Raspberry Pi proto/power-levyn suunnittelua

Elikkäs tämä projekti lähti siitä, kun tutkiskelin internetistä että olisiko raspille semmoisia käteviä virtakytkimiä tai jotain kytkentöjä, millä raspin saisi kätevästi pois päältä ja päälle, samaan tapaan kuin PC:ssäkin on virtakytkin, eli AT-tyylisesti.

Löysin ensin aiheeseen melkein sopivan kytkimen USB-kaapelin väliin: https://www.pi-supply.com/product/pi-supply-raspberry-pi-power-switch/ missä toiminnallisuus on aika pitkälti sama kuin mikä mielessäni oli.

Tässä vain ei mielestäni ollut kaikki aivan kohdallaan. Alla pari pointtia miksi tuo on mielestäni huono:

  1. Kytkentä käyttää mielestäni tarpeettoman paljon komponentteja yksinkertaisen asian toteuttamiseen
  2. Tässä käytetään relettä, eli soveltuu vain ON/OFF tarkoitukseen
  3. Vaatii ylimääräisen micro-usb kaapelin
  4. Roikkuu johtojen varassa ja kotelointi pitää keksiä itse

No, mielestäni pystyn parempaan.

Aloinkin suunnittelemaan ensin mahdollisimman pientä korttia, missä ei käytettäisi releitä vaan yksinkertaisia ja mahdollisimman halpoja komponentteja. Tilasin 10 kpl:n protosatsin ekoista versioista ihan vaan toiminnallisuuden varmistamiseksi ja prototyypeiksi. Läjäsin komponentit, modasin kytkentöjä (bugikorjausta) ja testailin ja kytkentä toimi ihan hyvin. FETtien kanssa oli vähän hakemista, sillä tuohon ei sovellu mikä tahansa FET-transistori (Rds eli transistorin sisäinen vastus on suurin tekijä). Micro-USB kaapeliin jää suhteellisen suuri jännitehäviö, joten transistoriin jäävän jännitehäviön pitää olla mahdollisimman pieni. FETtiä myös ohjataan logiikkajännitteellä, joten sekin on otettava huomioon FETin valinnassa.

Suunnittelin myös 3D-printattavan kotelon, mutta en sitä koskaan tehnyt. Alla kuvia ensimmäisestä versiosta:

Testailin kytkentää protolevyn avulla ja kuvasin toiminnasta parit videopätkät. Ensimmäinen video näyttää, kuinka Raspberry käynnistetään nappia painamalla. Samoiten kytkentä pitää virtoja käynnissä niin kauan, kuin raspberrykin on päällä.

Toisessa videossa kannattaa melkein suoraan skipata kohtaan n.45 sekuntia, mikä demonstroi sitä, kun raspberry on sammutettu ja hetken päästä myös sähköt katkeavat raspilta kokonaan.

Projekti jäi pitkään "laatikon pohjalle" ajanpuutteen vuoksi, kunnes sain tätä taas hieman nytkäytettyä eteenpäin.

Raspberry Pi Power/Protolevy

Pyörittelin protoa käsissäni ja ajattelin että oikeastaan tätä saisi vieläkin yksinkertaisemmaksi. Ensiksikin ensimmäisessä protossa tarvittiin vieläkin ylimääräinen Micro-USB-johto, joten siitä halusin päästä ensin eroon. Tällöin kytkennästä häviäisi suurempi USB-A -liitin, mikä tuo myös kustannusta alaspäin.

Koska Raspberryn voi poweroida myös IO-liittimen kautta, keksin että teen kytkennästä HAT-version, eli "Hardware Attached on Top" levyn. Lueskelin aluksi mitä vaatimuksia HAT-levyllä on sen vaatimusmäärittelyn speksissä: https://github.com/raspberrypi/hats/blob/master/designguide.md. Tässä vaiheessa kuitenkin luovuin ajatuksesta (EEPROM-vaatimuksen takia), että tämä levy tulisi olemaan 100 %:n yhteensopiva HAT-määrittelyn kanssa, enkä tätä kytkentää voi tästä syystä kutsua HATiksi. Sanotaanko, että tämä levy tulisi olemaan HAT-compatible.

Tilasin muutaman euron hintaan ebaystä 40-pin piikkirimaliittimiä ja aloitin piirtämään piirilevyn mekaanisia ominaisuuksia HAT-speksin mukaisesti.

Piirilevyn toisesta versiosta syntyi alla olevan kuvan mukainen laitos.

HD-Protoalue

Koska en keksinyt, että mitä muuta "hyödyllistä" levylle haluan laittaa, niin ajattelin että tätä levyä voi käyttää prototyyppien rakenteluun.

Hyppylangat ovat protokytkennöissä aina tarpeellisia, eikä niiden tekemiseltä yleensä välty. Halusin kuitenkin kokeilla, onnistuisiko hyppylankojen teko tinasiltojen avulla ja kehittelin yllä olevan kuvan mukaisen rasterin tai matriisin, miksikä tuota nyt haluaa kutsua. Kutsun tuota aluetta HD-protoalueeksi, eli High Density alueeksi.

Yllä olevassa kuvassa hyppylankojen tekoa on havainnollistettu sinisellä ja punaisella reittiviivalla. Tämän reitin varrelta löytyvät juotosjumpperit juotetaan yhteen niin, että toinen tinasilta tehdään levyn TOP-kerrokseen ja toinen BOTTOM-kerrokseen. Näin voidaan reitittää risteäviä reittejä. Kuvassa näkyvät pyöreät suuret pädit ovat 0,9mm reiällä olevia läpivientejä 2,54 mm:n välillä toisistaan - eli kuten tavallisessa näkkärissäkin.

Power/Protolevyn ominaisuudet

Ominaisuuksia tältä levyltä löytyy seuraavasti:

  1. Micro-USB -liitin. Powerijohto kytketään tähän, ei Raspberryn liittimeen!
  2. Virtanäppäin. Tästä Raspberry käynnistyy ja sammuu (vaatii hieman koodia).
  3. LED näyttää kun sähköt ovat päällä
  4. Kytkentä, joka pitää virrat päällä n. 30 sekuntia shutdownin jälkeen
  5. HD-protoalue (high density)
  6. LD-protoalue (low density)
  7. Pintaliitosalue. Tähän voidaan juottaa SOIC8 tai vastaavia pintaliitoskomponentteja.
  8. 40-pin male-female IO-liitin. (3D-malli kuvassa näyttää väärän headerin).

Levyt lähtevät tilaukseen lähiaikoina ja tästä pitänee sitten jatkojuttu kirjoitella kun ne saapuvat ja saan niitä tehtyä kasaan. Hintaakaan en osaa vielä tarkalleen arvioida, ennen kuin ensimmäinen erä on kasattu ja käsityökin laskettu mukaan hintaan. 10-20 euron välimaastoa kuitenkin voinen hyvin veikata.

Jätä kommentti

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *