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Schmuckstück


Raspberry Pi Geek - epaper ⋅ Ausgabe 10/2021 vom 05.08.2021

Luxusradio (Teil 1)

Artikelbild für den Artikel "Schmuckstück" aus der Ausgabe 10/2021 von Raspberry Pi Geek. Dieses epaper sofort kaufen oder online lesen mit der Zeitschriften-Flatrate United Kiosk NEWS.

Bildquelle: Raspberry Pi Geek, Ausgabe 10/2021

README

Besondere Projekte erfordern besondere Komponenten. Ein Display mit außergewöhnlichen Dimensionen dient deshalb als Basis eines schönen Webradios für die Musikanlage im Wohnzimmer. Der Weg bis zur finalen Version hält aber einige Herausforderungen für den Bastler bereit.

Ein Webradio auf Basis eines Pi Zero 1 1 , das 2018 als Bastelprojekt mit Tastatur, Mini-Lautsprechern und kleinem LCD-Schirm startete , hat mittlerweile seinen festen Platz am AV-Receiver des Autors gefunden 2 2 . Die Steuerung erfolgt inzwischen nicht mehr per Keypad, sondern per Infrarot-Fernbedienung. Das funktioniert gut, allerdings hat die Lösung einen offensichtlichen Nachteil: Das Display ist einfach zu klein für Couch-Potatoes.

Aus diesem Grund stand schon lange eine Neuauflage des Projekts an, die allerdings bisher an den verfügbaren Display-Alternativen scheiterte. Im Gegensatz zur aktuellen ...

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... Lösung, die den Bildschirm, den IR-Empfänger und den Pi Zero einfach über ein paar Jumper verkabelt, sollte die nächste Version sich schön in die vorhandene Gerätelandschaft einfügen. Ausreichend große Displays hatten bis jetzt jedoch ein eher ungünstiges Format, deshalb kam das Projekt nicht so recht in Gang.

Exot von Waveshare

Das änderte sich schlagartig, als Waveshare ein touchfähiges TFT-Display mit einer Auflösung von 1280 x 400 Punkten auf den Markt brachte 3 3 . Waveshare ist in der Kleincomputerszene bekannt, denn die Firma stellt Displays in vielen verschiedenen Größen bereit, unterstützt dabei nicht nur den RasPi, und der Support in Form eines Wiki und diverser Github-Repositories ist auch gut. Der Preis des Displays fällt mit 110 Euro zwar etwas happig aus, es verspricht aber ein Hingucker zu werden.

Die Ausstattung des Pakets umfasst neben dem eigentlichen Display im Format 19,1 mal 6 Zentimeter einige Abstandsbolzen, ein normales HDMI- und USB-Kabel sowie diverse Spezialadapter 4 4 . Der Rahmen des Displays ist links und rechts 8,35 Millimeter breit, oben und unten nur 4,7 Millimeter.

Die Adapter ermöglichen die direkte Montage eines Kleincomputers hinter dem LC-Display; sie unterstützen den Ras Pi 3, den RasPi 4 sowie den Jetson Nano. Die Montage ist etwas frickelig, denn damit alles passt, müssten die Adapter wirklich exakt gearbeitet sein, was sie aber nicht sind. Letztlich bewährte sich bei der Montage die nachträgliche Befestigung des RasPi mit Schrauben beziehungsweise Abstandsbolzen – das lässt etwas mehr Spiel für den HDMI- und USB-Adapter.

Das Display erhält seinen Strom per USB vom Rechner, alternativ auch direkt per Micro-USB-Buchse. Über USB funktioniert auch der Touch-Treiber, und das ohne jedwede Treiberinstallation. Sound gibt der Bildschirm nur über eine 3,5-mm- Klinkenbuchse aus. Damit das funktioniert, muss der RasPi den Ton auf den HDMI-0-Ausgang umschalten.

Der moderate Strombedarf des Display stellt für den geplanten Einsatzzweck kein Problem dar. Selbst mit VLC samt aktivierten visuellen Effekten (in Abbildung 3 3 sichtbar) liegt der Strombedarf eines RasPi 4 samt Bildschirm bei lediglich 1100 bis 1500 Milliampere. Allerdings hat es der Raspberry Pi auch in der vierten Generation noch nicht gelernt, nach dem Shutdown seine Peripherie abzuschalten, und so zieht die Kombi danach noch 250 Milliampere. Das ist zwar nicht die Welt, aber ärgerlich, weil überflüssig. Auf den Markt bringen dürfte man die Kombi so also nicht, denn laut entsprechender Verordnung dürfen Geräte im Standby nur noch ein halbes Watt Leistungsaufnahme haben.

Inbetriebnahme

Der Bildschirm funktioniert mit einem normalen Raspberry Pi OS. Allerdings erfordern die ausgefallenen Dimensionen des Displays eine Reihe von Einstellungen, die das Wiki zum Gerät recht gut beschreibt. Listing 1 zeigt die (leicht angepassten) notwendigen Zeilen aus der Datei /boot/config.txt. Die Standardausrichtung des Displays ist senkrecht, der Parameter display_rotate ändert das – allerdings nur für die Pixelausgabe, nicht aber für die Touch-Orientierung.

Das muss später der X-Server richten (dazu später mehr).

Da der RasPi 4 über zwei HDMI-Ausgänge verfügt, stehen alle Spezialkonfigurationen für den 7,9-Zöller unterhalb des Filters [HDMI:0]. So können Sie an den anderen HDMI-Anschluss einfach ein normales Display anschließen und auf diese Weise den Rechner ohne Probleme einrichten. Die 400 Pixel Höhe des Waveshare-Bildschirms reichen für manche Dialoge nicht aus, die OK- und Abbruch-Buttons verschwinden oft unerreichbar unterhalb des Schirms.

Später, beim Einsatz als Webradio, hängt der zweite HDMI-Anschluss gar nicht an einem Bildschirm, sondern am AV-Receiver – dann sind noch einige weitere Einstellungen nötig (Listing 2). Die zusätzlichen Settings sorgen insbesondere dafür, dass der Ausgang richtig für die Audioausgabe konfiguriert ist, auch wenn der Receiver noch nicht läuft.

Listing 1: Konfiguration der ersten HDMI-Schnittstelle

[HDMI:0]

hdmi_group=2

hdmi_mode=87

hdmi_timings=400 0 100 10 140 1280 10 20 20 2 0 0 0 60 0 43000000 3

display_rotate=3

Listing 2: Konfiguration der zweiten HDMI-Schnittstelle

[HDMI:1]

hdmi_group=1

hdmi_drive=2

hdmi_force_hotplug=1

hdmi_ignore_edid=0xa5000080

hdmi_force_edid_audio=1

hdmi_ignore_cec_init=1

config_hdmi_boost=4

Die Touch-Ausrichtung korrigieren Sie über die Konfigurationsdatei /etc/X11/ xorg.conf.d/40‐libinput.conf. Hier fügen Sie eine Section mit den Zeilen aus Listing 3 ein (passend zur Rotation aus der /boot/config.txt). Über die CalibrationMatrix steuert das Input-Framework des X-Servers dann die Ausrichtung. Die passenden Werte liefert das Waveshare-Wiki.

Für die Soundausgabe bietet ein Ras- Pi 4 drei Möglichkeiten: den analogen Ausgang über die Klinkenbuchse und zwei digitale Ausgänge über HDMI. Die Befehle aus Listing 4 sorgen für die richtige Konfiguration unter dem von Pi OS standardmäßig genutzten Pulseaudio.

Das klappt auch über die grafische Oberfläche (mit pavucontrol), aber das ist per Touch gar nicht so einfach. Dummerweise merken sich viele Anwendungsprogramme den verwendeten Ausgabekanal, deshalb ist es wichtig, die Konfiguration so früh wie möglich einzurichten.

Ab in die Kiste

Mit funktionierendem Bildschirm und Soundausgabe wäre die rein technische Inbetriebnahme nun erledigt, aber ein schöner Schirm mit Kabelgewirr ist für das Wohnzimmer nicht akzeptabel.

Ein Ziel des Projekts war, wie beschrieben, ein wohnzimmertaugliches Gerät. Dafür muss ein Gehäuse her – dank verfügbarem 3D-Drucker eigentlich kein prinzipielles Problem. Allerdings lauert hier im Vergleich zur Basiseinrichtung des Betriebssystems eine gewisse Hürde, wie man in Abbildung 3 3 ganz gut sieht: Dort ragen Stromanschluss und das HDMI-Kabel für die Soundausgabe senkrecht zum Bildschirm heraus.

Am besten wäre es, wenn alle Anschlüsse des Pi auf der hinteren Gehäuseseite liegen würden. Da allerdings ein USB-Anschluss und ein HDMI-Anschluss sowieso „innen“ am Display verbaut werden müssen, ist das prinzipbedingt nicht möglich. Das Problem existiert allerdings seit dem allerersten Raspberry Pi unabhängig vom Waveshare-Display. Ein RasPi in einem größeren Gehäuse macht den Einbau immer kniffelig, da sich die wichtigen Anschlüsse (wenn man die SD-Karte mitzählt) über drei Seiten verteilen.

Zum Glück gibt es einfache Lösungen, von der MicroSD-Karte einmal abgesehen. Beim Autor hat allerdings noch nie eine MicroSD-Karte den Geist aufgegeben – einmal verbaut, tut sie treu ihren Dienst und muss deshalb auch nicht von außen zugänglich sein. Auch das LAN ist für das Webradio nicht nötig. Falls Sie den Anschluss jedoch brauchen, dann kaufen Sie einfach für wenig Geld eine Netzwerkkupplung. Innen kommt dann ein kurzes Patch-Kabel bis zur Kupplung zum Einsatz.

Die Stromversorgung lässt sich einfach lösen, denn einen RasPi kann man auch über die Pins 2 und 4 (5V) sowie 6 (GND) mit Spannung versorgen. Das umgeht allerdings die eingebauten Schutzmechanismen, aber das Risiko ist vertretbar. An die Gehäuserückseite kommt dann je nach Vorliebe eine Micro-USB-, USB-Coder Hohlbuchse, die Sie innen per Kabel mit den Pins verbinden.

Listing 3: Touch-Konfiguration

# Match on all types of devices but joysticks

#

[...]

Section "InputClass"

Identifier "libinput touchscreen catchall"

MatchIsTouchscreen "on"

Option "CalibrationMatrix"

"0 ‐1 1 1 0 0 0 0 1"

MatchDevicePath "/dev/input/ event*"

Driver "libinput"

EndSection

[...]

In Sachen USB fiel die Entscheidung, eine Buchse per Mini-Verlängerung (Stecker auf Buchse) ebenfalls an die Gehäuserückseite zu legen. Dank der vier USB- Anschlüsse wären danach immer noch zwei für weitere Zwecke frei, etwa für eine interne Festplatte. Eine Buchse vorn wäre zwar auch nicht schlecht, aber der verfügbare 3D-Drucker bietet hier nicht genug Spielraum; der Schirm selbst ist 19 Zentimeter breit, und mit jeweils 3 Zentimeter Rand auf beiden Seiten schöpft das die verfügbare Breite des Druckers voll aus. In Abbildung 5 5 sehen Sie die Gehäusegrundplatte mit (hinten von links nach rechts) den Anschlüssen für USB, HDMI und Strom.

Der zweite HDMI-Anschluss entpuppte sich letztlich als größte Herausforderung. Hier gelingt es erst mit einem passenden Winkelstecker, das Kabel sauber nach hinten zu führen. Dank Bluetooth-fähigem Receiver erfordert die Musikübertragung den Anschluss eigentlich nicht.

Allerdings glänzte der RasPi noch nie mit einer stabilen, automatischen Bluetooth- Verbindung, weshalb diese Lösung bestenfalls als Backup infrage kommt.

Zu guter Letzt wurde der Autor bei BerryBase fündig. Dort gibt es selbst konfektionierbare HDMI-Kabel samt Buchsen und Stecker, auch gewinkelt 6 6 . An die andere Seite des Flachbandkabels kam eine reguläre Buchse, der allerdings Montagelöcher fehlen. Exakte Druckmaße ohne Spiel sorgen dann für den Halt der Buchse an der Gehäuserückseite. Die Konstruktion sieht zwar ein wenig windig aus, weil das Flachbandkabel überhaupt nicht geschirmt ist. Der Denon-Receiver des Autors, der sonst extrem empfindlich ist und bei verschiedensten Kabeln die Mitarbeit verweigert, hatte damit zum Glück dennoch kein Problem.

Letzte Feinheiten

Ein Taster als Ein- und Ausschalter am Gehäuse wäre ebenfalls nicht schlecht und macht in einer Basisversion auch nicht viel Mühe. Die Lösung aus einer früheren Ausgabe verbindet dazu einfach einen Button mit GPIO3 und GND und fügt die Zeile dtoverlay=gpioshutdown in die /boot/config.txt ein.

Diese Minimalversion löst allerdings nicht das Problem des Standby-Verbrauchs, aber mit einer sowieso vor-handenen schaltbaren Steckdosenleiste lässt sich auch diese Klippe umschiffen.

Weitere Infos und interessante Links

www.raspi-geek.de/qr/46115

Dateien zum Artikel herunterladen unter

www.raspi-geek.de/dl/46115

Listing 4: Soundkonfiguration

$ pactl set‐default‐sink 1

$ pactl set‐card‐profile 0 off

$ pactl set‐card‐profile 2 off

Zusätzlich zum Taster erhält das Gehäuse noch einen Infrarot-Empfänger sowie eine Betriebs-LED. Beides ist optional, aber nützlich, insbesondere, da die vorhandene Webradiosoftware des Autors schon die Infrarot-Fernbedienung unterstützt. Der Taster wurde inzwischen durch einen Touch-Sensor ersetzt, das Zusammenspiel mit GPIO3 funktioniert dann allerdings nur mit einem dazwischengeschalteten Inverter.

Alles in allem verschlang das Gehäusedesign viel Zeit, und wegen der Größe kam auch der verwendete 3D-Drucker des Typs Prusa MK3S an seine Grenzen.

Da der Druck, wie schon erwähnt, fast die komplette Fläche des Druckbetts ausnutzt (20 x 25 von 21 x 25 Zentimeter), gab es zum Beispiel Probleme mit dem Warping an den Ecken – am Rand funktioniert die Bettheizung nicht optimal. Der Druck der beiden Gehäuseteile dauerte jeweils über zehn Stunden. Dank gezielter Testdrucke von kritischen Teilen genügte allerdings je ein Drucklauf für die finale Version.

Alle Infos zur Systemkonfiguration sowie Modelle zum Gehäuse stellt der Autor in seinem Projekt-Repository bereit. Wegen der engen Toleranzen und der Abstimmung auf die verfügbaren Komponenten fällt hier aber sicher Arbeit für jeden an, der das Design übernehmen möchte.

Fazit

Während die Inbetriebnahme von Spezialbildschirmen früher eine Herausforderung darstellte, kommen heutige Displays auch im kleinen Formfaktor immer öfter mit HDMI-Anschluss. Das erleichtert nicht nur die Konfiguration, sondern ist auch zukunftssicher, da es keine herstellerspezifischen Spezialtreiber erfordert.

Auch Touch funktioniert dank der umfassenden Treiberausstattung des RasPi ohne Probleme.

Damit können Bastler sich voll auf ihr Projekt konzentrieren. Mit seinem besonderen Format eignet sich das hier vorgestellte Waveshare-Display nicht nur für den Einsatz im Webradio. Auch als Kontrollpanel, überdimensionierte Fernbedienung oder Systemmonitor macht es eine gute Figur. Beim Webradio-Projekt ist es aber wie so oft beim Raspberry Pi:

Das Drumherum macht oft mehr Arbeit als die eigentliche Hardware. Ob RasPi oder Bildschirm, die Bausteine sind nicht mit dem Blick auf das große Ganze entwickelt. Dank 3D-Drucktechnologie lässt sich ein passendes Gehäuse aber heute viel einfacher erstellen als früher.

Ausblick

Die Hardware ist jetzt sauber konfiguriert und hat ein schönes Zuhause gefunden. Im nächsten Heft stellen wir die Software für das Internet-Radio vor. Hier stehen einige Anpassungen an, die nicht nur den Umstieg vom 4x20-Display auf den großen Waveshare-Screen betreffen, sondern auch die grundlegende Bedienung: Das gute Stück soll sich nicht nur per Touch am Gerät bedienen lassen, sondern auch über eine dazu passende Fernbedienung samt schickem Webinterface. (jlu)