Jugend Programmiert: Raspberry Pi Lüftersteuerungs Kit

Der SoC des Raspberry Pi kann bei einer Vielzahl von Anwendungen stark beansprucht werden. Folglich steigt die Betriebstemperatur des Einplatinencomputer. Diese Tatsache haben die Macher des Projekts Jugend Programmiert aufgearbeitet und im Rahmen des Kits “Raspberry Pi Lüftersteuerung” dokumentiert. Welche Themen das Kit umfasst und welche Hardware das Kit mit sich bringt, wird im Folgenden beschrieben.

Jugend Programmiert

Das Projekt Jugend Programmiert beabsichtigt grundlegend den Einstieg in die Programmierung für Neulinge zu erleichtern. Anhand von einfachen, aber sehr praxisorientierten Fallbeispielen, zeigen die Macher primär mit der Programmiersprache Python grundlegende Konstrukte der Programmierwelt. Als Basis kommt dabei der Raspberry Pi zum Einsatz, da dieser neben einer weitreichenden Softwareunterstützung eine Vielzahl von hardwarenahen Projekten zulässt. In Form eines Kits stellen die Entwickler die für ein entsprechendes Projekt benötigte Hardware bereit. Im Zuge eines solchen Kits und der Jugend Programmiert Anleitung kann das Projekt aufgebaut und programmiert werden. Vor einiger Zeit wurde im Blog bereits das Jugend Programmiert Starter Kit vorgestellt.

Raspberry Pi Lüftersteuerungs Kit

Hardware

Das Raspberry Pi Lüftersteuerungs Kit vom Projekt Jugend Programmiert bringt die notwendige Hardware mit, die man zur Umsetzung einer Lüftersteuerung am Raspberry Pi inklusive Zustandsanzeige der Temperatur mittels LEDs benötigt. Mit Hilfe der Hardware des Kits kann zunächst ein Testaufbau gebaut werden. Hierfür bringt das Kit ein Breadboard, sowie passende GPIO Jumperkabel mit. Als Lüfter kommt ein 5V Lüfter (0,9W) mit einem Durchmesser von knapp 4 cm zum Einsatz. Dieser wird mit einem Standardtransistor an oder aus geschalten.

Zur Montage des Lüfters auf dem Raspberry Pi liefert das Kit eine mechanische Fassung, sowie Abstandsbolzen und passende Schrauben. Damit lässt sich die Lüftersteuerung nicht nur als Testaufbau realisieren, sondern kann auch für den aktiven Betrieb verwendet werden. Hierfür ist allerdings dann ein Lötkolben notwendig. Insgesamt umfasst das Kit die folgende Bauteile. Der raspberry Pi selbst ist im Kit nicht enthalten. Den Einplatinencomputer besitzt man schon, oder muss sich diesen extra kaufen.

• Breadboard
• Jumperkabel
• GPIO Referenzplatine
• Lüfter (4 cm, 5V, 0.9W)
• Lüfterhalterung, Schrauben Abstandsbolzen
• 2 x Transistor BC337
• LEDs (grün, gelb, rot)
• Widerstände (Vorwiderstände LEDs)
• Anleitung zum Projekt

Anleitung und Umsetzung

Die im Kit enthaltene Anleitung zum Bau der Lüftersteuerung kann auch auf der Webseite der Macher betrachtet werden. Umgesetzt wird die Ansteuerung des Lüfters durch einen Pythonskript. Innerhalb der Anleitung zum Kit beschreiben die Macher Stück für Stück den Aufbau der Beschaltung des Lüfters am Raspberry Pi, sowie die einzelnen Bestandteile des Python-Programms.

Schaltungsaufbau

In Sachen Schaltungsaufbau wird der Lüfter mit Hilfe eines Transistors vom Typ BC337 an oder aus geschalten. Anders als in der Anleitung empfehle ich hier aber dringend den Lüfter mit den 5 Volt des Raspberry Pi zu versorgen, anstatt 3,3 Volt. Die 3,3 Volt des Pi sind in der Stromstärke begrenzt und nicht zur Spannungsversorgung von Verbrauchern gedacht. Andernfalls kann dadurch, insbesondere bei dauerhafter Belastung, der Raspberry Pi beschädigt werden. Geschalten wird der Transistor BC337 via eines GPIO Pins des Pi. Damit ist die eigentliche Lüfteransteuerung bereits realsiert. Das Ansteuern des Lüfters wird hierbei in abhängigkeit der aktuellen CPU Betriebstemperatur realisiert.

Erweitert wird der Raspberry Pi Lüfter mit einer Zustandsanzeige von 3 LEDs (grün, gelb und rot). Diese werden ebenfall herkömmlich über die GPIO Pins des Pi in Abhängigkeit der Temperatur beschalten. In meinem Fall habe ich den Lüfter für den aktiven Betrieb mit Hilfe der Montagefassung auf den Raspberry Pi gebaut. Die Fassung bietet hier ebenfalls eine Halterung für Transistor und die 3 LEDs. Dies ist sehr hilfreich sodass auch keine extra Platine notwendig ist. Die GPIO Jumperkabel habe ich entsprechend angelötet und mittels Schrumpfschlauch isoliert und befestigt. In den Schrumpfschläuchen sind auch jeweils die Vorwiderstände für die LEDs verschwunden :)

Python-Skript

Mit Hilfe des Kits wird, besonders für Einsteiger, gut verständlich erklärt, wie man mit Python die GPIO Pins ansprechen und schalten kann. Hierbei kommt die gängige RPi.GPIO Bibliothek zum Einsatz. Innerhalb des Skripts werden die zu nutzenden Pins initialisiert und als Ausgang definiert. Abweichend von der Originalanleitung verwende ich andere GPIO Pins, da diese mit den Jumperkabeln für mich besser erreichbar waren. Durch die Halterung des Lüfters wurde es ein bisschen eng, aber nicht unmöglich.

Als weiterer Kernpunkt des Skripts wird die aktuelle CPU Temperatur eingelesen und verarbeitet. Gelesen wird die CPU Temperatur des Raspberry Pi aus der Datei “/sys/class/thermal/thermal_zone0/temp”. Durch festlegen von Temperaturschwellwerten und vergleich derer mit der aktuellen CPU Temperatur werden dementsprechend die Zustands-LEDs und der Lüfter geschalten. Die Schwellwerte habe ich in meinem Fall testweise etwas heruntergesetzt, damit der Lüfter eher angeschalten wird (ab 36 Grad). Der Vergleich im Skript wird über ein herkömmliches If-Konstrukt umgesetzt.

# coding: utf8
import RPi.GPIO as GPIO
import time
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(25, GPIO.OUT)
GPIO.setup(8, GPIO.OUT)
GPIO.setup(7, GPIO.OUT)
GPIO.setup(17, GPIO.OUT)

GPIO.output(25, GPIO.LOW)
GPIO.output(8, GPIO.LOW)
GPIO.output(7, GPIO.LOW)
GPIO.output(17, GPIO.LOW)

while 1:
 tempData = "/sys/class/thermal/thermal_zone0/temp"
 dateilesen = open(tempData, "r")
 temperatur = dateilesen.readline(2)
 dateilesen.close()
 print("Deine CPU hat " + temperatur + " Grad")

 normal = 30
 warm = 33
 heiss = 36
 temperatur = int(temperatur)
 if temperatur <= normal:
  #print ("Die CPU ist Normal, die grüne LED geht an.")
  GPIO.output(25, GPIO.HIGH)
 if temperatur >= normal:
  #print ("Die CPU ist Warm, die Gelbe LED geht auch an")
  GPIO.output(25, GPIO.HIGH)
  GPIO.output(8, GPIO.HIGH)
 if temperatur >= heiss:
  #print ("Die CPU ist wärmer als warm! Die Rote LED geht an und wir schalten den Lüfter ein !")
  GPIO.output(7, GPIO.HIGH)
  GPIO.output(17, GPIO.HIGH)
 time.sleep(60)
GPIO.cleanup()

Fazit

Insgesamt ist das Raspberry Pi Lüftersteuerungs Kit von Jugend Programmiert ein rundum gelungenes Paket. Besonders für Neulinge, welche den Einstieg in hardwarenahe Programmierung mit dem Raspberry Pi suchen, ist das Kit interessant. Zudem liefert dieses alle notwendigen Bauteile auf einen Schlag. Der Fokus des Tutorials liegt zwar nur auf dem Schalten der GPIos des Pi als Ausgang, dennoch lässt sich das erlernten Wissen mit in das nächsten eigene Projekte nehmen. Unter diesem gesichtspunkt ist das Jugend Programmiert Starter Kit etwas vielseitiger.

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