DIY-Intelligent-USV: Modulares Netzteilgehäuse für ZimaBoard

Eva Wong

IceWhale author

Eva Wong ist die technische Redakteurin und begeisterte Tüftlerin bei ZimaSpace. Als lebenslanger Geek mit einer Leidenschaft für Homelabs und Open-Source-Softwarehat sie sich darauf spezialisiert, komplexe technische Konzepte in verständliche, praxisnahe Anleitungenzu übersetzen. Eva ist überzeugt, dass Self-Hosting Spaß machen sollte und nicht einschüchternd sein darf. Mit ihren Tutorials hilft sie der Community dabei, Hardware-Setups zu durchschauen, vom Bau des ersten NAS bis zum sicheren Umgang mit Docker-Containern.

DIY Intelligent UPS: Modular Power Case for ZimaBoard - Zima Store Online

Uns ist aufgefallen, dass es in der Community eine große Nachfrage nach Peripheriegeräten für das ZimaBoard gibt, wobei USV-Anlagen zu den wichtigsten Themen zählen. Hier ist eine sehr kompakte und ausgeklügelte intelligente USV des Community-Mitglieds CP0204, die wir gerne mit euch teilen möchten.

Projekthintergrund:

Viele Geräte, die CP0204 verwendet, etwa ARM-Boxen und ZimaBoard-Einplatinenserver, werden meist mit 12-V-Gleichstrom versorgt. Um Schäden am Betriebszustand der Geräte und den Verlust von Daten auf mechanischen Festplatten bei plötzlichen Stromausfällen zu verhindern, entschied sich CP0204, eine intelligente USV als Notstromquelle zu entwickeln.

Designkonzept:

CP0204 entschied sich für ein integriertes Design mit ausgereiften Elektronikmodulen. Im Vergleich zu herkömmlichen USV-Anlagen, die lediglich Notstrom bereitstellen können, ist das Design von CP0204 intelligenter:

Sendet bei einem Stromausfall aktiv Abschaltbefehle über die USB-Schnittstelle an die Geräte
Unterstützt die Fernüberwachung des Betriebsstatus per App
Unterstützt die Fernsteuerung der Stromversorgung, um Geräte aus der Ferne vom Strom zu trennen

Hardwaredesign:

Hauptkomponenten:

ESP32 S2 Mini: Steuerchip des gesamten Systems
12-V-USV-Modul: Stellt Notstrom bereit
12-V-auf-5-V-Modul: Stromversorgung für den ESP32
Halterung für 2 x 18650-Akkus
Relais und weitere Komponenten

(Schaltplan, einige Module nicht dargestellt)

Funktionsweise:

Der ESP32 überwacht kontinuierlich die Eingangsspannung. Wenn die Eingangsspannung <12V ist, erkennt er einen Stromausfall und aktiviert das USV-Modul, das über zwei 18650-Akkus Strom liefert. Bei niedrigem Akkustand sendet er außerdem über die USB-Schnittstelle Abschaltbefehle an die Geräte, damit diese herunterfahren.
Für die Fernüberwachung des Status und die Steuerung der Stromversorgung per App wurde auch WLAN integriert.

Ergebnis der Umsetzung:

CP0204 bestückte die speziell entwickelte Leiterplatte, spielte das Steuerungsprogramm auf und verpackte alles in ein halbtransparentes Gehäuse. So entstand eine kleine und praktische intelligente USV.

Bei angeschlossenen Geräten erkennt es automatisch Stromausfälle und weist die Geräte an, herunterzufahren, um Datenverlust oder Schäden an den Geräten zu verhindern. Der Betriebsstatus lässt sich außerdem jederzeit per App anzeigen und die Stromversorgung aus der Ferne steuern.
Dank des geringen Stromverbrauchs des ZimaBoard reichen zwei 18650-Akkus aus, um das System nach einem Stromausfall ordnungsgemäß herunterzufahren.

Zusammenfassung:

Mit dem modularen Designkonzept abstrahierte CP0204 die wichtigsten Funktionen einer intelligenten USV und wählte geeignete, ausgereifte Module für die Integration aus. So entstand schließlich ein Projektprototyp. Im Vergleich zu herkömmlichen USV-Anlagen ist das Design von CP0204 intelligenter und bietet Erweiterungen für Software und Hardware zur Statusüberwachung, zum Geräteschutz und zur Fernsteuerung.