Wohnwagen-Projekt: ATtiny4313 als Energiemanager, Alarmzentrale und RPi-Controller

Datum: 2025-06-23
Projektleitung: [Dein Name]
Ziel: Energieeffizienter Betrieb eines Raspberry Pi im Wohnwagen inkl. zyklischem Start, Alarmüberwachung und serieller Kommunikation.

🔋 Stromversorgung & Energieoptimierung

Versorgung: 12 V LiFePO₄-Akku
Regler: 3.3 V MP1584 für den ATtiny4313
Raspberry Pi: Strom wird über MOSFET Treiber nur bei Bedarf aktiviert. Buck converter 5v 5a
RTC-Modul (DS3231): Weckt ATtiny4313 periodisch via Interrupt (ca. 3 µA Standby)
Gesamtsystem im Sleep: <30 µA Stromverbrauch mit aktivem Watchdog

Komponente	Modell/Typ	Funktion
Mikrocontroller	ATtiny4313 (DIL)	Zentrale Steuerung
RTC-Modul	DS3231	Zeitgeber für Zyklusstart
Taster	Digital, mit Pull-Up	Start-/Shutdown-Steuerung
2 x Alarmkontakt	Reed-Schalter o.Ä.	Fenster-/Türüberwachung
LED	3.3 V	Statusblinker alle 10 s wenn Armed. Wenn Alarm flackern. Ansonsten aus.
UART	TX/RX auf 3.3 V	Kommunikation mit Raspberry Pi
Alarmausgang	GPIO an Treiber mit 12v schaltausgang	Anschluss von Verbraucher wie zum Beispiel Sirene
Schaltausgang	GPIO an Treiber der 12 V auf einen 5 V 5A DC-DC Converter bringt.	Stromzufuhr für Raspberry und weitere 5 V Verbraucher

Arduino PIN	Physischer Pin	Pin	Funktion	Richtung	Beschreibung
	1	PA2	Reset	Eingang	Für ISP
0	2	PD0	UART RX	Eingang	Kommunikation RPi → ATtiny
1	3	PD1	UART TX	Ausgang	Kommunikation ATtiny → RPi
	4	PA1
	5	PA0
2	6	PD2	INT0 (RTC Alarm)	Eingang	Weckt ATtiny
3	7	PD3	Taster	Eingang	Kurz-/Lang-Druck
4	8	PD4	I²C SDA	I²C	RTC-Kommunikation
5	9	PD5	I²C SCL	I²C	RTC-Kommunikation
	10	GND	Ground
6	11	PD6	Status-LED	Ausgang	Blinkt alle 30s
7	12	PB0	RPi Power Enable	Ausgang	Steuert MOSFET mit 12V der über Buck-Converter RPi versorgt
8	13	PB1	Alarmkontakt 1	Eingang	Fenster-/Türkontakt (Hüllschutz)
9	14	PB2	Alarmkontakt 2	Eingang	zusatzkontakte wie fliegengitter falls Fenster offen.
10	15	PB3	Alarmausgang	Ausgang	Ansteuerung Verbraucher über 12 V Treiber (z.B. Sirene)
11	16	PB4
12	17	PB5	MOSI	Eingang	ISP
13	18	PB6	MISO	Ausgang	ISP
14	19	PB7	SCL	Eingang	ISP
	20	VCC	Versorgung	Eingang	am 3,3 V Buck-Converter

🧠 Betriebs- und Alarmzustände

🔁 `operatingMode`

Off: Kein Betrieb
Periodic: Pi startet durch RTC-Alarme (zyklisch)
On: Pi bleibt dauerhaft an
Alert: Alarm wurde ausgelöst

stateDiagram-v2
    [*] --> off
    off --> alert: Alarm-In
    off --> periodic: RTC event
    off --> on: Button
    periodic --> on: Button
    periodic --> on: (PI) set_state
    periodic --> alert: Alarm-In
    periodic --> off: (PI) ack_shutdown
    on --> alert: Alarm-In
    on --> off: (PI) ack_shutdown
    alert --> on: (PI) quit_alert

State in	State out	Trigger	Comment
off	periodic	RTC event	Once a day the RTC will start the PI
off	on	Button	Start PI permanent due to user button press
periodic	on	Button	Start PI permanent due to user button press
on	off	Serial msg: „ack_shutdown“	Pi confirms that an ordinary shutdown took place. Power can be turned off
periodic	off	Serial msg: „ack_shutdown“	Pi confirms that an ordinary shutdown took place. Power can be turned off
off	alert	Alert-Contact	alarm loop has been triggered
periodic	alert	Alert-Contact	alarm loop has been triggered
on	alert	Alert-Contact	alarm loop has been triggered
alert	on	Serial msg: „quit_alert“	Alarm stopped. Pi keeps on.

Ausgangslogik:

Ausgang	Off	Periodic	On	Alert
Pi-Power	0	1	1	1
Signal	0	0	0	1
Status LED	Armed: Slow / Disarmed: Off			Fast

Event- / Status-Matrix

Event / Input	Off	Periodic	On	Alert
Button	On	On	noop	x
RTC	Periodic	noop	x	x
Serial set_state	noop	OK	OK	x
Alert-Contact	Alert	Alert	Alert	x
Serial ack_shutdown	noop	Off	Off	x
Serial quit_alert	noop	noop	noop	On

🚨 `alarmMode`

Disarmed: Alarmüberwachung aus
Armed: Überwachung aktiv

🔄 Zustandsübergänge

Auslöser	Aktion
Taster kurz (<1 s)	Pi einschalten
Taster lang (>3 s)	Pi herunterfahren (außer im `Alert`-Modus)
RTC-Alarm (DS3231)	Pi einschalten im `Periodic`-Modus außer wenn Alter oder Permanent
Alarmkontakt öffnet	`alarmMode → Alert`
Seriell vom RPi:
`set_mode permanent`	→ operatingMode permanent
`set_alarm armed`	→ alarmMode armed
`shutdown`	→ Poweroff 10s nach Bestätigung
`set_next_cycle 04:00:00`	→ RTC-Alarm neu setzen

💬 Serielles Protokoll (UART)

Baudrate: 9600 bps
Pegel: 3.3 V TTL (direkt kompatibel mit Raspberry Pi)

RPi → ATtiny:


set_mode periodic
set_alarm armed
set_next_cycle 06:00:00
shutdown

ATtiny → RPi:


status armed
shutdown

⏱️ LED mit Watchdog-Timer

LED blinkt alle 30 Sekunden für ca. 100 ms
Getriggert durch Watchdog Interrupt + Softwarezähler
Kein Sleep-Ausfall, Stromverbrauch bleibt gering

🔧 ISP-Anschluss für Programmierung

ISP Pin	Funktion
PA2	RESET
PB7	SCK
PB6	MISO
PB5	MOSI