Relaismodul an Raspberry Pi

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Hier bei Amazon habe ich eine der bisher ausführlichsten und schlüssigsten Anleitungen gefunden. Zur Sicherheit zitiere ich sie im Folgenden.

http://www.amazon.de/product-reviews/B00ALNJN72/ref=cm_cr_dp_synop?ie=UTF8&showViewpoints=0&sortBy=recent#RPC2GQI9HPB17

am 24. März 2016

Das Relais schaltet zuverlässig und lässt sich wunderbar an einem Raspberry Pi betreiben. Hierzu gibt es im Internet viele unterschiedliche Anleitungen und z.T. Befürchtungen, dass die 5V des Boards die GPIOs des Pi zerschießen könnten. Deshalb hier eine kurzes Howto, damit es auch garantiert klappt. 🙂

Problem: Das Relaismodul besteht aus zwei Stromkreisen, dem Steuerkreis und dem Relaiskreis. Beide sind auf 5V ausgelegt. Betreibt man beide Stromkreise mit 3,3V, so besteht die Gefahr, dass das Relais „hängt“ oder nicht zuverlässig schaltet, denn die Relais brauchen zwingend 5V; außerdem fressen dann die LEDs im Steuerkreis so viel Spannung, dass die dort befindlichen Transistoren (aus irgendwelchen elektrotechnischen Gründen, die ich ehrlich gesagt nicht vollständig verstanden habe…irgendwas mit Sättigung) ironischerweise durch ihre eigene Verlustwärme schleichend geröstet werden und irgendwann ausfallen können. Gibt man stattdessen beiden Stromkreisen 5V, so röstet man den GPIO des Raspberry Pi, da dieser nur 3,3V verkraften kann. Was tun, um aus diesem Dilemma herauszukommen?

Lösung: Wir arbeiten mit unterschiedlichen Spannungen. Wir betreiben den Relaiskreis mit den erforderlichen 5V, während wir den Steuerkreis mit 3,3V betreiben. Auf diese Weise können auch die GPIOs nur 3,3V abbekommen.

Howto:
1.) Die vier LEDs mit einem Lötkolben auslöten. Die Stellen, an denen die LEDs waren, mit ausreichend Lötzinn überbrücken.
2.) Den Jumper, der JD-VCC und VCC auf dem Board verbindet, abziehen. Wichtig! Solange dieser Jumper gesteckt ist, sind Relaiskreis und Steuerkreis miteinander verbunden. Diese Verbindung muss logischerweise getrennt werden, und das geschieht durch Abziehen des Jumpers.
3.) 3,3V vom Raspberry Pi an VCC des Boards stecken (Pinleiste mit sechs Pins).
4.) 5V vom Raspberry Pi an JD-VCC des Boards stecken (einer der Pins, wo der Jumper draufgesteckt hat – den richtigen wählen! Beschriftung JD-VCC!)
5.) Masse vom Raspberry Pi an GND des Boards stecken (Pinleiste mit sechs Pins)

Nun fehlt noch die Verbindung von den GPIOs zum Board. Da der Raspberry Pi pro GPIO-Port nur max. 8mA an Strom zur Verfügung stellen kann, der Steuerstrom aber lt. Produktbeschreibung mit 15-20mA angegeben ist, müssen wir verhindern, dass das Relaisboard zu irgendeinem Zeitpunkt mehr ziehen kann als diesen Wert. Nach dem Ohm’schen Gesetz (U=R*I) ergibt sich bei einer Spannung von U = 3,3V und einem Maximalstrom von I = 8mA = 0,008A ein Widerstand von R = 412,5 Ohm. In der Praxis eignet sich ein 470 Ohm-Widerstand, den man in das Kabel vom GPIO zum Board einlötet. Dieser begrenzt dann den Stromfluss auf 7mA. In der Praxis funktioniert das auch nach vielen Tests hervorragend.

In einem letzten Schritt schließt man nun also ein derart präpariertes Kabel zwischen den GPIO-Pin des Raspberry Pi und dem gewünschten Eingang des Relais (z.B. IN1 für das erste Relais). Fertig!

Will man nun das Relais so einrichten, dass es standardmäßig AUS ist, und das angeschlossene Gerät nur bei Bedarf eingeschaltet wird, so muss man folgende Einstellungen am Raspberry Pi vornehmen (in diesem Beispiel habe ich GPIO17 gewählt):

# GPIO17 als Ausgang definieren
echo 17 >/sys/class/gpio/export
echo out >/sys/class/gpio/gpio17/direction

# Logik des GPIO17 invertieren
echo 1 >/sys/class/gpio/gpio17/active_low

# GPIO17 auf den Wert 0 setzen
echo 0 >/sys/class/gpio/gpio17/value

Die o.g. Befehle kann man sich z.B. in die /etc/rc.local eintragen und erhält damit ein Relais, das nach dem Hochfahren des Raspberry Pi standardmäßig aus ist.

Wichtig ist hierbei noch der korrekte Anschluss des Endgeräts an das Relais: Es muss richtigherum angeschlossen werden. Dazu die Platine so drehen, dass man die Beschriftung der Relais normal lesen kann (d.h. Schrift „K1“ bzw. „K2“, „K3, „K4“ muss nach oben zeigen). Aus dieser Perspektive muss nun das Endgerät zwischen dem mittleren Schraubanschluss und dem rechten Schraubanschluss eingeschraubt werden.

Beim Test mit einer LED an 12DC reagiert das System so schnell, dass ich beim Hochfahren des Raspberry Pi aus dem ausgeschalteten Zustand die LED nicht einmal für einen Sekundenbruchteil flackern sehe! Für die allermeisten Anwendungen verhält sich das Relais nun so, wie man es erwartet, nämlich standardmäßig „aus“.

Eingeschaltet wird das Endgerät dann über den Befehl (bei Verwendung von GPIO17):
sudo echo 1 >/sys/class/gpio/gpio17/value

Ich hoffe, hiermit einigen Leserinnen und Lesern geholfen zu haben!

*** Ein Wort der Warnung zum Schluss: Anschluss von Geräten mit hohen Spannungen und/oder hohen Stromstärken sollte nur von Fachpersonal erfolgen! Hierbei unbedingt die maximal zulässigen Angaben der Relais beachten (sind aufgedruckt), nur hochwertige Kabel verwenden. Beim Anschluss von Litze (Kupferkabel mit einzelnen feinen Äderchen) müssen Aderendhülsen verwendet werden! Niemals einfach verdrillen und reinstecken, da ansonsten durch den Anpressdruck der Schraube und ggfs. Rumgereiße am Kabel Äderchen abreißen können, was den Widerstand an der Kontaktstelle dann beträchtlich erhöht und zum Brand führen kann! Ihr seid für die Sicherheit von anderen Menschen in eurer Umgebung verantwortlich, nicht nur für eure eigene. Relais sind eine tolle Sache, aber sie sollten verantwortungsbewusst eingesetzt werden. Bei Unklarheiten/Fragen immer Fachpersonal zu Rate ziehen, oder den Anschluss von diesem vornehmen lassen. ***“

Zitat: Quelle siehe oben, Stand 06.05.2016
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