Raspberry Erweiterungen durch Stecker-Module

Raspberry Erweiterungen durch Stecker-Module

Je mehr man mit dem Raspberry Pi bastelt, desto mehr Schaltungen sammeln sich an. Möchte man den Raspi parallel noch 24/7 produktiv – z. B. als Smarthome – nutzen, hat man ständig Probleme mit dem Anpassen und Erweitern von bestehenden Aufbauten und immer wieder können Fehler überall sein! Eine Lösung können eigene Stecker Module sein. Wie das besser funktioniert, erfahren Sie hier.

In meinem Fall nutze ich am Raspberry verschiedene Sensoren für meine Smarthome Anwendungen. Dafür verwende ich meistens Taster oder Reed-Kontakte, die über GPIO-Pins angeschossen sind. Die notwendigen Bauelemente (Widerstände, Kondensatoren) sind auf einer Platine mit einer 40 poligen Pfostenbuchse und einem Flachbandkabel mit der Pi verbunden.

Im Laufe der Zeit sind immer neue weitere Funktionen dazugekommen. Und damit jedesmal der gleiche aufwändige Vorgang des Erweiterns:

Alles ausklemmen, beschriften, Platine in den Keller tragen, Erweiterungen einlöten, prüfen, wieder zum Raspberry bringen, einklemmen.

mehrere Platinen
Alte Welt: Platinen erweitern oder neu aufbauen

Dann jedesmal hoffen, dass alles ohne Fehler klappt. Andernfalls nochmal alles durchlaufen. Dadurch wurde die Lust zu erweitern immer kleiner. Nach der 5. Erweiterung wollte ich so nicht mehr weitermachen.

Es musste eine Lösung her, die Erweiterung oder Änderung zulässt, aber nicht jedesmal das ganze System abgeschaltet werden muss oder in Fehler stürzen kann.

Dafür gibt es bei mir ein 2-teiliges System:

  • Basisplatine
  • Module
Systemaufbau für Stecker Module
Modulsystem für den Raspberry Pi

Basisplatine

Die Basisplatine muss universell sein und gleichzeitig vollen Zugriff auf alle GPIO-Pins bieten. Um das Umzusetzen, habe ich mich für eine Lösung mit Schraubklemmen entschieden. Ein passendes Shield habe ich bisher nicht zu kaufen gefunden. Am ehesten eignen sich meiner Meinung nach noch “GPIO Expansion Boards”.

Bei mir gibt es aber eine eigene Variante.

Diese Diashow benötigt JavaScript.

Bauteile:

  • Punktrasterplatine
  • 40 polige Pfostenbuchse
  • 20 Stk 2er Schraubklemmen
  • Draht

Dadurch kann auf jeden GPIO sehr einfach zugegriffen werden. Das Löten dauert allerdings ein bißchen, ungefähr 1 Stunde sollten Sie eingeplanen.

Module

Die Vorteile der Basisplatine kommen durch die einzelnen Module zum Tragen. Für jeden Bereich, jeden Anwendungsfall oder jede Erweiterung kann es ein neues Modul geben oder ein vorhandenes kann erweitert werden. Die Entscheidung liegt dann bei Ihnen. Am wichtigsten ist, dass die anderen Module ohne Änderungen weiter betrieben werden können.

Damit das gut funktioniert, werden Leitungen von den Schraubklemmen der Basisplatine mit eine Stecker- oder Buchsenleiste (am besten über Platinenreste) verlötet. Das entsprechende Gegenstück (z. B. eine Buchsenleiste) wird auf die Platine gelötet.

So gibt es immer die Möglichkeit die Platine einfach abzustecken, ohne die Funktionen der anderen Module zu beeinflussen. Ich arbeite hier am liebsten mit Punktrasterplatinen 7 x 5 cm.

2 Platinen
Links: Unbestücktes Modul Rechts: Modul mit 433 MHz Sender

Bauteile:

  • Punktrasterplatine 7 x 5 cm
  • Steckerleiste in passender Länge
  • Buchsenleiste in passender Länge
  • Platinenreste für die Kabelanbindung

Platinenhalter

Werden mehrere Module verwendet, stellt sich sehr schnell die Frage, wie und wo diese am besten befestigt werden. Kommen Sie in ein Gehäuse? Werden Sie als Shield auf den Raspberry oder die Basisplatine gesteckt?

Bei dieser Überlegung sind mir die alten Computeranlagen irgendwie im Gedächtnis geblieben. Riesige Platinen werden in noch größere Schaltschränke gepackt. Das wollte ich auch so umsetzen.

Realisiert habe ich es mit einem Platinenhalter aus dem 3D-Drucker. In den Platinenhalter kann ein Modul (Platine) gesteckt werden. Zusätzlich gibt es seitlich Bohrungen, um die Platine bei vertikaler Montage gegen Herausfallen zu sichern. Der Platinenhalter selber kann einfach mit Schrauben befestigt werden.

Bild eines 3D-Modells einer Platinenhalterung
Halter für eine 7×5 cm Platine

 

Platine, -halter und Stecker
Unbestücktes Modul mit Stecker und Platinenhalter

 

Beispiel

Ein Beispiel ist mein Raspberry Pi mit mehreren Sensoren für meine Smarthome Lösung. Bei mir sind aktuell 4 Module im Einsatz.

In diesem Bild sehen Sie einen den grundsätzlichen Aufbau mit einem angeschlossenen Modul.

Beispielaufbau für Stecker Module für den Raspberry
Beispielaufbau: Raspberry Pi, Basisplatine und Module

Der Raspberry Pi, die Basisplatine und die Module sind auf einer Sperrholzplatte verschraubt. Bei jeder Änderung oder zusätzlichen Erweiterung kann ich jetzt alles was bereits funktioniert weiterbetreiben und trotzdem leicht um zusätziche Funktionen erweitern.

Dafür müssen nur die notwendigen Leitungen mit der Basisplatine verbunden werden. Und falls etwas nicht klappt, fliegt das Modul wieder hinaus.

Viel Spaß beim Nachbauen und leichterem Erweitern!

Links

symbol_download

  3D-Modell des Platinenhalters als STP-Datei


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