[gkd-berlin]

Hallo, hier ist mein Hardware Wakeup Controller für den RPI 1.

Teil: 1    Aufgabenstellung und Gerätekonfiguration

Ich möchte mit dem RPI 1 einen VDR nur zur Aufnahme und Wiedergabe von TV-Sendungen aufbauen.

Die Signalquelle soll DVB-T oder -C sein. Ein Sundtek USB Media TV Home Stick erfüllt diese Aufgabe.

Die Aufzeichnungen sollen auf einer Festplatte gespeichert werden. Hierzu eignet sich eine 500GB HGST Sata-Festplatte (P: 701 728). Um die Festplatte an den RPI 1 anschließen zu können, wird zusätzlich ein USB -> SATA/IDE – Adapter (R: AD SATA/IDE USB2) benötigt.
Ein einfacher und kleinerer LogiLink USB2.0 to SATA Adapter (P: 722 292) ist ungeeignet. Die Festplatte läuft nicht sicher an.

Da der RPI 1 nur über 2 USB-Anschlüsse verfügt, die nicht sehr stromergiebig sind, muß ich einen 4-Port USB Hub 2.0 mit 5V/2A-Netzteil (R: DELOCK 61393) einsetzen.
Später mußte ich feststellen, das Hub-Netzteil liefert nicht genug Strom um die Einschaltspitze der Festplatte abzufangen.
Zunächst wurde ein Netzteil 5V/2.3A (P: 350 882) verwendet. Leider ist dieses Netzteil nach ca. einem Jahr total ausgefallen.
Zur Zeit benutze ich ein 5V/3A-Netzteil (P: 351 451). Ein gutes, leicht überdimensioniertes, Netzteil erscheint mir als sehr wichtig.

Bei Versuchen mit Raspbian wurde mir klar, wenn der RPI 1 im Dauerbetrieb genutzt wird muß eine  aktive Kühlung erfolgen. Passive Kühlkörper reichen alleine nicht aus. Die CPU-Temperatur steigt ohne Übertaktung bis auf 72 °C. Mit einem 40mm Lüfter (R: FAN-ML 4010-12 S) steigt die Temperatur der CPU auf max. 47 °C bei 900MHz Übertaktung.

Mit dem  Sundtek USB Media TV Home Stick  wurde eine Fernbedienung mitgeliefert. Auf dieser FB fehlen einige, für den VDR-Betrieb, wichtige Tasten. Es existieren z.B. keine Farbtasten.
Meine Lösung: Betrieb einer FB von der Hauppauge WinTV Nexus an GPIO18 mit dem IR-Empfänger TSOP 34836.

Eine weitere Forderung: Der RPI 1–VDR sollte, so wie bei einem X86-System, zur Aufnahmezeit aufwachen und danach wieder schlafen gehen. Das Problem ist, der RPI 1 hat keine RTC. Sie kann aber recht einfach nachgerüstet werden.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Leistungsaufnahme des RPI 1.
Messungen mit der MLD-4-0.0 ergaben folgende Werte:
Normaler TV-Betrieb:                                                 8.0 W
Suspend-Mode:                                                         5.2 W
abgeschaltete Platte:                                                5.0 W
ohne DVB-Stick:                                                         4.4 W
ohne USB_Hub:                                                         4.3 W
PowerOff mit allen angeschlossenen Komponenten: 2.3 W
abgeschaltete Platte:                                                 1.9 W
Gemessen mit: Energy Check 3000.
Die Leisungsaufnahme im Suspend-Mode von 5.2W ist mir zuviel.

Die logische Folge: Es muß ein hardwarebasierter Wakeup Controller her, der die gestellten Aufgaben erfüllt.

Eine grundlegende Inspiration für eine mögliche Hardware habe ich mir hier angelesen.

An dieser Stelle möchte ich ausdrücklich betonen: Dieses Ding braucht kein Mensch. Der Aufwand ist, gemessen an kaufbaren Produkten, viel zu hoch.
Trotzdem habe ich den Wakeup Controller aufgebaut und inzwischen in Betrieb.
Es hat mich gereizt mich mit den, auch erst später auftauchenden, Problemen zu befassen und sie zu lösen.
Begonnen habe ich mit dem Projekt vor ca. einem Jahr mit der MLD-4.0.0. Lange Zeit gab es immer wieder Probleme mit der Fernbedienung. Das ist jetzt alles Geschichte. Nun läufts wie es soll.

In den nächste Teilen werde ich ausführlich die einzelnen Schaltungsteile und die damit verbundenen Probleme beschreiben.

Gruß Gerhard

[gkd-berlin]

Teil: 2    Lüftersteuerung und IR-Empfänger

Lüftersteuerung:
Hardware: Die Lüftersteuerung erfolgt über GPIO22.
Der angeschlossene 12V-40mm-Lüfter wird über eine Transistorstufe, zur Entlastung des GPIO18,  an 5V betrieben.
Das hat den Vorteil, der Lüfter dreht sehr langsam und ist nicht mehr zu hören.
Trotzdem ist die Förderleistung zur aktiven Kühlung der Kühlkörper ausreichend.
Es ist zu beachten: Der 12V-Lüfter muß bei ca. 4V sicher anlaufen. Nicht jeder Lüfter ist dazu geeignet.
Die CPU erreicht eine max. Temperatur von 47 °C bei einer Taktfrequenz von 900MHz.
Die LED diente anfangs nur zu Testzwecken und kann entfallen.

Software: Der Lüfter wird mit 2 Scripts gesteuert.
Luefterinst befindet sich in /etc/initd und aktiviert beim Hochfahren die GPIO´s 17 (RaspiOn) und 22 für den Lüfter.

Code: [Select]

#!/bin/sh
#
#
. /etc/init.d/rc.functions

case "$1" in
start)
echo "Aktiviere GPIO 22+17"
echo "22" > /sys/class/gpio/export
echo "out" > /sys/class/gpio/gpio22/direction
echo "0" > /sys/class/gpio/gpio22/value
echo "17" > /sys/class/gpio/export
echo "out" > /sys/class/gpio/gpio17/direction
echo "1" > /sys/class/gpio/gpio17/value
echo "Starte Lüfter"
start-stop-daemon -S -b -q -m -p /var/run/${0##*/}.pid -x sh –-
                              /usr/bin/luefter.sh
check_status
;;
stop)
start-stop-daemon -K -q -p /var/run/${0##*/}.pid
echo "22" > /sys/class/gpio/unexport
check_status
;;
init)
start=1
;;
*)
echo "Usage $0 {start | stop}" >&2
exit 1
esac
Die Zeilen für den Start-Stop-Daemon hat sich Claus einfallen lassen. Alleine hätte ich das nie hinbekommen.

GPIO17 (RaspiOn  = 1), teilt meinem Wakeup Controller mit das der RPI 1 hochgefahren ist.
Ist GPIO17 = 0, wurde der RPI 1 vom VDR runtergefahren.

GPIO22 schaltet den Lüfter, je nach Bedarf, ein und aus.
Alle 90 Sek. wird die CPU-Temperatur mit dem Script Luefter.sh abgefragt und so der Lüfter gesteuert.

Code: [Select]

#!/bin/sh
schwelle="450"

while true
do
cputemp=$(vcgencmd measure_temp  | /usr/bin/tr -d "temp=" | /usr/bin/tr -d "'C"
                                 | /usr/bin/tr -d ".")

if [ $cputemp -gt $schwelle ] # Ist CPU-Temp > 45.0 °C ?
  then
    echo "1" > /sys/class/gpio/gpio22/value # Ja, Lüfter ein
  else
    echo "0" > /sys/class/gpio/gpio22/value # Nein, Lüfter aus
fi
sleep 90
done
IR-Empfämger:
Hardware: Der Ausgang des IR-Empfängers TSOP34836 ist mit dem GPIO18 verbunden.
So gelangt das decodierte Signal der Fernbedienung zu Auswertung in den RPI 1.
R1 und C6 dienen der zusätzlichen Siebung der Betriebsspannung.

Software: Als Lirc-Treiber wird "rpi on GPIO" verwendet.
Mit dem Addon lircd2uinput wird das "prellen" der Fernbedienungstasten unterbunden.

[gkd-berlin]

Teil: 3    Das CEC-Problem

Im Normalbetrieb ist die Stromversorgung des RPI 1 über den Wakeup Controller in den Aufnahmepausen ausgeschaltet.

Sind 2 Geräte an den TV über HDMI angeschlossen, blockiert der stromlose RPI das andere HDMI-CEC-Gerät. Dieses schaltet den TV nicht mehr ein und aus.

Ursache für dieses Fehlverhalten ist, daß bei ausgeschaltetem Raspi, die Dioden D14 - D16 spannungslos sind.
Der Pegel an den HDMI-Anschlüssen 13 (CEC-Dat), 15 (SCL) und 16 (SDA) beträgt nur noch 1.71 V. Damit liegen diese Pegel im verbotenen Bereich.
Weitere angeschlossenen Geräte können über die CEC-Leitung den TV weder ein- noch ausschalten.
Das Auslöten der Diode D14 führt zum Erfolg. Ich halte das für bedenklich. Es geht die Schutzfunktion gegen +/- Spannungsspitzen verloren.

Das HDMI-Kabel könnte über Pin 18 +5V an das angeschlossene Gerät senden oder empfangen.
In allen mir zur Verfügung stehenden HDMI-Kabeln ist Pin 18 nicht angeschlossen.

Ich habe für meine Aufgabenstellung eine Lösung gefunden.
Der Wakeup Controller ist ständig eingeschaltet.
Der Stromverbrauch ist bei ausgeschaltetem Raspi, Hub und HDD sehr gering.
Mit einem Energy Check 3000 - Meßgerät wird 0.0 W angezeigt. Der Verbrauch liegt unterhalb der Erfassungsgrenze.
Bleibt der Raspi eingeschaltet, wird ein Verbrauch von 1.2 W angezeigt.

Lösung:
Der WakeUp Controller versorgt die Dioden D14 - D16 auf dem RPI 1 ständig mit +5V.
Die Spannung wird über D4 vom Controller an der Kathode von D1 auf dem Raspi eingespeist.
Der Pegel am CEC-Pin (13) liegt mit dieser Maßnahme bei 3.35 V.
Ein anderes angeschlossenes Gerät kann jetzt wieder den TV aus- und einschalten.
Dazu muß an die Kathode von D1 auf dem RPI 1 ein kleines Stück Litze angelötet und zum Wakeup Controller geführt werden. Siehe Bild.
Die in der RaspiCEC.doc gezeigte Schaltung ist nur der relevante Teil aus der Originalschaltung (Seite. 2).

Eine weitere kleine Unzulänglichkeit ist, wird  der RPI 1 mit einem Kaltstart hochgefahren, so schaltet auch der TV ein.
Das ist in der Regel bei Aufnahmen von TV-Sendungen unerwünscht.

Mit "hdmi_ignore_cec=1" in der config.txt kann das Einschalten des TV nach einem Kaltstart unterbunden werden.
Den gleichen Erfolg kann man über das WebIf "System / Konfiguration / View / Power on TV = OFF" erreichen.

[gkd-berlin]

Teil: 4    Tiny RTC

Für sehr wenig Geld kann man eine Tiny RTC kaufen. Es lohnt sich nicht, eine eigene RTC aufzubauen. Sie würde nur mehr Platz beanspruchen.

Die Tiny RTC kann fest in die Controllerleiterplatte oder mit Stiftleisten steckbar eingebaut werden.
Ich habe mich für den Festeinbau entschieden.

Die Tiny RTC arbeitet mit dem IC DS1307. Die Betriebsspannung muß 5V betragen.
Das kann bei einem direkten Anschluß an einen RPI 1 zur Zerstörung der Eingänge des ARM führen.
In diesem Falle müssen R2 und R3 von der Tiny RTC ausgelötet werden.

Wird für die Stromversorgung der Tiny RTC eine CR2032-Batterie eingesetzt, müssen R4 und R5 ausgelötet werden. R6 muß durch eine Brücke ersetzt werden.

Die Daten befinden sich in der DS1307 in der Speicherstelle 0 – 7 im BCD-Format.

Um auf die RTC in der MLD zugreifen zu können, muß das Addon "rpi-rtc" installiert sein.

Claus hat es geschafft, speziell auf meinen Wunsch, die Aufwachzeit in die DS1307 ab Adr.: 8 zu schreiben.
Beide Datensätze, aktuelle Uhrzeit und Aufwachzeit, sind im UTC-Format gespeichert und können im Wakeup Controller direkt verglichen werden.

Ein Tutorial für die DS1307 am RPI gibt es hier

[gkd-berlin]

Teil: 5    Wakeup Controller

Herzstück des Wakeup Controllers ist der IC4  PICAXE 08M2.
Wahrscheinlich für viele ein unbekannter Exot. Dahinter verbirgt sie ein PIC12F1840 von Microchip. In dem Chip ist ein einfacher Basic-Interpreter fest installiert.
Einen Picaxe-Editor zur Programmierung gibt es von Revolution Education Ltd.. Eine einfachere Methode um einen Microcontroller zu programmieren habe ich noch nicht gefunden.
Das Ganze gibt es kostenlos und in Deutsch. Die Chips gibt es z. B. hier .

Die Tiny RTC ist über 2 bidirektionale und gepufferte I²C-Repeater, PCA9515, mit dem RPI 1 oder mit der  PICAXE 08M2 verbunden.
Die Eingänge SDA, SCL und EN der PCA9115 sind 5V tolerant. Sie dienen dadurch als Pegelwandler mit 3.3V in Richtung RPI 1 und  in Richtung DS1307.
Die 3.3V-Logikpegel der PCA9515 werden von der DS1307 als High interpretiert.
Aus diesem Grund müssen die PCA9515 mit 3.3V betrieben werden.
Die 3.3V für die PCA9515 werden vom Spannungregler IC1, LM3940IMP-3.3, aus der 5V-Betriebsspannung bereitgestellt.

Der Transistor T1 dient nur der Invertierung des Signals MasterMode von der PICAXE 08M2.
Somit kommt man mit einem Ausgang an der PICAXE 08M2 zur Steuerung beider PCA9515 aus.

Der Ausgang RaspiPower der PICAXE 08M2 schaltet über T2 das Relais K1. Die beiden Relaiskontakte schalten dann die Betriebsspannung zum RPI 1 und zum USB-Hub durch.
Ich habe mich bewußt für ein Relais entschieden, da der Spannungabfall über kleine Mosfets (RDS )kritisch werden könnte. Mosfets im TO220-Gehäuse verbrauchen zuviel Platz.

Mit D2 über St6 werden die +5V zum RPI 1 an die Kathode D1 geführt.

T3 dient zur Ansteuerung der rt/gn-LED, die den Betriebszustand nach Außen signalisiert.

Die grundsätzlichen Abläufe des Wakeup Controllers verlaufen folgendermaßen:
Nach dem Einschalten der Stromversorgung wird auf die Betätigung der Einschalttaste TaEin gewartet.
Wird das Signal /TaEin durch betätigen der Taste-Ein auf "0" gezogen, wird der Ausgang RaspiPower der Picaxe 08M2 auf "1" geschaltet. Das Relais K1 schaltet ein und der RPI 1 und der USB-Hub werden mit +5V Betriebsspannung versorgt.
Mit dem Signal MaMo="0" ist die Tiny RTC über IC2 mit dem RPI 1 verbunden.

Der Eingang RaspiOn wird nun auf (GPIO17 = "1") überwacht.
Nachdem der RPI 1 (GPIO17 ="1") hochgefahren ist, wird GPIO17 auf "0" überwacht.
Dieser Zustand trifft nur ein, wenn der VDR mit Poweroff ausgeschaltet wurde.
Eine Verzögerung von 10 Sek. reicht aus, um das korrekte Herunterfahren des RPI 1 abzuwarten.
Das Signal RaspiOn wird auf "0" gesetzt, das Relais fällt ab und die Stromversorgung zum RPI 1 und dem USB-Hub ist unterbrochen.

Jetzt befindet sich der Wakeup Controller im Aufwachmodus. Das Signal MaMo="1" verbindet die Tiny RTC über IC3 mit der PICAXE 08M2.
Permanent wird die aktuelle Zeit aus der RTC (Adr.: 1-6) mit der Aufwachzeit aus der RTC (Adr.: 9-14) verglichen. Die Adressen 0, 3 und 8, 11 für Sekunden den Wochentag, werden nicht berücksichtigt.
Sowie das Ergebnis zwischen aktueller Zeit und der Aufwachzeit übereinstimmt, wird der RPI 1 und der USB-Hub mit RaspiPower = "1" eingeschaltet.
Bei Betätigung der TaEin wird ebenfalls eingeschaltet.
Die beschiebenen Abläufe beginnen von vorne.

Die Festplatte kann normalerweise an den USB-Hub angeschlossen werden. Bei meinen Versuchsaufbauten hat sich jedoch gezeigt, die Festplatte lief nicht immer korrekt an.
Vorsorglich habe ich mit St5 einen direkten Stromversorgungsanschluß für die Festplatte vorgesehen. C1 auf dem Controller kann für diesen Zweck auf 470µ vergrößert werden.
Ist die Festplatte an St5 angeschlossen, sollte sie mit hdparm nach angemessener Zeit ausgeschaltet werden.

Zur Software:
Das Programm für die PICAXE 08M2 ist mit dem Picaxe Editor in der Version 5.5.5 geschrieben worden.
Ich habe mich bemüht, möglicht viele Kommentare zum besseren Verständnis in das Programm zu schreiben.

Hier ist das Ergebnis.

Code: [Select]

' WakeUpRPI.bas
'
'  Wake Up Controller für RPI 1
' Uhr mit Tiny RTC per I²C
'
' Der Rpi speichert die Aufwachzeit im DS1308 ab Adr. 8.
' Wenn die Aufwachzeit erreicht ist, wird der RPI eingeschaltet.
' Nach Ende der Aufnahme wird der RPI wieder ausgeschaltet.
' Der RPI kann auch über eine Taste im Aufwachmodus eingeschaltet werden.
'
' Normales ausschalten des RPI mit FB Ta-Poweroff !!!
'
'
'
'*********  Definitionen  *****************************************************

#Picaxe 08M2 ; Programm für Picaxe 08M2
#define com    com6 ; DownloadPort = COM 6
#no_data

setfreq m4 ; Arbeitstakt  = 4 MHz

'*********  Variable und Konstanten  ******************************************

Symbol Status         = b2 ; Programmstatus
Symbol AwMode         = b3 ; Aufwachmode

Symbol Sek = b4 ; Sekunde
Symbol AwSek         = b5 ; Aufwach-Sekunde
Symbol Minu = b6 ; Minute
Symbol AwMinu           = b7 ; Aufwach-Minute
Symbol Std = b8 ; Stunde
Symbol AwStd         = b9 ; Aufwach-Stunde
Symbol WT = b10 ; Wochentag
Symbol AwWT = b12 ; Aufwach-Wochentag
Symbol Tag = b13 ; Tag
Symbol AwTag         = b14 ; Aufwach-Tag
Symbol Monat         = b15 ; Monat
Symbol AwMonat = b16 ; Aufwach-Monat
Symbol Jahr = b17 ; Jahr
Symbol AwJahr    = b18 ; Aufwach-Jahr

Symbol RTC = %11010000 ; I²C-Adresse Tiny RTC (DS 1307 (RPI 0x68))

Symbol RaspiPower = C.0 ; Raspi und Hub - Power einschalten
Symbol RaspiOn = pinC.5 ; Raspi ist eingeschaltet: GPIO17=1
Symbol TaEin         = pinC.3 ; Taste Einschalten
Symbol MaMo = C.4 ; 1 = Master Mode: RTC an 08M2
; 0 = Slave  Mode: RTC an Raspi

'*********  Voreinstellungen  *************************************************

dirsC = %00010001 ; Ausgänge  festlegen
     ; C      4   0
  pullup         %00001000         ; Pullup setzen
     ; C     3

hi2csetup i2cmaster,RTC,i2cslow,i2cbyte ; RTC DS1308 adressieren

disconnect ; Keine Verbindung zur PC-Programmierung
; C.0 = Ausgang

    Status = 0 ; Status=0, Nach einschalten der Stv.
AwMode = 0 ; Aufwachmode
Low MaMo ; Slave Mode, Verbindung RTC an Raspi


'******************************************************************************

Start:  select case Status

  ; -----------------  Einschalten StV für RPI und Hub ------------------

  case 0
    if TaEin = 0 then         ; Taste Ein gedrückt ? Ja, RPI einschalten
      High RaspiPower ; Power für RPI ist EIN
      do
        if RaspiON = 1 then exit ;exit, wenn RPI hochgefahren ist.GPIO17=1
      loop
      Status = 1               ; RPI wurde durch Taste eingeschaltet
      endif
   
  ;------------------  RPI und Hub ausschalten wenn RPI = Poweroff ------
  case 1

    if RaspiON = 0 then ; RPI wurde von MLD runtergefahren GPIO17=0
      wait 10            ; Warten 10 Sek. bis RPI in PowerOFF ist
      Low RaspiPower ; Power für RPI, Hub, HDD AUS
      High MaMo         ; Master Mode, RTC Verbindung zur 08M2
      hi2cin 8, (AwSek, AwMinu, AwStd, AwWT, AwTag, AwMonat, AwJahr)
        ; Aufwachzeit auslesen
      pause 100   
      Status = 2         ; Slave Mode, RTC Verbindung zum RPI
    endif
   

  ; -----------------  Aufwach-Mode -------------------------------------
 
  case 2
   
    AwMode = 1         ; Aufwachmode ein
    Status = 2         ; Warten bis Aufwachen beendet

    High MaMo         ; Master Mode, RTC Verbindung zur 08M2
    pause 100
    hi2cin 0,(Sek,Minu,Std,WT,Tag,Monat,Jahr) ; Aktuelle Uhrzeit auslesen
    Low  MaMo         ; Slave Mode, RTC Verbindung zum RPI
    pause 100
     
    if AwMinu=Minu and AwStd=Std and AwTag=Tag and AwMonat=Monat and AwJahr=Jahr then
      High RaspiPower ; RPI und Hub einschalten
      do
        if RaspiON = 1 then exit ; Exit, wenn RPI hochgefahren ist
      loop
      AwMode = 0 ; Aufwachen beendet
      Status = 1         ; Warten, bis RPI wieder runtergefahren
    endif

endselect
     
' *--------------------  Im Aufwachmode einschalten mit Taste -------------

if TaEin = 0 and AwMode = 1 then ; Taste Ein gedrückt ? Ja, RPI einschalten
  High RaspiPower ; Power für RPI und HUB ist EIN
  do
    if RaspiON = 1 then exit ; exit, wenn RPI hochgefahren ist
  loop
  Status = 1         ; Warten, bis RPI wieder runtergefahren
endif
   
GOTO Start

'******************************************************************************
end
' Stand: 11.1.16,
' Bytes: 159
Wie anfangs schon gesagt, dieses Ding braucht kein Mensch.
Mir hat der Aufbau und das Lösen der Probleme Spaß gemacht.

Die angehängten Bilder sind, besonders das WakeupController.jpg, schon veraltet. Es ist hier eine Version vom August 2015 zu sehen. Sie wurde mehrmals geändert.
Ich habe inzwischen eine neue Leiterplatte entworfen. Sie muß nur noch geätzt, aufgebaut und getestet werden.

Wenn sie fertig ist, werde ich die Bilder nachreichen.                               

Gruß Gerhard

[skippy]

Hallo Gerhard,

auch wenn ich es aus Zeitmangel noch nicht gelesen habe, denke ich, dass es nicht im Forum verloren gehen sollte. Deshalb habe ich deinen Beitrag im Wiki verlinkt. Kann aber noch geändert bzw. angepasst werden

Vielen Dank und Grüße skippy