossen. Sprich man kann auch einen anderen Sensor verwenden, solange er mit 5V funktioniert und über den Arduino ansprechbar ist.

Dies sollte z.B. mit folgenden Sensoren funktionieren

• RFID: http://www.fuchs-shop.com/de/shop/43/1/13372663/ (erfolgreich getestet. Danke @UweH)

Fingerprint-Leser (ungetestet)

Falls man auf das Display verzichtet sollte es möglich sein, dass man diesen Fingerprint-Sensor stattdessen anschliesst (V,G,TX,RX): https://learn.adafruit.com/adafruit-optical-fingerprint-sensor Evtl. ist das auch mit Software-Serial mit anderen Pins möglich. Falls jemand so einen Sensor hat wäre es super hier Testergebnisse zu haben.

Eine andere Idee wäre den Fingerprint-Sensor per UART-USB-Konverter an die USB-Buchse auf der Hauptplatine anzuschliessen, welche eigentlich für den Arduino gedacht ist. Damit würde man nur die Fähigkeit verlieren den Arduino remote zu flashen. Eine Beschreibung wie das prinzipiell geht befindet sich z.B. hier: https://sicherheitskritisch.de/2014/03/fingerprint-sensor-fuer-den-raspberry-pi-und-debian-linux/ Das müsste man dann nur noch in DoorPi integrieren.

Sammelbestellungen

Sammelbestellung für Revision #26 bis zum 01.05.2017: https://forum.fhem.de/index.php?topic=70652.msg621355#msg621355