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| | ''Dies ist ein Unterartikel von [[VBus-Decoder]]. Auf der Hauptseite gibt es weitere Informationen zum Thema.'' | | ''Dies ist ein Unterartikel von [[VBus-Decoder]]. Auf der Hauptseite gibt es weitere Informationen zum Thema.'' |
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| | + | '''Achtung: Diese Hardware ist etwas unter die Räder gekommen, es gibt ein paar Unzulänglichkeiten. Deshalb ist es empfehlenswert, entweder [[VBus-Decoder/Adapter_für_den_Raspberry_Pi_v1.3|Version 1.3]] oder zumindest [[VBus-Decoder/Adapter_für_den_Raspberry_Pi_v1.2#Die Enttäuschung - Teil 2|1.2b]] nachzubauen.''' |
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| | + | =Einleitung= |
| | Die meisten werden ihre Solaranlage vermutlich über den Raspberry Pi (oder kompatbile) ins Netz bringen wollen. Deshalb gibt es nun auch eine Variante für den Kleincomputer. | | Die meisten werden ihre Solaranlage vermutlich über den Raspberry Pi (oder kompatbile) ins Netz bringen wollen. Deshalb gibt es nun auch eine Variante für den Kleincomputer. |
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| | Damit sie sowohl am B-Modell als auch auf den Zero montiert werden können, ist sie trennbar. Damit der untere Teil im Fall der Verwendung am Zero nicht im Müll landen muss, befindet sich auf der Unterseite ein Punktraster im Abstand von 1,27 mm. Dort lässt sich gut mit SMD-Bauteilen (z. B. im 0603- oder SO-Gehäuse) basteln oder zumindest das Löten üben. | | Damit sie sowohl am B-Modell als auch auf den Zero montiert werden können, ist sie trennbar. Damit der untere Teil im Fall der Verwendung am Zero nicht im Müll landen muss, befindet sich auf der Unterseite ein Punktraster im Abstand von 1,27 mm. Dort lässt sich gut mit SMD-Bauteilen (z. B. im 0603- oder SO-Gehäuse) basteln oder zumindest das Löten üben. |
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| − | Es war angedacht, die Leiterkarte abreißbar zu machen, was zumindest bei Version 1.0 nicht wirklich gut klappte. Bei Version 1.1 sind die Löcher etwas näher beieinander, daher sollte es hier besser funktionieren. Wer eine 1.0 bekommt und sie am Zero betreiben will, sollte sie auf jeden Fall mit der Säge kürzen.
| + | =Versionen= |
| − | | + | * [[VBus-Decoder/Adapter für den Raspberry Pi v1.0|Version 1.0/1.1]]: Der erste Versuch - "never trust a x.0" |
| − | <gallery>
| + | * [[VBus-Decoder/Adapter_für_den_Raspberry_Pi_v1.2|Version 1.2]]: Besser, aber noch nicht gut |
| − | Vbuspi 1.1 assy sch.png|Schaltplan
| + | * [[VBus-Decoder/Adapter_für_den_Raspberry_Pi_v1.3|Version 1.3]]: Die beste Version, die man aktuell haben kann ;) |
| − | Vbuspi 1.1 assy top.png|Bestückungsplan Oberseite
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| − | Vbuspi 1.1 assy bot.png|Bestückungsplan Unterseite
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| − | Vbuspi 1.0 bare.jpg|Unbestückte Leiterkarte (v1.0)
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| − | Vbuspi 1.1 assy zero.jpg|Bestücktge Leiterkarte auf einem Raspberry Pi Zero W
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| − | </gallery>
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| − | {| class="wikitable"
| + | =Einrichtung am Raspberry Pi= |
| − | ! Menge || Referenz || Wert || Package || Reichelt Bestellcode
| + | ==Raspbian== |
| − | |-
| + | Damit der UART unter Raspbian verwendet werden kann und es keine Kollision mit der Konsole gibt, muss diese in <code>/boot/cmdline.txt</code> deaktiviert werden. |
| − | | 2 || R10, R11 || 0 || R1206 || RND 0805 1 0
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| − | |-
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| − | | 2 || C2, C3 || 100n || C0603 || X7R-G0603 100N
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| − | |-
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| − | | 3 || R5, R7, R8 || 10k || R0603 || RND 0603 1 10K
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| − | |-
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| − | | 1 || C5 || 10u/16V || C1206 || KEM X7R1206 10U
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| − | |-
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| − | | 1 || R4 || 15k || R0603 || RND 0603 1 15K
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| − | |-
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| − | | 2 || X1, X4 || 1751248 || 1751248 || AKL 059-02
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| − | |-
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| − | | 2 || R3, R6 || 18k || R0603 || RND 0603 1 18K
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| − | |-
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| − | | 3 || R9, R24, R28 || 1k || R0603 || RND 0603 1 1,0K
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| − | |-
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| − | | 1 || C1 || 680p || C0603 || X7R 0603 CG 680P
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| − | |-
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| − | | 1 || C4 || 1n || C0603 || X7R-G0603 1,0N
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| − | |-
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| − | | 1 || R1 || 6k8 || R0603 || RND 0603 1 6,8K
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| − | |-
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| − | | 1 || R2 || 68k || R0603 || RND 0603 1 68K
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| − | |-
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| − | | 1 || OK1 || 6N136 || DIL08 || 6N 136
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| − | |-
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| − | | 3 || D1, D2, D5 || BAV99 || SOT23 || BAV 99 NXP
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| − | |-
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| − | | 1 || IC4 || LM393D || SO08 || LM 393 D SMD
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| − | |-
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| − | | 1 || IC1 || LP2985IM5-5.0 || SOT23-DBV || LP 2985 IM5-5.0
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| − | |-
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| − | | 1 || D3 || P6SMB 15A || SMBJ || P6SMB 15A SMD
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| − | |-
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| − | | 1 || X2 || || RPI_UNIV_UART || RND 205-00654
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| − | |-
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| − | | 1 || LED1 || gn || CHIP-LED0603 || LED EL 0603 GR1
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| − | |-
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| − | | 1 || LED3 || nicht bestücken! || siehe Fehler || -
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| − | |}
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| − | Achtung: Die Vorwiderstände für die LEDs sind nicht getestet, die Bauteile in der BOM sind nur exemplarisch.
| + | Dazu mittels <code>sudo nano /boot/cmdline.txt</code> die Datei öffnen und folgende Zeile löschen: |
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| − | ==Fehler & Verbesserungen== | + | <pre> |
| | + | console=serial0, 115200 |
| | + | </pre> |
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| − | Diese betreffen nur Leiterkarten der Version 1.0, in der noch nicht physisch vorhandenen 1.1 sollten sie behoben sein, eine Überprüfung steht aber noch aus.
| + | ==Debian Bookworm== |
| | + | Verwendet man Debian Bookworm, muss in <code>/boot/firmware/config.txt</code> enable_uart deaktiviert werden, also folgendes gesetzt werden: |
| | | | |
| − | * Leiterkarte ist nicht durch Abbrechen teilbar
| + | <pre> |
| − | * Das mittlere Montageloch ist um 0,5 mm nach unten versetzt
| + | enable_uart=0 |
| − | * Links oben ist die Leiterkarte nicht abgerundet (in den Gerber-Daten korrekt, in der Fertigung schief gegangen)
| + | </pre> |
| − | * Die Schaltung selbst ist größtenteils durch den Nano erfolgreich getestet, der Einfluss der LEDs jedoch nicht
| |
| − | * Mit bestückter LED3 werden die Low-Pegel des Optokopplers so weit nach oben gezogen, dass diese vom Raspi nicht mehr erkannt werden. Entweder nicht bestücken (R28 dito) oder einen FET (siehe Version 1.2) einfädeln.
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| | | | |
| − | ==Leiterkarten==
| + | In <code>/boot/firmware/cmdline.txt</code> muss der markierte Teil entfernt werden (überlebt Kernel-Updates nicht): |
| | | | |
| − | Es gibt noch Leiterkarten. Wer eine haben möchte, kann sich gerne bei mir melden.
| + | <code> |
| | + | <span style="color: grey">console=tty0</span> <span style="background-color: #FFC9C9; text-decoration: line-through;">console=ttyS1,115200</span> <span style="color: grey">root=LABEL=RASPIROOT rw fsck.repair=yes net.ifnames=0 rootwait</span> |
| | + | </code> |
| | | | |
| − | ==Weiteres==
| + | Alternativ kann man wie folgt vorgehen: |
| | | | |
| − | Die [[3D-Druck-Sammelsurium#Raspberry_Pi_Zero_Spacer|Raspberry Pi Zero Spacer]] passen auch hier. | + | Die Datei <code>/etc/default/raspi-firmware</code> wird beim Kernel Update verwendet, um die Datei <code>/boot/firmware/cmdline.txt</code> neu zu schreiben. Hier muss die Konsole fest auf (nur) "tty0" gesetzt werden: |
| | | | |
| − | ==Kostenreduzierte Variante/v1.2== | + | <pre> |
| | + | CONSOLES="tty0" |
| | + | </pre> |
| | | | |
| − | Eine der Verbesserungspotenziale war, die Kosten durch einen TS 5205 CX533 etwas zu reduzieren.
| + | Nach einem Kernel Update oder dem Ausführung von <code>update-initramfs -k all -u</code> (dauert mind. 40 Sekunden) sollte sich in der Datei <code>/boot/firmware/cmdline.txt</code> kein "ttyS1" mehr wiederfinden (Beispiel): |
| | + | <pre> |
| | + | console=tty0 root=LABEL=RASPIROOT rw fsck.repair=yes net.ifnames=0 rootwait |
| | + | </pre> |
| | | | |
| − | ===Die Enttäuschung===
| + | Vielen Dank an Jörg für den Hinweis! |
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| − | '''Achtung: es gibt noch eine [[#Die Enttäuschung - Teil 2|weitere Enttäuschung]].'''
| + | =Weiteres= |
| − | | + | Die [[3D-Druck-Sammelsurium#Raspberry_Pi_Zero_Spacer|Raspberry Pi Zero Spacer]] passen auch hier. |
| − | Um einer Enttäuschung beim Aufbau zu entgehen, ging der erste Schritt in die Simulation - die vielversprechend war. Bauteile auf die Leiterkarte und ab zum Solarregler.
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| − | | |
| − | Ergebnis bei der Messung: Mist. Die Spannung am Regler-Ausgang zappelt und verzieht dadurch die Schwellenwerte, die LED auf der RPi-Seite flackert zwar, der Low-Spannungspegel ist aber so hoch, dass der SoC garantiert nichts mehr damit anfangen kann. Im ersten Schritt kommt also die LED runter.
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| − | | |
| − | Aber zunächst zum Regler:
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| − | <gallery>
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| − | vbuspi3v3_vout_ripple.png | Ch1: AC-Anteil der 3,3 V-Versorgung (IC1.5), Ch2: Ch2: AC-Anteil der Komparator-Referenz (IC4.5)
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| − | vbuspi3v3_schwelle_orig.png | Schwellenwerte des Komparators - Ch1: Eingang am Komparator (IC4.6), Ch2: Komparator-Referenz (IC4.5), Ch3: Ausgang am Optokoppler (IC4.1)
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| − | </gallery>
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| − | | |
| − | Wie in den Screenshots zu sehen ist, zappelt die Referenz ganz ordentlich, wobei das nur die halbe Wahrheit ist: Die Kapazität der Oszi-Probe verändert das Signal. Ohne Probe 2 sieht man auf Kanal 2 einen doppelten Puls. Das darf nicht sein.
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| − | | |
| − | Die Peaks im 20 ms-Abstand sind vermutlich Artefakte vom Bus des [[ECL-Bus-Decoder|Heizungsreglers], der seine Daten auf ein 50 Hz-Rechtecksignal moduliert und in meinem Setup auf einem benachbarten Adernpaar in der gleichen Leitung liegt. | |
| − | | |
| − | Auch wenn ich mir nicht sicher bin, ob der Spannungseinbruch am Regler durch die zu geringe Ausgangskapazität oder durch eine Instabilität entsteht, nicht ganz unschuldig daran ist sicher der etwas höhere Strom des Optokopplers.
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| − | Mit einem deutlich größeren Ausgangskondensator am Regler entspannt sich die Lage ein gutes Stück, nicht getestet habe ich allerdings das Verhalten, wenn ein C am Bypass-Pins des Reglers angeschlossen ist.
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| − | | |
| − | Aber einen guten Punkt kann ich dem Bild abgewinnen: die stationären Werte der Schwellenspannungen passen (innerhalb der recht großen Messtoleranzen) ziemlich gut.
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| − | | |
| − | Auch wenn mit der deutlich besseren Glättung das Verhalten fast gut ist, ist es eben nur fast gut. Um das Zittern der Referenz am Komparator zu vermeiden, bekommt R4 einen Freund: ein 100 pF-Kondensator wird Huckepack aufgelötet.
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| − | | |
| − | Mit dem zusätzlichen Kondensator sieht es nun wie folgt aus:
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| − | | |
| − | <gallery>
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| − | vbuspi3v3_100p_schwelle1.png | Schwellenverlauf des Komparators Ch1: Eingang am Komparator (IC4.6), Ch2: Komparator-Referenz (IC4.5)
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| − | vbuspi3v3_100p_schwelle2.png | Schaltschwelle des Komparators im Überblick, Ch1: Eingang am Komparator (IC4.6), Ch2: Treiberausgang (IC4.1)
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| − | vbuspi3v3_100p_schwelle3.png | Schaltschwelle des Komparators im Überblick (mit Cursor) Ch1: Eingang am Komparator (IC4.6), Ch2: Treiberausgang (IC4.1)
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| − | vbuspi3v3_100p_schwelle4.png | Schaltschwelle des Komparators, fallende Flanke (mit Cursor) Ch1: Eingang am Komparator (IC4.6), Ch2: Treiberausgang (IC4.1)
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| − | vbuspi3v3_100p_schwelle5.png | Schaltschwelle des Komparators, steigende Flanke (mit Cursor) Ch1: Eingang am Komparator (IC4.6), Ch2: Treiberausgang (IC4.1)
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| − | </gallery>
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| − | | |
| − | Wichtig ist nach wie vor, dass die Verzögerungen über den Optokoppler halbwegs symmetrisch sind, da es UART-Interfaces aus dem Tritt bringen kann.
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| − | <gallery>
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| − | vbuspi3v3_delay1.png | Übersicht über ein Datenbit, Ch1: Kathode des Optokoppler (OK1.3), Ch2: Kollektor des Optokoppler
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| − | vbuspi3v3_delay2.png | Verzögerung bei fallender Flanke: 2,11 µs, Ch1: Kathode des Optokoppler (OK1.3), Ch2: Kollektor des Optokoppler
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| − | vbuspi3v3_delay3.png | Verzögerung bei steigender Flanke: 1,33 µs, Ch1: Kathode des Optokoppler (OK1.3), Ch2: Kollektor des Optokoppler
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| − | </gallery>
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| − | | |
| − | Es gibt also eine Asymmetrie von 0,78 µs, bei einer idealen Bitzeit von ca. 104 µs sind das 0,75 %. Nicht der Rede wert.
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| − | ====Die (vermeintliche) Lösung====
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| − | Probleme sind dafür da, gelöst zu werden. Zwar kann die Leiterkarte der Version 1.0 so umgebaut werden, dass sie auch mit 3,3 V funktioniert, indem folgende Änderungen angewendet werden:
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| − | * R3: 15k
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| − | * R4: 33k
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| − | * R6: 15k
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| − | * C3: 4,7 µF-Kondensator
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| − | * Auf R4 einen 100 pF-Kondensator löten
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| − | * LED3 und R28: weglassen
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| − | * IC1: TS5205CX533
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| − | Im Grunde kann die untenstehende BOM auch für Version 1.0 der Leiterkarte verwendet werden.
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| − | | |
| − | Aber zumindest mein Anspruch ist etwas größer, also gibt es eine neue Revision der Leiterkarte:
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| − | | |
| − | <gallery>
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| − | vbuspi3v3_1.2_sch.png | Schaltplan
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| − | Vbuspi_1.2_assy_top.png | Bestückungsplan Oberseite
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| − | Vbuspi_1.2_assy_bot.png | Bestückungsplan Unterseite
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| − | </gallery>
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| − | | |
| − | Die BOM ist nun ein bisschen günstiger:
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| − | {| class="wikitable"
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| − | ! Menge|| Referenzen || Wert || Package || Reichelt Bestellcode
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| − | |-
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| − | | 1 || C2 || 100n || C0603 || X7R-G0603 100N
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| − | |-
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| − | | 1 || C6 || 100p || C0603 || X7R 0603FCG 100P
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| − | |-
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| − | | 3 || R5, R7, R8 || 10k || R0603 || RND 0603 1 10K
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| − | |-
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| − | | 1 || C5 || 10u/16V || C1206 || KEM X7R1206 10U
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| − | |-
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| − | | 2 || R3, R6 || 15k || R0603 || RND 0603 1 15K
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| − | |-
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| − | | 2 || X1, X4 || 1751248 || 1751248 || AKL 059-02
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| − | |-
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| − | | 2 || R24, R28 || 1k || R0603 || RND 0603 1 1,0K
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| − | |-
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| − | | 1 || C4 || 1n || C0603 || X7R-G0603 1,0N
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| − | |-
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| − | | 1 || R4 || 33k || R0603 || RND 0603 1 33K
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| − | |-
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| − | | 1 || C7 || 470p || C0603 || X7R-G0603 470P
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| − | |-
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| − | | 1 || C3 || 4u7 || C0603 || KEM X5R0603 4,7U
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| − | |-
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| − | | 1 || R9 || 680 || R0603 || RND 0603 1 680
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| − | |-
| |
| − | | 1 || C1 || 680p || C0603 || X7R 0603 CG 680P
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| − | |-
| |
| − | | 1 || R2 || 68k || R0603 || RND 0603 1 68K
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| − | |-
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| − | | 1 || OK1 || 6N136 || DIL08 || 6N 136
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| − | |-
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| − | | 1 || R1 || 6k8 || R0603 || RND 0603 1 6,8K
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| − | |-
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| − | | 3 || D1, D2, D5 || BAV99 || SOT23 || BAV 99 NXP
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| − | |-
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| − | | 1 || Q1 || BSS138 || SOT23 || BSS 138 SMD
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| − | |-
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| − | | 1 || IC4 || LM393D || SO08 || LM 393 D SMD
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| − | |-
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| − | | 1 || D3 || P6SMB 15A || SMBJ || P6SMB 15A SMD
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| − | |-
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| − | | 1 || X2 || RPI_UART_CONDENSED || RPI_UNIV_UART || RND 205-00654
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| − | |-
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| − | | 1 || IC1 || TS5205CX533 || SOT23-5 || TS 5205 CX533
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| − | |-
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| − | | 1 || LED1 || gn || CHIP-LED0603 || LED EL 0603 GR1
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| − | |-
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| − | | 1 || LED3 || or || CHIP-LED0603 || LED EL 0603 OR
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| − | |}
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| − | | |
| − | =Downloads=
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| − | * [[Datei:Vbus_pi.zip]] EAGLE-Dateien Adapter für den Raspberry Pi
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| − | * [[Datei:vbus_pi_v1.2_3v3.zip]] EAGLE-Dateien und LTspace-Simulationsdaten für die 3,3 V-Version des VBus-Adapter für den Raspberry Pi
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| | [[Kategorie:Raspberry Pi]] | | [[Kategorie:Raspberry Pi]] |
Dies ist ein Unterartikel von VBus-Decoder. Auf der Hauptseite gibt es weitere Informationen zum Thema.
Achtung: Diese Hardware ist etwas unter die Räder gekommen, es gibt ein paar Unzulänglichkeiten. Deshalb ist es empfehlenswert, entweder Version 1.3 oder zumindest 1.2b nachzubauen.
Einleitung
Die meisten werden ihre Solaranlage vermutlich über den Raspberry Pi (oder kompatbile) ins Netz bringen wollen. Deshalb gibt es nun auch eine Variante für den Kleincomputer.
Damit sie sowohl am B-Modell als auch auf den Zero montiert werden können, ist sie trennbar. Damit der untere Teil im Fall der Verwendung am Zero nicht im Müll landen muss, befindet sich auf der Unterseite ein Punktraster im Abstand von 1,27 mm. Dort lässt sich gut mit SMD-Bauteilen (z. B. im 0603- oder SO-Gehäuse) basteln oder zumindest das Löten üben.
Versionen
Einrichtung am Raspberry Pi
Raspbian
Damit der UART unter Raspbian verwendet werden kann und es keine Kollision mit der Konsole gibt, muss diese in /boot/cmdline.txt deaktiviert werden.
Dazu mittels sudo nano /boot/cmdline.txt die Datei öffnen und folgende Zeile löschen:
console=serial0, 115200
Debian Bookworm
Verwendet man Debian Bookworm, muss in /boot/firmware/config.txt enable_uart deaktiviert werden, also folgendes gesetzt werden:
enable_uart=0
In /boot/firmware/cmdline.txt muss der markierte Teil entfernt werden (überlebt Kernel-Updates nicht):
console=tty0 console=ttyS1,115200 root=LABEL=RASPIROOT rw fsck.repair=yes net.ifnames=0 rootwait
Alternativ kann man wie folgt vorgehen:
Die Datei /etc/default/raspi-firmware wird beim Kernel Update verwendet, um die Datei /boot/firmware/cmdline.txt neu zu schreiben. Hier muss die Konsole fest auf (nur) "tty0" gesetzt werden:
CONSOLES="tty0"
Nach einem Kernel Update oder dem Ausführung von update-initramfs -k all -u (dauert mind. 40 Sekunden) sollte sich in der Datei /boot/firmware/cmdline.txt kein "ttyS1" mehr wiederfinden (Beispiel):
console=tty0 root=LABEL=RASPIROOT rw fsck.repair=yes net.ifnames=0 rootwait
Vielen Dank an Jörg für den Hinweis!
Weiteres
Die Raspberry Pi Zero Spacer passen auch hier.
