Dieser Beitrag soll der Hardware in der Zentrale des HomePi beschreiben.
In Teil 2 sind dies Gehäuse, Netzteil und sonstige Komponenten.
Hier geht es zu Teil 1.
Gehäuse
Als Gehäuse für die Zentrale des HomePi dient eine Standard 19” Baugruppenträger mit 3 HE und 84 TE. Dieser ermöglicht einen einfachen und modularen Aufbau unter Nutzung von gängigen Industriestandards.
Hinten in dem Baugruppenträger ist die Backplane montiert. Einzelne Einschubplatinen, wie beispielsweise die Hauptplatine, können flexibel über ein Schienensystem eingesetzt und auf die Backplane gesteckt werden.
Den Baugruppenträger habe ich dann hochkant mit Hilfe eines Holzrahmens in einem kleinen Abstellraum fest montiert.
Netzteil
Als Netzteil für die gesamte Spannungs- und Stromversorgung des HomePi inklusive aller direkt angeschlossenen Komponenten kommt ein 24 V Schaltnetzteil zum Einsatz, welches bis zu 3 A Strom liefern kann.
Die Spannung von 24 V ist gut geeignet für eine Verteilung, auch über längere Kabel, im gesamten Haus, da hier für auch etwas größere Lasten ein recht geringer Strom benötigt wird. Dies wiederum wirkt sich positiv auf die entstehenden Übertragungsverluste aus. Die einzelnen angeschlossenen Komponenten können die 24 V dann entweder direkt nutzen oder daraus ihre benötigten Spannungen (meist 5 V oder 3,3 V) selbst erzeugen.
Bei meinem System kommt ein Netzteil vom Typ 315-00008 von RND Power zum Einsatz. Dieses bietet einen guten Wirkungsgrad von 86 % sowie eine geringe Restwelligkeit von etwa 120 mV (laut Datenblatt). Zudem ist die Ausgangsspannung justierbar, das heißt sie kann innerhalb eines gewissen Bereiches manuell angepasst beziehungsweise nachgeregelt werden.
Hinweis
Ein gutes Netzteil ist wichtig für eine zuverlässige Funktion des Gesamtsystems.
Achtung
Wichtiger Hinweis: Arbeiten an der 230 V Elektrik sollten immer nur durch Elektrofachkräfte vorgenommen werden!
USB-Festplatte
Aufgrund der Größe und der begrenzten Lebensdauer einer SD-Karte verwende ich bei meinem HomePi eine externe USB 3.0 Festplatte.
Auf dieser Festplatte befinden sich das Root-Dateisystem /, eine extra Home-Partition /home, eine Daten-Partition /var/data, sowie eine 8 Gb große Swap-Partition.
Zumindest gefühlt startet der Raspberry Pi 4 zusammen mit der USB 3.0 Festplatte sogar schneller als von der standardmäßigen SD-Karte. 🙂
Wie die Einrichtung der USB-Festplatte funktioniert, habe ich grundlegend im Beitrag USB-Festplatte am Raspberry Pi beschrieben.
433 MHz Funkmodule
Für den 433 MHz Funk über das RadioHead Protokoll kommen je ein Sender und Empfänger vom Typ 3400RF und ein Arduino Nano zum Einsatz.
Die Funkmodule sind mit dem Arduino Nano verbunden. Der Arduino ist über USB an den zentralen Raspberry Pi angeschlossen und arbeitet als Gateway zwischen dem 433 MHz Funk und der seriellen Anbindung an den Raspberry Pi. Ein entsprechender Sketch für den Arduino ist hier zu finden.
Für einen besseren Empfang kommen zwei selbst gebaute 433 MHz Dipol-Antennen zum Einsatz.
Patchpanel
Für eine möglichst einfache und flexible Verkabelung wird ein einfaches 24-Port RJ45 Patchpanel verwendet. Hier können alle ankommenden Kabel ordentlich aufgelegt und anschließend über kurze Patchkabel mit den entsprechenden Ports der HomePi-Hardware verbunden werden.
Ich habe mir das Patchpanel so eingeteilt, dass die oberen Ports 1 bis 8 für den CAN-Bus und die unteren Ports 17 bis 24 für Ethernet reserviert sind. Die Mittleren Ports 9 bis 16 sind momentan als Reserve für eventuelle Erweiterungen vorgesehen.
