SupTronics X200

Оригинальное компактное многофункциональное решение, представленное производителем SupTronisc, способное стать главной "изюминкой" множества уникальных самодельных проектов на платформе Raspberry Pi. По-настоящему богатая начинка X200, состоящая из нескольких полезных функций, позволяет создавать многоцелевые приложения, связанные с автоматизацией пользовательской периферии, построения элементов роботизированной техники, работой с часами реального времени, выводом звука и видео на устройства без HDMI, дистанционного беспроводного взаимодействия с помощью собственного интегрированного WiFi-адапетра и т.д.

Технические характеристики

• Производитель: SupTronics
• Модель: X200, V1.5
• Питание: 6-21 В
• Встроенный DC/DC преобразователь RT8296A с выходом 5В/3А для питания Raspberry Pi
• Стерео-усилитель класса D на чипе HT6819 с выходной мощностью до 3.3 Вт / 4 Ом
• Преобразователь сигналов из HDMI в VGA на чипе EP94Z1E, поддерживающий разрешение VGA до 1600x1200 пикс. (UXGA), разрядность 10 бит, 1080p
• Часы реального времени DS3231SN с элементом питания CR2032
• Интегрированный автономный USB-концентратор на чипе FE2.1 USB 2.0, 4 порта (3 свободно используемых)
• WiFi-адаптер на чипе Realtek RTL8188CUS, 2.4ГГц, IEEE 802.11b/g/n
• 8-канальный массив транзисторных ключей по схеме Дарлингтона на микросхеме ULN2803AFWG
• Микрофонный усилитель/USB аудио-контроллер на чипе CM119A
• Встроенный ИК-приёмник, 38 КГц
• 12 DIP-переключателей, управляющие включением/отключением контактов GPIO
• Двусторонний стандарный 40-контактный разъём GPIO Raspberry Pi B/B+
• Входы: HDMI, микрофонный разъём 3.5мм, разъём питания DC5525
• Выходы: VGA, S/PDIF, WiFi-антенна, разъём аудио 3.5мм, 4-контактный разъём питания 5В/6-21В
• Совместимость: Rapsberry Pi 2B / 3B / 3B+
• Размеры: 85 х 56 мм (аналогичное Raspberry Pi)
• Комплектация:
• 1 x плата расширения X200
• 1 x адаптер HDMI
• 1 x адаптер USB
• 1 x антенна WiFi
• 4 х стойки (М3 х 20мм)
• 8 х болты (М3 х 6мм)

Блок-диаграмма входов/выходов модуля расширения SupTronics X200

Инструкция по сборке многофункционального расширения SupTronics X200

1. Поместите 4 пластиковые стойки в монтажные отверстия и закрепите их винтами с тыльной стороны платы Raspberry Pi

2. Расположите модуль расширения X200 поверх Raspberry Pi, совместив 40-контактный разъём GPIO, и закрепите его винтами сверху

3. Соедините оба разъёма HDMI прилагающимся в комплекте адаптером

4  Расположите адаптер USB-портов, как показано на рисунке

5. Присоедините внешнюю WiFi-антенну

Источник питания

Плата расширения X200 подаёт в цепи питания Raspberry Pi стабилизированное напряжение +5 В через 40-контактный разъём GPIO. Для защиты от перегрузки по току, в схеме установлен самовосстанавливающийся ограничительный предохранитель 2 А. Благодаря широкому диапазону входного напряжения 6-21 В и встроенному в X200 преобразователю напряжения, Raspberry Pi способна работать от самых разнообразных внешних источников, таких как батареи, адаптеры питания 12 В, солнечные батареи и т.д.

Рекомендованный адаптер питания: вход 110-240В AC / выход 12В DC, 3А

Размеры штекера, мм

Внимание! Не подключайте питание +5В через коннектор micro-USB одноплатного компьютера Raspberry PI, пока пользуетесь шилдом SupTronics X200.

Преобразователь сигналов HDMI/VGA

Любой преобразователь сигналов из HDMI в VGA без встроенной схемы питания от внешнего источника напряжения, может проработать какое-то время напрямую от разъёма HDMI, что в конечном итоге может сильно навредить плате Raspberry Pi. Не пользуйтесь HDMI-преобразователем с питанием от порта HDMI.

Инструкция по настройке многофункционального расширения SupTronics X200 на примере Raspbian Jessie

Запишите образ операционной системы на карту флеш-памяти, поместите карту в слот microSD Raspberry Pi, подключите источник внешнего питания к плате X200, запустите мини-ПК.

Преобразователь HDMI/VGA

1. Откройте файл Config.txt

pi@raspberrypi ~ $   sudo nano /boot/config.txt

2. Раскомментируйте следующие три строки в config.txt, удалив символ октоторп (#) в начале строки

hdmi_force_hotplug=1 — указывает постоянно использовать режим HDMI, даже если дисплей HDMI не подключен
hdmi_group — определяет тип подключенного дисплея: формат DTM (компьютерный монитор) или формат CEA (ТВ-панель)
hdmi_mode — определяет разрешение дисплея в пикселях

3. Значение параметра hdmi_group: 1 — ТВ-панель, 2 — компьютерный монитор. Измените значение в зависимости от используемого дисплея, например

hdmi_group=2

4. Значения параметра hdmi_mode: подробную информацию по поддерживаемым разрешениям форматов DTM и CEA можно найти на официальной странице Raspberrypi.org, в разделе HDMI_MODE. Установка графического разрешения монитора в 1440х900 точек возможна указанием значения 47 параметра hdmi_mode. Выберите нужное значение и измените его в файле config.txt

hdmi_mode=47

5. Сохраните внесённые изменения нажатием Ctrl+X, затем Y.

6. перезагрузите Raspberry Pi

pi@raspberrypi ~ $   sudo reboot

Микрофонный вход и аудиовыход

7. Щёлкните правой клавишей мышки на иконке громкости, появится всплывающее меню, позволяющее выбрать "Звуковое устройство USB PnP".

8. Выберите "Device Settings...", чтобы получить возможность более детального управления над устройством.

9. В верхнем раскрывающемся списке диалогового окна "Audio Device Settings" выберите устройство, требующее дополнительной регулировки. В этом окне можно получить доступ ко всем возможным элементам управления, доступным для текущего устройства. Нажатие кнопки Make Default имеет тот же эффект, что и выбор источника вывода в контекстном меню громкости.

10. Попробуйте записать звук c помощью программы LXterminal

pi@raspberrypi ~ $   arecord -D plughw:1,0 -f cd test.wav

11. Нажмите Ctrl+C, чтобы прервать запись.

12. Воспроизведите запись через aplay

pi@raspberrypi ~ $   aplay test.wav

Аудио вход и интерфейс выхода

Часы реального времени RTC

13. Убедитесь, что элемент питания часов реального времени CR2032 вставлен в батарейный отсек держателя. Использование платы расширения без установленной батареи может повредить микросхему RTC и помешать её инициализации на шине I2C.

14. Активируйте шину I2C с помощью утилиты raspi-config, входящую в состав Raspbian Linux с версией ядра 3.18 и новее.

pi@raspberrypi ~ $   sudo raspi-config 

Затем, перемещаясь по разделам, найдите пункт "Расширенные опции" и активируйте в нём интерфейс I2C, отключенный по умолчанию. В настройках raspi-config присутствует возможность изменить часовой пояс и территориальный регион. Закомментируйте в файле /etc/modprobe.d/raspi-blacklist.conf строку

#blacklist i2c-bcm2708

Отредактируйте /etc/modules таким образом, чтобы драйвера инетрфейса I2C включались при загрузке Raspberry Pi, добавив в конец файла строку

i2c-dev

Дополните /boot/config.txt указанием для дерева оверлеев нового устройства RTC, допишите строку

dtoverlay=i2c-rtc,ds3231

Сохраните все изменения и перезагрузите Raspberry Pi.

15. Проверьте доступность часов реального времени в Raspberry Pi на канале 68. Ели информация не отображается, следует убедиться в правильной полярности установленной батареи, а также в полноте её заряда.

16. Настройте параметры утилиты hwclock на считывание данных о дате и времени из модуля RTC, отключив комментированием части скрипта приоритет загрузки информации из системной папки /run/systemd/system

pi@raspberrypi ~ $ sudo nano /lib/udev/hwclock-set

17. Сохраните изменения и перезапустите Raspberry Pi

18. Запросите текущее системное время Raspberry Pi

pi@raspberrypi ~ $ sudo date
MMDDHHMMYYYY.SS

где MM= Месяц, DD= Дата, HH= Час, MM= Минута, YYYY= Год, SS= Секунда. Например, для даты 2013 Янв 4, 11:39:00 ответ будет выглядеть подобным образом

010411392013.00 

19. Запишите актуальное системное время в аппаратные часы платы расширения

pi@raspberrypi ~ $ sudo hwclock -w

20. Сверьте время RTC в X200 командой

pi@raspberrypi ~ $ sudo hwclock -r

Если всё работает верно, плата расширения инициализиурется при загрузке, и текущее аппаратное время будет загружено в Linux.

Тестируем ИК-прёмник

21. Установите в Raspbian программный компонент LIRC

pi@raspberrypi ~ $ sudo apt-get install lirc

22. Пропишите драйвера библиотеки LIRC, которые необходимо подгружать при старте Raspberry Pi в файл /etc/modules

pi@raspberrypi ~ $ sudo nano /etc/modules

lirc_dev
lirc_rpi gpio_in_pin=8

23. Дополните /boot/config.txt указанием нового активного драйвера устройств LIRC-RPI, указав контакт GPIO, по которому будет считываться сигнал ИК-приёмника.

dtoverlay=lirc-rpi,gpio_in_pin=8

24. Отредактируйте /etc/lirc/hardware.conf так, как показано ниже

pi@raspberrypi ~ $ sudo nano /etc/lirc/hardware.conf

# /etc/lirc/hardware.conf 
#
# Arguments which will be used when launching lircd
LIRCD_ARGS="--uinput"
# Do not start lircmd even if there seems to be a good config file
# START_LIRCMD=false
# Do not start irexec, even if a good config file seems to exist.
# START_IREXEC=false
# Try to load appropriate kernel modules
LOAD_MODULES=true
# Run "lircd --driver=help" for a list of supported drivers.
DRIVER="default"
# usually /dev/lirc0 is the correct setting for systems using udev
DEVICE="/dev/lirc0"
MODULES="lirc_rpi"
# Default configuration files for your hardware if any
LIRCD_CONF=""
LIRCMD_CONF=""

Выделенный текст - важная часть настроек, которые необходимо изменить. Стоит проверить оставшуюся часть текста, если файл содержит другую начальную конфигурацию.

25. Сохраните изменения нажатием Ctrl+X, Y и перезапустите Rasberry Pi

pi@raspberrypi ~ $ sudo reboot

26. Следующие два шага позволяют проверить приём сигналов от пульта дистанционного управления. Для начала, остановите выполнение обработки сигналов программой LIRC, заставив Raspbian выводить необработанные данные сразу в окно терминала

pi@raspberrypi ~ $ sudo /etc/init.d/lirc stop
pi@raspberrypi ~ $ mode2 -d /dev/lirc0

27. Наведите пуль ДУ на ИК-приёмник и нажимайте разные кнопки. На экране должна появиться похожая информация о принимаемых сигналах ДУ

ULN2803 8-канальный серво порт

Драйвер ULN2803 на транзисторной сборке Дарлингтона содержит 8 независимых каналов с пропускной способностью до 500мА каждый, с выходным напряжением +5В или +6-21В (входящее питание платы расширения X200). Выбрать необходимое напряжение позволяет расположенная рядом перемычка-джампер. Драйвер предоставляет возможность приводить в действие небольшие соленоиды-защёлки, моторы постоянного тока (в одном направлении) и униполярные шаговые двигатели, либо запитывать внешние цепи или дополнительно установленные устройства. Контакты GPIO соединены со входами ULN2803 через DIP-переключатели.

Схематичная диаграмма соединения ULN2803

Дополнительный драйвер для установки - wiringPi

28. Установите GIT

pi@raspberrypi ~ $ sudo apt-get install git-core

29. Скачайте wiringPi

pi@raspberrypi ~ $ git clone git://git.drogon.net/wiringPi

30. Зайдите в директорию wiringPi

pi@raspberrypi ~ $ cd wiringPi

31. Инсталлируйте wiringPi

pi@raspberrypi ~ $ ./build

32. Протестируйте порты GPIO

pi@raspberrypi ~ $ gpio mode x out (x = 0~7)
pi@raspberrypi ~ $ gpio write x 1 (x=0~7, 1=On)
pi@raspberrypi ~ $ gpio write x 0 (x=0~7, 0=off)

Техническая документация

1. DC/DC преобразователь RT8296A (англ., PDF)
2. Стерео-усилитель класса D HT6819 (кит., PDF)
3. Часы реального времени DS3231SN (англ., PDF)
4. USB-концентратор FE2.1 USB 2.0 (англ., PDF)
5. WiFi-адаптер Realtek RTL8188CUS (англ., PDF)
6. 8-канальный драйвер Дарлингтона ULN2803 (англ., PDF)
7. Аудио-контроллер CM119A (англ., PDF)