Sainsmart 8 Channel RelaisBoard sicher mit dem Raspberry Pi verbinden (Tutorial)

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Ein doch sehr häufig gesuchtes Projekt unter den Raspberry Pi Usern ist das schalten von Steckdosen, etc mit einem passenden RelaisBoard. Diverse Modelle und einzelne kostengünstige Boards sind in den einschlägig bekannten Elektronik Shops oder Amazon zu finden.
Allerdings erweist sich der sichere Umgang mit den Relais und dem Raspberry Pi schwieriger als zuerst angenommen. Nach mehreren Recherchen im Internet, speziell in Foren, wurde schnell klar das es mehr als nur eine Möglichkeit gibt ein Relais Board sicher an die GPIOs des Raspberry Pi anzuschliessen.

In diesem Beitrag/ Tutorial werden wir uns mit einem Sainsmart 8 Channel 5V Modul beschäftigen.
Das gleiche Modul gibt es noch in diversen anderen Ausführungen (zB als 2 oder 4 Channel Variante oder mit anderer VoltZahl). Der Hersteller führt das oben genannte 8 Channel Relais für 11,99 $ in seinem Webshop. Jedoch kann man das Modul auch ohne weiteres für unter 10€ auf Amazon bestellen. (Ein kleiner Hinweis an der Stelle, schaut doch einfach mal in unserem Shop vorbei, unter der Kategorie Tutorial RelaisBoard sind alle Einzelteile die Ihr für das Tutorial benötigt aufgeführt)

UND GLEICH VORAB! Im Normalfall sollte keine Beschädigung des Raspberry Pis zustande kommen. Allerdings kann unsachgemäße Bedienung immer zum Verlust der Hardware führen! Bitte achtet zuerst auf Euch und dann auf Eure Hardware !!! Ebenso werden wir in diesem Tutorial nicht den Anschluss des RelaisModuls an den 220 Volt Stromkreis beschreiben. Bitte bitte ruft hierzu einen zertifizierten Elektriker Eures Vertrauens an !!! Wir übernehmen keine Verantwortung an eventuellen Schäden die entstehen können!!! 

 

Für den Prototyp werden folgende Teile benötigt:

– Raspberry Pi & Netzteil
- Sainsmart 8 Channel Modul 5V
- Breadboard
- 2,2 kOhm Widerstand (8 Stck)
- 10 kOhm Widerstand (8Stck)
- Breadboard Stromversorgung
- Jumper Stecker
- Transistoren (8 stk)
- Kabelbrücken

Hinweis: Im Ras-Pi.de WebShop findet Ihr alle aufgelisteten Bauteile. Allerdings sind verschiedene Bauteile nicht in der benötigten Anzahl verfügbar, weshalb wir in allen Fällen aufgerundet haben. Bsp Widerstände, 8 Stück werden die wenigsten ElektronikShops verkaufen, deshalb haben wir auf 10 aufgerundet.

Der Schaltungsaufbau im Detail

RelaisBreadboard08Bevor wir nun mit dem Aufbau des Breadboards/ Prototypen beginnen schauen wir uns noch den Schaltplan eines einzelnen Channels an.
Wie man erkennen kann is der “Signalweg” von links nach rechts.
D.h. der entsprechende GPIO Pin stellt den Anfang dar. Hier wird per Active oder Low das Signal vom Pi ausgegeben. Das Signal läuft durch die Widerstände in den Transistor, der vereinfacht gesagt das Signal für das RelaisBoard entsprechend aufbereitet.

Warum können wir das RelaisBoard nicht mit entsprechenden Jumper Wires direkt am Raspberry Pi anschliessen ???
Auch hierfür gibt es verschiedene Gründe, aber allem voran wollen wir noch länger Spass mit unserem Raspberry Pi haben und scheuen uns daher nicht die Sicherheit der Hardware und vor allem der User in den Vordergrund zu stellen. Wer sich dennoch mit eigenen Recherchen im Internet schlau machen will, dem sei folgender Link als Ausgangspunkt ans Herz gelegt: Forumbeitrag auf Raspberry.org

Beginnen wir mit dem Aufbau des Breadboards und der Schaltung

breadboardZuerst sollten wir uns Gedanken über die Aufteilung machen. In der gezeigten Variante werden jeweils 3 Reihen des Breadboards für den Aufbau der Schaltung benötigt. Bei 8 schaltbaren Channels sind wir hier bei 24 Bahnen die wir benötigen.
Wichtig sind hier die Zuleitungen für den “Ground“. Hierfür werden wir uns eine komplette Bahn pro Relais Channel für den späteren Gebrauch reservieren.

Step 1 – Verdrahtung der Widerstände

RelaisBreadboard01Bahn 1 werden wir vorerst frei lassen.
Bahn 2 beinhaltet die beiden Widerstände.
Bahn 3 ist die GroundBahn (Die Groundbahn betrachten wir im nächsten Step noch genauer!) Beim Aufbau der Groundbahnen ist zu beachten das der erste Anschluss des Widerstandes von Bahn 2 auf die Groundbahn geht.

Platzieren wir also die Widerstände wie es auf dem Bild zu sehen ist.

 

Step 2 – Die Groundbahn

RelaisBreadboard02Die “Groundbahnen” in diesem Fall Reihe g & h müssen wir mit kleinen Drahtbrücken verbinden.
Dies ist nötig da unser Prototyp Breadboard nur waagrechte durchgehende Reihen miteinander verbindet. Die nummerierten Reihen sind durchgehend mit einer Leiterbahn verbunden.
Da wir später aber einen “Ground” durch die ganze Schaltung bzw quer über s Breadboard benötigen, tricksen wir mit Reihe g & h und bauen so unsere benötigte Groundbahnen.

 

Step 3 – Transistoren hinzufügen

RelaisBreadboard03Danach werden die Transistoren hinzugefügt.
Erst jetzt werden wir unsere Bahn 1 verwenden.
Bitte achtet auf die richtige Verpolung bei den Transistoren! (vereinfacht gesagt: Das abgeflachte Teil am Transistor zeigt zum RelaisAnschluss. Alle drei Beine des Transistors werden behutsam in das Breadboard gesteckt.

Der linke Fuss kommt in Bahn 1 der mittlere in Bahn 2 und der rechte in Bahn 3.

Bahn 1 beinhaltet nur den linken Transistor Fuss ansonsten ist diese Bahn komplett leer.

 

 

 

Step 4 – In und Outputs auf dem Breadboard

RelaisBreadboard04

Jetzt stellen wir die Verbindungen zum Relais und vor allem vom Raspberry zum Breadboard her. Das rote Kabel (linke Seite) führt in unserem Fall zum Relais und das graue an den Raspberry Pi.
Der Ausgang zum Relais wird per JumperWire von Bahn 1 zum RelaisModul Eingang 1 gesteckt. Den Impuls vom Raspberry Pi bekommt das Breadboard auf der Bahn 2 mit entsprechendem Jumper Wire.

 

 

Step 5 – die Stromversorgung

RelaisBreadboard05Bevor wir jedoch das Breadboard samt Relais in Betrieb nehmen können, fehlt selbstverständlich noch eine angemessene Stromversorgung für das RelaisModul.
Auch hier kann man verschiedene Lösungen anwenden.
Jedoch ist ein extra Netzteil mit passendem Breadboard Verteiler für keine 10 € zu erhalten.
Also warum verkomplizieren wenn es auch einfach geht.

Unser Breadboard Stromverteiler bietet die Möglichkeit mehrerer Ausgänge. Für jeweilige Spannung, 3,3V und 5V stehen mehrere Pins zur Verfügung. Auf beiden Seiten kann per Jumper auf das Breadboard direkt eine Spannung angelegt werden.
Auf unserem Bild ist der untere Jumper (gelb) in der Mittelstellung. Die Mittelstellung schaltet hier die Spannung aus. Auf den oberen Bahnen ist der Jumper auf 5V gesetzt, die direkt auf dem Breadboard mit Plus und Minus gekennzeichnet sind.

RelaisBreadboard06Da unser RelaisBoard eine 5V Spannungen benötigt schliessen wir das Modul wie folgt an unser Breadboard an. (Wichtig ist den Jumper der Stromversorgung richtig zu setzen!)

Von der PlusBahn des Breadboards gehen wir auf den Pin VCC auf dem Relaisboard. Und den Minuspol verbinden wir mit dem GND Pin auf dem Relaisboard. Auch hier gibt es verschiedene Möglichkeiten bei der Auswahl des GND Pins. Welchen Ihr nehmt, hängt allein von Euch ab. Beide sind identisch und erfüllen beide den gleichen Zweck.

Zu guter letzt müssen wir die in den vorigen Steps gebaute Groundbahn noch an den GND des Breadboard Verteilers anschliessen. Ein einfaches Jumper Wire von der Groundbahn zum Verteiler schafftt den benötigten Ground um das Modul sicher zu betreiben.

 Der fertige Prototyp

RelaisBreadboard07Sollte nun alles richtig verkabelt sein, sollte Euer Prototyp ähnlich wenn nicht sogar identisch wie auf dem Bild links sein. Nun kann man einen ersten Versuch mit dem RelaisModul starten.

Mehrere Möglichkeiten stehen auch hierfür zur Verfügung.

Als kleinen Tip vorweg, WiringPi bietet hier einen guten Ausgangspunkt… Aber selbstverstädnlich könnt Ihr auch einfach warten bis das nächste Tutorial dazu auf www.Ras-Pi.de veröffentlicht wird.

Ebenfalls möchten wir hinzufügen das es sich hierbei um einen Prototypen handelt, der den Einstieg in die Welt der GPIO Relais Steuerung des Raspberry Pis aufzeigen soll. Für einen endgültigen und dauerhaften Betrieb eine RelaisModuls an einer 220V Stromquelle sollte der Prototyp als endgültiges Bauteil umgesetzt werden. Bitte beachtet das es bei 220 V unter Umständen keinen zweiten Versuch gibt !!!

 

 

 

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