Forum: Platinen Garagensteuerung erstes pcb


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von JPM (Gast)


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Hallo zusammen.
Ich möchte gerne mein erstes eigenes Board erstellen um meine Garage mit 
einem rasperry pi steuern zu können.

Zum Einsatz kommen dabei 2 UAP's von Hörmann die potentialfreie Kontake 
zum Auslesen der Zustände, sowie Anschlüsse zum Steuern der Tore 
(auf/zu/lüften) hat (0v).

Das Board, welches ich entworfen habe, bekommt vom pi die i2c pins (zur 
Ansteuerung des MCP23017 Chips) und 4 gpios für die dht sensoren und 
einem 433 mhz Funkmodul.
Des Weiteren hat die Platine 2 pins, die die Interrupts vom MCP23017 an 
den pi weitergeben sollen.

Das Board soll eine komplett eigene Stromversorgung bekommen. Dafür ist 
ein USB Anschluss mit 5V vorgesehen. Einige Komponenten benötigen jedoch 
die 3,3V weshalb ich einen Spannungswandler integriert habe.

Die 8 Relais steuern die Torpositionen mittels UAP. Die LED's 
signalisieren in welchem Status sich das Garagentor befindet (in 
Bewegung/offen/geschlossen/Lüftung).
Da die Lüftungsposition nicht mittels UAP abgefangen werden kann habe 
ich ein Reed-Kontakt installiert. Das UAP gibt für jeden Status nur ein 
aktives Signal. D.H. dass sich das Garagentor immer nur in einem 
einzigen Zustand befinden kann. Dies wird durch den Reed-Kontakt gestört 
und wird deshalb durch weitere IC Gatter korrigiert (es ist gewollt, 
dass es nur einen Zustand zur aktuellen Zeit gibt).

Das Einlesen der Zustände erfolgt low-active, weswegen die Signale 
invertiert wurden um diese mittels einer LED anzeigen zu können.

So viel zum Funktionsumfang.

Meine Frage ist nun inwiewit mein Board korrekt oder fehlerhaft ist?
Ich bin neu in der Thematik Elektrotechnik und deshalb ist mir nicht 
bewusst inwieweit diese Schaltung in der Realität funktioniert (eine 
vereinfachte Version ohne eigene Stromversorgung (Spannungswandler), 
Logikgatter und eigener Relais ist bereits im Betrieb und funktioniert).

Achja die Masseflächen habe ich Der Übersicht wegen nicht anzeigen 
lassen. Diese sind Standard und weißen keine eigenen Änderungen auf.

Ich freue mich auf Anregungen und Hinweise.

von René H. (Gast)


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Auf die Schnelle ...

Weshalb hast Du als Abblockkondensatoren teilweise 10nF gewählt?

Die Versorgungsleitungen würde ich etwas dicker machen, Platz ist ja 
genug da.

Grüsse,
René

von Seemann (Gast)


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Ahoi,
auf die schnelle würde ich folgende Sachen kritisieren:
-fehlende Freilaufdioden an den Relais
-überlall gleiche Leiterbahnbreite
-der Spannungsregler hat max. 100mA Output. Reicht das oder sollte noch 
ein bisschen Reserve eingeplant werden?
-die Widerstände für die LEDs sind für mein Gefühl etwas niedrig. Ich 
würde mit dem Strom noch etwas runter gehen.

Sonst sieht das Layout ganz gut aus. Die Anordnung der Teile ist gut 
gewählt, die Leiterbahnführung kann noch verbessert werden. Verschiebe 
zum Beispiel den C4 etwas nach unten, dann hast du mehr Platz. Manchmal 
kann man auch noch weniger Winkel einbauen. Dir Schleife um den Pin 
links bei IC4 kann man zum Beispiel mit einem Via umgehen. Und bei 
Relais K4 sind komische Winkel.
Die fehlenden Freilaufdioden würde ich als 1208 SMD auf der Rückseite 
ausführen.

Sind sicher noch andere Sachen aber ich muss ja nicht die ganze Arbeit 
machen.

von Seemann (Gast)


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Und der Bestückungsdruck muss auch noch ausgerichtet werden. Die 
Bezeichnungen von den Schraubklemmen sind verdeckt.

von Cyborg (Gast)


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JPM schrieb:
> Achja die Masseflächen habe ich Der Übersicht wegen nicht anzeigen
> lassen.

Das lass mal lieber hübsch bleiben, weil das gar nicht nötig ist.
Wie willst du denn die Platine befestigen?
Sind die Leitungen unten zu deiner Logik offen, wohl möglich
lange Leitungen angeschlossen? Keine gute Idee.
Wie sind denn die Stromkreise abgesichert?

von JPM (Gast)


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Vielen Dank für die ersten Anregungen.
Ich möchte da gerne auf ein paar Punkte eingehen.

Weshalb hast Du als Abblockkondensatoren teilweise 10nF gewählt?
- ich habe mal gelesen, dass dies ein Richtwert ist der fast immer 
passt.

fehlende Freilaufdioden an den Relais
- ich dachte der ULN2308 hat die freilaufdioden bereits integriert?

überlall gleiche Leiterbahnbreite
- ist das schlimm? Könnte ich ggf. noch anpassen

der Spannungsregler hat max. 100mA Output
- danke für den Hinweis. Das könnte in der Tat etwas zu wenig sein. Ein 
Puffer klingt immer gut

Das Relais K4 werde ich mir nochmal anschauen. Da fehlt auch eine 
Leiterbahn sehe ich gerade.

Die Beschriftungen der Bauteile sind aufgrund von Platzmangel etwas 
misslungen das gebe ich zu. Wie platziert man diese dort korrekt ohne 
dass diese überdeckt sind?

Die Befestigung der Platine ist so eine Sache. Ich habe noch kein 
Gehäuse gefunden welches den richtigen Lochabstand hätte.
Das mit den offenen langen Leitungen unten habe ich leider nicht 
verstanden.

Eine Absicherung fehlt tatsächlich, allerdings bin ich diesbezüglich 
noch nicht gut genug informiert wie man diese aufbaut.

von JPM (Gast)


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Ich glaube das mit den langen Leitungen habe ich jetzt doch verstanden.

3 von den 4 Leitungen sind relativ kurz (20cm Kabel) nur die 4. Leitung 
erstreckt sich über ca. 3m.

Die 3 werden von der UAP abgegriffen, die 4. ist der Reed-Kontakt der an 
einer bestimmten Position am Tor befestigt sein muss.

von Cyborg (Gast)


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JPM schrieb:
> Die 3 werden von der UAP abgegriffen, die 4. ist der Reed-Kontakt der an
> einer bestimmten Position am Tor befestigt sein muss.

Wie du ja bei den DIP-Schaltern (SW1) völlig korrekt Pull-Down-
Widerstände benutzt hast, ist das Schaltprinzip auch für andere
externe Schalter anzuwenden, bei Low-aktiv wären dann Pull-up-
Widerstände erforderlich, aber man muss auch mit Spannungsabfall
und Störspannungen rechnen. Um da Probleme zu vermeiden bietet sich
eine galvanische Trennung mit Optokopplern an.

JPM schrieb:
> Die Beschriftungen der Bauteile sind aufgrund von Platzmangel etwas
> misslungen das gebe ich zu. Wie platziert man diese dort korrekt ohne
> dass diese überdeckt sind?

Verschieben und drehen.

JPM schrieb:
> Die Befestigung der Platine ist so eine Sache. Ich habe noch kein
> Gehäuse gefunden welches den richtigen Lochabstand hätte.
> Das mit den offenen langen Leitungen unten habe ich leider nicht
> verstanden.

Das ist aber der erste Planungschritt, es sei denn man designt
eine Steckkarte, zB. im Europa-Format, denn die braucht solche 
Befestigungslöcher nicht.

JPM schrieb:
> Zum Einsatz kommen dabei 2 UAP's von Hörmann die potentialfreie Kontake
> zum Auslesen der Zustände, sowie Anschlüsse zum Steuern der Tore
> (auf/zu/lüften) hat (0v).

UAP sagt mir jetzt auf Anhieb nichts, aber wenn da Kontakte genutzt
werden, müssen Pullups/Downs verwendet werden. Cmos-Eingänge
dürfen nicht offen bleiben, sonst kann wer weiß was passieren,
aber nicht das, was man gern möchte.

von Cyborg (Gast)


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Cyborg schrieb:
> Cmos-Eingänge

Okay, Korrektur, sind ja 74LS Lowpowerschottky, die ja nicht so
empfindlich sind, aber trotzdem sollte man hier bei Kontakten
gegen Widerstände schalten.

von JPM (Gast)


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Cyborg schrieb:
> JPM schrieb:
>> Die 3 werden von der UAP abgegriffen, die 4. ist der Reed-Kontakt der an
>> einer bestimmten Position am Tor befestigt sein muss.
>
> Wie du ja bei den DIP-Schaltern (SW1) völlig korrekt Pull-Down-
> Widerstände benutzt hast, ist das Schaltprinzip auch für andere
> externe Schalter anzuwenden, bei Low-aktiv wären dann Pull-up-
> Widerstände erforderlich, aber man muss auch mit Spannungsabfall
> und Störspannungen rechnen. Um da Probleme zu vermeiden bietet sich
> eine galvanische Trennung mit Optokopplern an.

Guter Hinweis. Ich habe glatt vergessen zu erwähnen, dass ich die 
internen Pullups vom MCP23017 benutze (softwareseitig aktiviert).
Was mir wirklich aktuell Probleme bereitet ist der Reed-Kontakt. Dieser 
kriegt ab und zu ein Signal, auch wenn es nicht geschlossen ist. Dies 
kann durch einen Optokoppler verhindert werden? Dann brauche ich den 
definitiv :)

Cyborg schrieb:
> JPM schrieb:
>> Die Beschriftungen der Bauteile sind aufgrund von Platzmangel etwas
>> misslungen das gebe ich zu. Wie platziert man diese dort korrekt ohne
>> dass diese überdeckt sind?
>
> Verschieben und drehen.

Das klingt logisch. Ich dachte nur dass die Ausrichtung für alle 
Bauteile gleich sein soll.

Cyborg schrieb:
> JPM schrieb:
>> Die Befestigung der Platine ist so eine Sache. Ich habe noch kein
>> Gehäuse gefunden welches den richtigen Lochabstand hätte.
>> Das mit den offenen langen Leitungen unten habe ich leider nicht
>> verstanden.
>
> Das ist aber der erste Planungschritt, es sei denn man designt
> eine Steckkarte, zB. im Europa-Format, denn die braucht solche
> Befestigungslöcher nicht.

Das werde ich dann gleich in Angriff nehmen ;) eine Steckkarte wird es 
nicht.

Cyborg schrieb:
> JPM schrieb:
>> Zum Einsatz kommen dabei 2 UAP's von Hörmann die potentialfreie Kontake
>> zum Auslesen der Zustände, sowie Anschlüsse zum Steuern der Tore
>> (auf/zu/lüften) hat (0v).
>
> UAP sagt mir jetzt auf Anhieb nichts, aber wenn da Kontakte genutzt
> werden, müssen Pullups/Downs verwendet werden. Cmos-Eingänge
> dürfen nicht offen bleiben, sonst kann wer weiß was passieren,
> aber nicht das, was man gern möchte.

Siehe Erwähnung oben.

von JPM (Gast)


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So, ich habe eine Überarbeitung vorgenommen.

Die Berechnung der LED Widerstände habe ich erneut durchgeführt und die 
150 Ohm sollten definitiv ausreichen (errechneter Wert 130 Ohm).

Jetzt habe ich aber nochmal eine Frage zu den Optokopplern.
Was ich verstanden habe: Aufgrund der Verwendung eines eigenen 
Stromkreis muss eine galvanische Trennung zwischen dem Board und dem 
Raspberry Pi erfolgen.

Also müssten folglich alle Signale die im Input definiert sind mit einem 
Optokoppler versehen werden. Sehe ich das richtig?

Durch die Recherche über Optokoppler ist mir aufgefallen, dass diese 
auch anstelle eines Relais verwendet werden können. Kann ich die Relais 
auf meinem Board durch weitere Optokoppler ersetzen?
Die Relais steuern eine Hörmann UAP Platine an die mit dem 
Garagentormotor verbunden ist.

https://www.tor7.de/hoermann-universaladapterplatine-uap-1

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