PowerOn-Logik und Akkubetrieb⚓
Beim Betrieb des Raspberry Pi mit einer Powerbank (= Akkupack) muss dieser mit einem extra Schalter oder einer gesonderten Logik nach dem Herunterfahren vom Akku getrennt werden.
Da irrtümlicherweise eine Power-Bank mit Spannungsunterbrechung beim Umschalten zwischen Laden und Entladen ausgewählt wurde, wurde eine zusätzliche NiMH-Akkustütze mit 4,8 V Nennspannung vorgesehen. Dazu sind 2 Schalttransistoren oder ein Relais mit 2 Schaltkontakten erforderlich. Da der Raspberry Pi recht empfindlich auf Spannungseinbrüche reagiert, wurde ein 5-V-Relais mit 2 Arbeitskontakten verwendet, um sich Probleme mit RDSon von MOSFETs mit kleiner Gatespannung vom Hals zu halten.
Der Power-Knopf soll genauso wie beim PC arbeiten:
- Kurz drücken im ausgeschalteten Zustand = Einschalten und Hochfahren
- Kurz drücken im eingeschalteten, hochgefahrenen Zustand = Herunterfahren und Ausschalten
- Lang drücken (im eingeschalteten Zustand) = Ausschalten (Auch ein Raspberry Pi stürzt mal ab!)
Dabei sind noch folgende Fallstricke zu beachten:
- Auch wenn im Internet das Gerücht herumgeistert, dass der heruntergefahrene Raspberry Pi am Low an Pin 8 (TxD, GPIO14) erkennbar ist, es stimmt nicht. Zumindest nicht für den hier vorliegenden Pi3. Software muss dieses Pin auf High setzen. Während des Bootvorgangs hat das Pin wechselnde Pegel, siehe Grafik im Schaltplan. Richtig ist, dass das Pin ohne Zutun von Software im Halt-Zustand auf Low geht oder hochohmig wird. Um nicht während des Bootvorgang den Raspberry Pi auszuschalten, sollte das Abschalten (am einfachsten) mit einer Zeitverzögerung von einigen Sekunden geschehen.
- Da der kurze Knopfdruck zum Einschalten auch dann funktionieren sollte, wenn der Raspberry sich im Halt-Zustand befindet und noch nicht abgeschaltet wurde (= im Timeout), sollte der Raspberry Pi auch eingeschaltet werden. Dazu muss Pin 5 (I²C SCL, GPIO3) auf Low gezogen werden. Da an diesem Pin auch die I²C-Echtzeituhr hängt, blockiert ein Tastendruck die Abfrage derselben. Das ist verzeihlich, da die Abfrage nur einmal beim Hochlauf erfolgt.
- Das Pin 5 dient auch zur Signalisierung des Herunterfahr-Wunsches.
Dazu läuft Software als Systemdienst, die dieses Pin abfragt.
Ich habe den Kode
von dort
kopiert und erheblich angepasst:
- Die winzige Binärdatei läuft per se als normaler User (zum Testen), allenfalls das Herunterfahren benötigt entsprechend „erhöhte“ Rechte. Sollte in jedem „Runlevel“ laufen.
- Läuft parallel zum I²C-Verkehr, ohne diesen zu beeinträchtigen.
- Benötigt keine externen Bibliotheken, keine libbcm2835.a, öffnet nur /dev/gpiomem.
- Binärdatei ohne dynamische Abhängigkeite, ohne
system(), ohnefork(), Austausch des Prozess-Abbildes durchexeclp(). - Installation und Ablauf via moderneres systemd und nicht mehr via init.d.
- Makefile mit Zielen „install“ und „uninstall“: Also Aufruf:
- Zum Bauen und Installieren (als Dienst in systemd): sudo make install
- Zum Deinstallieren aus systemd: sudo make uninstall
Bei Low-Pegel wird systemctl poweroff abgesetzt. Komfortabler wäre ein grafisches Auswahlmenü, aber so funktioniert es auch ohne Display.
- Das alte Python-Programm legt den I²C-Bus
und damit die Echtzeituhr lahm (i2cdetect -y 1 findet nichts mehr),
und dieser lässt sich danach nur noch mittels
sudo modprobe -r i2c_bcm2835 und anschließendem
sudo modprobe i2c_bcm2835 wiederbeleben!
Eine Untersuchung des Python-Programms mittels strace zeigte auf,
dass die
RPi.GPIO-Bibliothek auf die Dateien unter/sys/class/gpioaufsetzt. Benutzt man diese Dateien „zu Fuß“ (Beispiel) gibt es das gleiche Phänomen; echo 3 > unexport lässt I²C unbeeindruckt, es bleibt tot. Das Datenblatt des BCM2835 verrät hingegen, dass das Portpin in jeder Konfigurationsart gelesen werden kann. Daher ein Neuansatz als C++-Programm. Die statische Linkbibliothekbcm2835funktioniert via Shared Memory, benutzt/dev/mem. Dieses Programm funktioniert nun auch gemeinsam mit I²C. Außerdem lässt es sich mit Strg+C beenden. - Die „Lösung“ mit der Datei
/boot/config.txtund der Zeiledtoverlay=gpio-shutdownist völlig wirkunslos.
Beachte den Unterschied zwischen shutdown und poweroff! shutdown ist Herunterfahren ohne Ausschalten: Korrekterweise sollte auf dem Bildschirm „Sie können den Computer jetzt ausschalten“ bzw. “It's now safe to turn off your computer” stehen. Wie beim AT-Netzteil. Bekannterweise (?) kann man beim Raspberry einen Neustart ohne Spannungstrennung durch Lo-Pegel an GPIO3 = SCL = Pin 5 auslösen. - Die Stromaufnahme mit Display liegt bei 700 mA. (Muss ein Messfehler sein!) Der Verzicht auf das Abschalten würde den Akku leerziehen. Das gesonderte Abschalten des Displays funktioniert nicht. (Jedenfalls weiß ich nicht wie.)
-
Das Abschalten der Stromversorgung nach systemctl poweroff
erfordert auf jeden Fall eine gesonderte Signalisierung! Etwa:
- Hi an GPIO26 = Pin 37, wie beim X728, Vorgabe für dtoverlay=gpio-poweroff, ermöglicht kürzestmögliche geordnete Abschaltzeiten;
- Lo an einem Pin mit eingebautem Pullup und nicht allzu langem Lo-im-Betrieb, naheliegenderweise GPIO2 = SDA = Pin 3 oder auch GPIO3 = SCL = Pin 5;
- via I²C-Slave an einen Chip (etwa ATtiny45, ATmega8), der auch den Rest der USV, insbesondere den Gleichspannungswandler steuert.
Auf jeden Fall ist ein externer Knopf zum Herunterfahren erforderlich, damit der Anwender sich das Herunterfahren auch angewöhnt. Denn der Logger schreibt naturgemäß ständig Daten auf die SD-Karte, und Stecker ziehen beantwortet der Raspberry Pi irgendwann mal mit einem kaputten Bootvorgang. (Bei der Version ohne Akkustütze.)
| Stützzeit | Power-Knopf? | Frühmeldung? | 5 V trennen? | Abschalt-Automatik? |
|---|---|---|---|---|
| Keine | Ja (GPIO3) | keine | Nein | Nein: Crash |
| Sekunden | Ja (GPIO3) | schnell reagierend (GPIO6) | Je nach Akkutyp* | Ja: Zeit muss reichen |
| Länger | Ja (GPIO3 + Schaltung) | GPIO3 oder GPIO6 | Ja | Bei niedrigem Akkustand |
- Nicht vollständig entladbare Energiespeicher (d.h. alle gängigen Akkus) müssen abgetrennt werden. Vollständig entladbare Energiespeicher (Elkos, Superkondensatoren) können angeschlossen bleiben.
- Alle „Power-Bänke“ schalten sich von selbst ab. Nicht alle sind dann spannungsfrei, sondern legen dann ihre Akkuspannung auf die Ausgänge. Alle schalten sich bei zu geringer Ausgangslast ab. Das ist beim Raspberry kaum ein Problem, da seine Stromaufnahme ziemlich hoch ist. Alle geben im abgeschalteten Zustand Spannungsimpulse aus, um zu prüfen, ob ein Verbraucher angesteckt wurde. Das bedeutet, dass man die Abschalt-Elektronik der Powerbank nicht nutzen kann.
- Für Raspberry Pi 4 erscheinen „Power-Bänke“ ungeeignet, weil man für diesen besser 5,4 V Speisespannung einstellt. Sonst drosselt dieser unvermittelt seine Taktfrequenz, sichtbar an Ping-Zeiten im Sekundenbereich.
Diskret mit 4093⚓
Mit dem Vierfach-Schmitt-Trigger-NAND sollte das einfach zu realisieren sein. Die Schaltung ist im AUS-Zustand ruhestromfrei. TxD wird nicht verwendet.
Beschreibung:
- Im Einschalt- und Ruhezustand ist C1 entladen, die LED leuchtet, und das Relais ist angezogen. Über den integrierten Pullup des Raspberry ist GPIO3 auf Hi-Pegel, und das hält den Kondensator C1 entladen.
- Der kurze Druck auf den Taster (ca. 1 s) liefert Lo an GPIO3, am Zeitglied R1C1 passiert erst mal nichts. Die 100 ms kurze Lo-Nadel an IC1C durch den Hochpass R2C2 bewirkt ebenfalls nichts, da der andere Eingang des NAND-Gatters auf Lo liegt und liegen bleibt. Der Dienst powerbutton bemerkt Lo-Pegel an GPIO3, der gegenüber betriebsmäßigem I²C-Takt oder I²C-ClockStretch länger anhält. (Der betriebsmäßige I²C-ClockStretch muss zeitlich begrenzt sein!) Der Dienst „startet“ systemctl poweroff, d.h. er versetzt das System auf den Weg der Abschaltung.
- Der lange Druck auf den Taster (> 7 s) macht dasselbe im Raspberry Pi wie der kurze Druck. Hingegen lädt sich C1, und nach ca. 7 s wird LED + Relais (zwangs-)abgeschaltet. Der unbestromte Raspberry hält daraufhin über seinen Pullup den Eingang auf Lo-Pegel. Dieser Zustand hat keinen Ruhestromverbrauch.
- Der geordnete Herunterfahr-Vorgang macht GPIO3 zum Ausgang (ohne I²C) und legt diesen auf Lo-Pegel. Das wirkt wie ein langer Tastendruck und schaltet schließlich ebenfalls die Stromversorgung ab.
- Das Aufwecken aus dem ausgeschalteten Zustand erfolgt über RC2. Hingegen das Aufwecken eines bestromten Raspberry funktioniert wie gehabt durch Lo an GPIO3.
- Parallel zum Taster ließe sich ein Komparator anschließen, der bei niedrigem Akkustand eine Abschaltung (geordnet oder Zwang) auslöst.
- Ebenfalls parallel zum Taster wird der Interrupt-Ausgang einer Echtzeituhr zum Aufwecken des Raspberry angeschlossen. Der Interrupt-Ausgang muss dazu einen kurzen Lo-Impuls ausgeben, da ein Dauer-Lo zum Ausschalten führen würde und die I²C-Kommunikation blockiert. Bei Dauer-Lo erscheint es einfacher, C1 zu entladen. Aber dann würde eine fehlerhafte Interrupt-Deaktivierung zum Versagen der Zwangsabschaltung führen.
Aufgebaut wurde das Ganze auf einer Lochrasterplatine. Die TxD-Signalisierung wird ignoriert.
Die Schaltung funktioniert gut, solange die Akkuspannung hinreichend konstant ist. Bei einbrechender Spannung machen die Zeitglieder allesamt Probleme. Daher ist der dauerhafte Betrieb nur an der Powerbank problematisch, denn diese schaltet bei fehlender Last den internen Hochsetzsteller ab und gibt nur noch die LiIon-Akkuspannung aus. Diese liegt zwischen 3 und 4,2 Volt.
Nach kurzer Zeit war der NiMH-Akku tot, und diese Schaltung wurde verworfen. Die Platine kam schließlich später bei der angezapften Powerbank zum Einsatz.
Mit Mikrocontroller⚓
Es erscheint seltsam, um einen dicken Mikrocontroller namens Raspberry Pi einen Mikrocontroller herum zu bauen. Aber es ist richtig so, weil der Raspberry Pi im PowerDown-Modus immer noch viel zuviel Strom zieht und sich so ein direkter Akku-Anschluss verbietet. Auch kann er nicht ohne DC/DC-Wandler leben wie so ein weitbereichsfähiger 8-Bit-Mikrocontroller.
Mit ATtiny4⚓
Diese Sechsbeiner liegen gerade herum und lösen alle oben genannten Probleme ohne weitere Hardware. Ein billigerer PIC10F200 tut's auch.
Mit ATtiny45 oder PIC12F508⚓
Der Raspberry Pi unterhält sich mit dem Mikrocontroller über I²C, und dieser kann den Akku-Ladezustand zurückgeben (wenn an einer frisierten Powerbank herausgeführt). Dazu sollte ein Mikrocontroller mit A/D-Wandler eingesetzt werden.
Auch hier blieb es beim Konzeptstadium, da keine geeignete Powerbank mit befriedigender Funktion gefunden wurde. ATtiny13 ist unpraktisch da dieser keine I²C-Funktion in Hardware unterstützt. (Software-I²C ist zwar möglich aber bei 400 kHz Taktrate schon sehr anspruchsvoll.) Der ATtiny45 enthält ein Universelles Serielles Interface (USI) mit I²C-Unterstützung und Hardware-Clock-Stretch, was Taktraten von 400 kHz erlaubt und so andere Hardware nicht ausbremst.
Mit ATmega48⚓
Dieser kann sogleich die Funktion der Echtzeituhr inklusive Wakeup übernehmen, die am asynchronen Zeitgeber 2 mit einem 32-kHz-Uhrenquarz betrieben wird. Mit seinen vielen PWM-Anschlüssen kann dieser sämtliche MOSFETs und DC/DC-Konverter für eine Gesamtlösung betreiben:
- Switched-Capacitor-Netzwerk zur Bereitstellung einer leistungsarm verdreifachten Gate-Ansteuerspannung
- Abtrennen des Akkus via 1. MOSFET und Pegelwandler oder Relais
- Aufwärtsregler vom Akku zum Raspberry Pi via 2. MOSFET und Spule
- Abwärtsregler zum Laden des Akkus via 3. MOSFET und dieselbe Spule
- Abwärtsregler zum Netzbetrieb des Raspberry Pi via 4. MOSFET und weitere Spule
- Messen aller zum Betrieb erforderlichen Spannungen und Ströme
Muss mal gebaut werden, spätestens nach dem Reinfall mit dem PiUPS+.
Für die Schalter gibt es inzwischen hinreichend gute p-Kanal-MOSFETs IRLML2244, für die kein extra High-Side-MOSFET-Treiber mehr erforderlich ist. Das ändert den Schaltplan erheblich. Den Akkustrom misst man am einfachsten mit einem Shunt auf der Minus-Seite. Für alle anderen Ströme nimmt man besser den INA138, auch wenn dieser mit 2 € schon recht teuer ist. Der Verzicht auf den Weitbereichs-Eingang (also nur 5 V) erspart einen Transistor mit seiner Ansteuerung sowie eine der beiden Spulen. Es ist auch keine soo schlechte Idee, den Raspberry Pi weiterhin mit einem Relais zu schalten.
Mit PIC16F1459⚓
Dieser 20-beinige Mikrocontroller erscheint noch maßgeschneiderter für diese Aufgabe, auch wenn man sein USB-Interface nicht (oder nur als Urlader) braucht. Siehe mittleres Bild. Er enthält die dazu nötige Hardware:
- Asynchroner 32-kHz-Quarzoszillator (2 = RA5) (3 = RA4)
- Komplementärer PWM-Generator (5 = RC5) (6 = RC4)
- Einfacher PWM-Generator (8 = RC6)
- I²C 400 kHz Slave (11 = SCL = RB6) (13 = SDA = RB4)
- A/D-Wandler (16 = RC0) (15 = RC1) (14 = RC2) (7 = RC3) (9 = RC7), zur Not (12 = RB5)
- Digitale Ein-/Ausgänge (12 = RB5) (10 = RB7), zur Not (4 = RA3 =
Reset ), (19 = RA0 = USB D+), (18 = RA1 = USB D-)
Mit PIC16F1708⚓
Wie oben, jedoch enthält dieser Mikrocontroller bereits die beiden OPV zur bidirektionalen Akkustrommessung und ist noch billiger.
Ebenfalls sehr preiswerte 16- und 32-Bit-Mikrocontroller und -Boards, etwa STM32F103, sind weniger gut geeignet wegen ihrer Beschränkung auf 3,3 V E/A-Spannung.
Mit USV⚓
Es gibt für 35 € ein USV-Modul zu kaufen, an dem nur noch der Lithium-Akku anzuschließen ist. Dazu gibt es passende Software. Dieser sprengt leider das zur Verfügung gestellte Budget. Akkus aus defekten Notebooks finden sich. Als besonderes Feature bietet dieses Modul einen Weitbereichs-Eingang, sodass man ein nahezu beliebiges Steckernetzteil verwenden kann.
Schaltplan und Mikrocontroller-Firmware habe ich nicht gefunden, ist anscheinend nicht open-source.
Nun (September 2018) ist das Budget da, und auch Akkus haben sich angefunden. Das USV-Modul soll nun die alte Schaltung vollständig ersetzen. Schade, dass dieses Modul nicht gleich die Echtzeituhr enthält. Hätte man ja in den dort verbauten ATmega8 mit einbauen können. Wieder so eine halbgare Lösung.
Wichtige Infos zu diesem Teil gibt es in diesem Forum. Auch da kann niemand programmieren; das verbesserte Python-Skript zum Auslesen des ATmega8 ist hier. Dieses kann endlich (wenigstens) permanent Spannungen und Ströme anzeigen und ist zu Python3 kompatibel.
Schließlich wurde dieses Board wieder verworfen. Im Testfall während eines Hochlaufs zog es vom Akku 7 A (!). Irgendetwas muss dabei sehr heiß geworden sein. Wahrscheinlich kann man damit keinen Raspberry Pi 3 mit Display betreiben. Auch habe ich partout nicht herausgefunden, wie man das Teil so verwendet, dass es bei Erreichen von „Akku leer“ das Herunterfahren auslöst, nicht nach einer Zeitspanne. Auch ist der Akku-Ladestrom von 100 mA, durch Reduktion von R4 von 10 kΩ auf 2 kΩ dann 500 mA, eher mickrig. (Während der Erprobung war der Ladestrom dann wacklig und nur etwa 400 mA. Vermutlich kommen die eingesetzten MOSFETs an ihre Grenzen.)
Resümee: Das PiUPS+ erscheint nicht dafür gemacht, einen Raspberry Pi mit Akku zu betreiben. Es ist ausschließlich dafür gemacht,
- kurzzeitige Stromversorgungslücken zu überbrücken
- den Flash-Speicher zu schützen
Dafür funktioniert das Teil gut. Aber für mehr taugt es nicht.
Nachtrag⚓
Inzwischen (Herbst 2018) gibt es eine neue USV bei Reichelt zu kaufen, für 40 € teurer als der Raspberry Pi selbst. Die Echtzeituhr ist da mit eingebaut. Vielleicht ist dieses Board ja deutlich besser als das oben angegebene.
Mit angezapfter Powerbank⚓
Am 20. September 2018 traf schließlich ein Powerbank-Bausatz aus China ein. Er beinhaltet alles außer die Akkus. Diese wurden bereits im Vorfeld aus einem alten Akkuschrauber- oder Notebook-Akku ausgeschlachtet. Die Zellen mit mehr als 3 V gelten als noch in Ordnung. Mit einem extra leistungsstarken Lötkolben wurden vier Zellen mit dickem Draht parallel geschaltet. Der dicke Lötkolben sorgt für möglichst geringe Erwärmung der Zelle, die eigentlich nur punktgeschweißt werden darf.
Im Innern ist nur ein einziger achtpoliger Schaltkreis und eine winzige Spule. Ohje! Vom Schaltkreis TP4395 gibt es keinerlei Dokumentation. Beim Testbetrieb zeigte sich, dass die Powerbank nur:
- laden kann, mit ca. 600 mA (das dauert über 20 Stunden!), und dann am Ausgang nichts ausgibt, oder
- entladen kann, dann den benötigten Strom für den Raspberry Pi 3 mit Display locker liefern kann.
Damit ist auch diese Powerbank nicht zur Versorgung eines Raspberry Pi geeignet. Aber man kann das Ding jederzeit öffnen und so den Akku direkt nach außen führen. Ich habe dazu kurzerhand die beiden Datenkontakte der USB-A-Buchse genutzt. Daran einen Hochsetzsteller PTN04050C (mal als Muster bestellt) über das Relais der diskreten Schaltung angeschlossen funktionierte das Ensemble endlich ordentlich. Allerdings muss man bei der Verwendung des Ganzen beachten, dass das Laden der Akkus länger dauert als das Entladen. Das bedeutet, dass auch bei angestecktem Netzkabel die Akkus irgendwann leer werden. Dagegen hilft nur eine Doppel-Schottky-Diode in der Akkuleitung. Diese vermindert allerdings die Effizienz der 5-V-Versorgung ganz erheblich. Richtig wäre eine gesteuerte Diode, also ein weiterer MOSFET. Für geringen Bahnwiderstand bei geringer Gatespannung müsste es ein ganz besonderer Typ sein. Daher ist es schließlich besser, auf eine Mikrocontroller-Lösung auszuweichen, die zusätzlich eine höhere Gatespannung bereitstellt und viel mehr Komfort bietet. Vor allem bietet nur die Mikrocontroller-Lösung das geordnete Herunterfahren bei schwach werdendem Akku. Oder ein zusätzlicher Komparator: Mehr Aufwand.
Die Überwachung der Akkuspannung erfolgt über den A/D-Wandler, am Eingang ADC6. Damit ist diese nicht unabhängig von der Betriebssoftware, dem Logger, aber das ist hier verzeihlich. Die Akkuspannung kommt vom Ausgang 3 des '4093 und ist nicht direkt angeschlossen, da bei ausgeschaltetem Relais ein permanenter Entladestrom in den Eingang des A/D-Wandlers fließen würde. Der Eingang ADC7 wird verwendet, um über den Spannungsabfall über die Schottky-Diode eine Schätzung über die Stromaufnahme zu bekommen.
Diese Schaltung hat nur noch folgende Mankos:
- Die Zeit für das Festhalten des Power-Knopfes bis zur Zwangsabschaltung ist an das Hochlaufverhalten des Raspberry Pi gekoppelt:
- Keine Zwangsabschaltung bei entladenem Akku; dass kann/muss die Betriebssoftware am A/D-Wandler tun
Beides ließe sich mit einer noch komplexeren Schaltung lösen, aber das wird besser einem Mikrocontroller überlassen, der noch vieles mehr besser kann.
Mit X728⚓
Die unterbrechungsfreie Stromversorgung X728 funktioniert halbwegs zuverlässig, mit folgenden Macken:
- Ein externer Austaster prellt, während der eingebaute geht.
Das führt dazu, dass (machmal oder immer) nach Zwangs-Ausschalten
(ich nenne das mal „PowerCut“) der Raspberry wieder startet.
Lösung: Ein kleiner Kondensator parallel zum Taster. Foto der Modifikation: Links der Kondensator - Den Austaster habe ich auf-Teufel-komm-raus nicht zur Funktion
des geordneten Herunterfahrens hinbekommen.
An GPIO5 passiert absolut nichts.
Die zu installierende Software lässt mir die Hände über den Kopf zusammenschlagen.
Lösung: Eine Diode vom Taster nach GPIO3 = SCL = Pin 7 macht den X728 kompatibel zu einfachen Lösungen ohne USV. Foto der Modifikation: Links die Diode mit Drahtverlängerung. Dazu dieser (mein) Hintergrundprozess. Dieser benötigt nur wenig CPU-Last und beißt sich nicht mit I²C, weder in Hard- noch in Software. Zu installieren mit sudo make install. Zum Herunterfahren Power-Taste ca. 1 s drücken. Kürzere Spikes werden wegignoriert, denn das könnte vom I²C-Bus kommen. - Mit der zu installierenden Software kommt ein Programm,
das GPIO26 zu früh setzt, um das Abschalten (in etwa parallel zum Tastendruck)
zu signalisieren.
Außerdem ist es sinnlos groß und in Python.
Sollte das Herunterfahren länger als 7 s dauern, sind die Daten futsch.
Lösung: Der Raspberry bringt ein Kernel-Overlay namens gpio-powerdown mit, welches GPIO26 spätestmöglich setzt. Es wird mit dtoverlay=gpio-powerdown in die /boot/config.txt eingetragen. Dass dabei eine Kernel-Panik auftaucht ist nicht mein Bier: Offensichtlich sind der PowerOff-Schleife die 7 Sekunden zu viel. - Warum auch immer ein Jumper den Einschaltmodus auswählt:
Viel cleverer wäre das via Mikrocontroller und EEPROM einstellbar.
Genauso wie beim PC wählbar zwischen
- Immer aus
- Letzter Zustand
- Immer ein
Richtig beschrieben/gemacht ist die Installation der Echtzeituhr mittels Kernel-Overlay.
Was noch fehlt:
- Batteriefüllstandsanzeige für die GUI (im System-Tray): Erledigt!
- Automatisches geordnetes Herunterfahren bei Batterie-Leer-Warnung und entsprechende Konfiguration: Erledigt!
- Aufwecken des Raspberry von eingebauter Echtzeituhr (erfordert weitere kleine Bastelei)
| Pin | GPIO | Richtung | Name | Nutzung |
|---|---|---|---|---|
| 3 | 2 | SDA | - | I²C für Echtzeituhr DS1307 und Voltmeter |
| 5 | 3 | SCL | - | |
| 29 | 5 | Eingang | SHUTDOWN | ❌ Taste? Funktioniert nicht! Auch nicht als Ausgang
💡 Pin2 des PIC12F508 via 4,7 kΩ |
| 31 | 6 | Eingang | PLD_PIN | ✔️ USV-Speisestatus: H = Batteriebetrieb, L = Netzbetrieb
💡 Pin3 des PIC12F508 |
| 32 | 12 | Eingang | BOOT | ❌Akkuwarnung? Funktioniert nicht! Auch nicht als Ausgang
💡 4,7k an UCC eines '555, 10k an Masse |
| 38 | 20 | Ausgang | BUZZER_PIN | ✔️ Steuerung des (Gleichspannungs-)Piepsers
💡 H = ein via SOT23-Transistor A2L5M |
| 37 | 26 | Ausgang | BUTTON | ✔️ PowerOff-Meldung: Dauer-H = Ausschalten nach 7 s
(wenn sicherer Systemzustand erreicht)
💡 H schließt externen und blauen Taster via SOT23-Transistor W1A kurz, was zum Pin 7 des PIC12F508 führt |
Die nicht funktionierenden Leitungen wurden durch Überwachung aller GPIO nachgewiesen: sudo watch -n 0.1 busybox devmem 0xfe200034 läuft ohne irgendetwas installieren zu müssen. Der Timer '555 scheint voll für die Katz' zu sein. Und auch die „Warning“-LEDs (neben den Akkus) habe ich noch nie leuchten sehen.
Das All-in-one-Installationsskript offenbart die Funktion der Batteriefüllstandmessung: Auf I²C-Adresse 0x36 befindet sich der A/D-Wandler mit folgenden I²C-Daten:
- Auf Subadresse 2 die Spannung × 0,000078125 V als 16-Bit-Wert (I²C-typisch Big-Endian)
- Auf Subadresse 4 der Füllstand × 0,00390625 % als 16-Bit-Wert
Ladezustandsanzeige in LXDE⚓
Auf den Raspberry-Desktop gehört eine Ladezustandsanzeige
in den System-Tray (neben das WLAN- und Bluetooth-Icon).
Das wird vom Hersteller „Geekworm“ bzw. „SupTronics“ nicht angeboten.
Deshalb habe ich's hier (nach einer mehr oder weniger grauenvollen
Vorlage)
in Python3 nachgeschoben.
Mein erstes ernsthaftes
Python-Programm,
dazu mein erstes Qt-Programm.
PyQt5 ist auf dem Raspberry bereits vorinstalliert, nichts ist mit
pip3 zu installieren.
Kann schon:
- Spannung und Füllstand anzeigen: Füllstand via veränderliches Symbol, beides via Tooltip (= Maus darüberhalten für Textanzeige)
- Auswerten von GPIO6 (Netzbetrieb vs. Akkubetrieb) und entsprechend veränderte Anzeige
- Piezokapsel an GPIO20 ansteuern (bei drohendem Powerdown mit 1 Hz)
- Erzwungenes (unbeobachtetes) Powerdown ausführen (kurioserweise geht das ohne extra Rootrechte)
- Deutsch mit Komma statt Punkt (QLocale)
- Einstellungsdialog (siehe Screenshot) (QDialog)
- Einstellungen (die beiden Schwellwerte) speichern (QSettings)
- Anzeigen der Zeit des letzten erzwungenen Powerdown (nach Neustart)
- Symbolgröße an die anderen Symbole anpassen (typisch 32×32, 24×24 oder 16×16)
- Symbol malen statt eine Liste von PNG-Dateien voraussetzen
- Symbol animieren bei Füllstand ≤ 30 %
- Ohne externe Dateien auskommen, dadurch bequem autostartbar:
In /etc/xdg/lxsession/LXDE-pi/autostart eintragen:
@/pfad/X728BatteryStatus.py -a
(Das -a schaltet den Menüpunkt Beenden ab.)
TODO:
- Mehrsprachigkeit
- Piezo-Sound und erzwungenes Powerdown ohne GUI über einen Systemdienst. Möglicherweise derselbe Systemdienst wie mein PowerButton. Datenübertragung (sicherlich) per mqtt.
