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Funk-Hygrostat FS20 HGS
Aus ELVjournal 06/2005
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Bausatzinformationen
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| 2 | 1 | OK | 6/2005 |
Technische Daten
| Stromversorgung | 2 Alkaline- Mignon-Batterien |
| Batterie-Lebensdauer | ca. 2 Jahre |
| Luftfeuchtigkeitsbereich | 0,00 % bis 99,99 % |
| Temperaturbereich | -9,9 °C bis 50 °C |
| Messintervall | alle 20 s |
| Sendefrequenz | 868,35 MHz |
| Modulation | AM, 100 % |
| Reichweite | bis 100 m (Freifeld) |
Der Funk-Hygrostat FS20 HGS dient der Ermittlung von Luftfeuchtigkeits- und Temperaturwerten. Durch die flexible Einstellung von individuell wählbaren oberen und unteren Luftfeuchtigkeitsgrenzwerten kann der FS20 HGS unterschiedliche Schaltvorgänge für eine Klimasteuerung auslösen. Es besteht damit die Möglichkeit, jederzeit auf ein wechselndes Raumklima zu reagieren. Der FS20 HGS ist eine weitere Komponente des FS20-Funk- Schaltsystems und kann beliebige FS20-Empfänger ansteuern.
Raumklima individuell steuern
In vielen Räumen unserer Häuser ist ein ständiger Wechsel der Luftfeuchtigkeit funktionsbedingt. Besonders hervorzuheben sind hier der Keller und das Bad. Nach einer heißen Dusche oder einem heißen Bad erreicht hier die Luftfeuchtigkeit ohne weiteres einen Wert von 80 %. Im Keller kommt es sehr häufig bei einem Wetterumschwung zu einer erhöhten Luftfeuchtigkeit. Um hier der Schimmelbildung vorzubeugen, sind diese Räume entsprechend häufig zu lüften. Bei den Räumen im Haus, die täglich genutzt werden, ist dies meist kein Problem, aber bei den Räumen, die weniger oft betreten werden, wird diese Lüftung häufig vergessen. Bei der Lagerung von Büchern auf dem Dachboden oder der Weinsammlung im Keller kann das böse Folgen haben. Werden Bücher zu lange einer zu hohen Luftfeuchtigkeit ausgesetzt, beginnen die einzelnen Seiten Wellen zu schlagen, und auch die anschließende Umlagerung in trockenere Räume kann dies kaum noch rückgängig machen. Auch die langjährige Lagerung von Weinen sollte in einem gut belüfteten Keller mit einer Luftfeuchtigkeit von 65 bis 70 % erfolgen, um somit zum einen die Austrocknung der Korken bei zu niedriger Luftfeuchtigkeit und zum anderen die Schimmelbildung bei zu hoher Luftfeuchtigkeit zu vermeiden. Und natürlich ist, insbesondere bei schlecht belüfteten Kellern oder Nassräumen, wozu z. B. auch der Hauswirtschaftsraum mit der Waschmaschine zählt, immer die Gefahr der Schimmelbildung an der Bausubstanz gegeben, sofern nicht regelmäßig und gründlich gelüftet wird. Mit Hilfe der neuen FS20-Komponente „Funk-Hygrostat FS20 HGS“ ist eine ständige Kontrolle und Regulierung der Luftfeuchtigkeit in beliebigen Räumen bequem und einfach möglich. Das Display erlaubt jederzeit ein Ablesen der aktuell vorherrschenden Raumtemperatur sowie der Luftfeuchtigkeit. Durch die einfache Handhabung sowie die flexible Einstellung von individuellen Luftfeuchtigkeitsgrenzen lassen sich beispielsweise problemlos Geräte zur Klimatisierung (z. B. Rohrlüfter in der Wand oder Luftentfeuchter) über eine FS20-Funk-Schaltsteckdose ansteuern oder auch einfach nur eine Lampe zur Erinnerung, dass es in einem Raum zu einer unerwünschten niedrigen bzw. erhöhten Luftfeuchtigkeit gekommen ist. Da das Gerät mit Hilfe von zwei Mignon- Batterien betrieben wird und die Ansteuerung der FS20-Empfänger mittels Funk realisiert ist, lässt es sich an beliebigen Stellen im gewünschten Raum schnell und unkompliziert positionieren.Funktionsweise und Bedienung
Der FS20-Hygrostat misst nach dem Einschalten ca. alle 20 Sekunden die Temperatur sowie die Luftfeuchtigkeit. Anschließend wird die Luftfeuchtigkeit mit den eingestellten Grenzwerten verglichen und gegebenenfalls ein Ein- bzw. Ausschaltbefehl gesendet. Außerdem wird das Display aktualisiert. Eine kurze Betätigung der Taste „Prog“ bewirkt zum einen eine sofortige Aktualisierung der Messdaten im Display und zum anderen einen Sendebefehl („Ein“ oder „Aus“), der bei jedem erneuten Tastendruck wechselt. Die Anzeige im Display unterteilt sich in drei Bereiche, oben links wird die aktuelle Luftfeuchtigkeit dargestellt und darunter die aktuelle Grenze, an der das Gerät einen Schaltbefehl senden soll, rechts erscheint die Temperatur. Um den FS20 HGS in Betrieb zu nehmen, ist zunächst die Taste „Ein“ zum Einschalten zu betätigen. Im Display erscheinen kurzzeitig alle Segmente zur Segmentüberprüfung, gefolgt von der Anzeige der Versionsnummer und schließlich der normalen Anzeige wie oben beschrieben. Die Einstellung der Luftfeuchtigkeitsgrenzwerte wird mit Hilfe des Tasters „Prog“ vorgenommen. Dieser ist für ca. 3 Sek. zu drücken, worauf im Display auf der linken Seite die oberen und unteren Grenzwerte für die Luftfeuchtigkeit angezeigt werden. Mit Hilfe des Stellrads stellt man nun die „obere Grenze“ ein. Ist der gewünschte Wert gewählt, wird durch eine kurze Betätigung der Taste „Prog“ zur „unteren Grenze“ gewechselt. Diese ist, wiederum mit Hilfe des Stellrads, auf den gewünschten Wert einzustellen. Die Einstellung wird bestätigt, indem der Taster „Prog“ ein weiteres Mal gedrückt wird. Im Anschluss daran erscheinen im Display wieder die aktuelle Luftfeuchtigkeit und der Wert, bei dessen Erreichen ein Schaltbefehl gesendet wird. Hat man die „obere Grenze“ höher gewählt als die „untere Grenze“, wird immer dann ein Einschaltbefehl gesendet, wenn die Luftfeuchtigkeit diese „obere Grenze“ überschreitet, ein Ausschaltbefehl wird gesendet, wenn die Luftfeuchtigkeit die „untere Grenze“ unterschreitet. Um eine Invertierung dieser Funktion zu erhalten, ist die „untere Grenze“ höher zu wählen als die „obere Grenze“, denn für diese Einstellung wird immer dann ein Ausschaltbefehl gesendet, wenn die Luftfeuchtigkeit die „untere Grenze“ überschreitet, und ein Einschaltbefehl, wenn die Luftfeuchtigkeit die „obere Grenze“ unterschreitet. Nach dem Einlegen der Batterien ist durch das Gerät ein zufällig gewählter Hauscode eingestellt. Um die gewünschten FS20-Empfangssysteme ansprechen zu können, sind der Hauscode sowie die Adressgruppen zunächst aufeinander abzustimmen. Um diese Einstellungen vornehmen zu können, ist die Taste „Prog“ für ca. 5 Sek. zu betätigen. Nach 3 Sek. erfolgt, wie bereits beschrieben, die Anzeige der Luftfeuchtigkeitsgrenzwerte, nach weiteren 2 Sek. erscheint stattdessen der Hauscode. Mit dem Stellrad lassen sich nun zunächst die ersten 4 Ziffern des Hauscodes verändern. Sind diese Ziffern wie gewünscht eingestellt, kann durch das erneute Drücken der Taste „Prog“ zu den nächsten 4 Ziffern gewechselt werden. Die Einstellung erfolgt hier analog, ein weiteres Betätigen der Taste „Prog“ führt zur Adresseinstellung. Im Display sind nun nur noch links unten 4 Ziffern zu sehen. Mit dem Stellrad erfolg die Adress-Einstellung und mit dem Taster „Prog“ die Bestätigung der Eingabe. Auf die Einzelheiten der Adressierung des FS20-Systems wollen wir an dieser Stelle nicht eingehen, die Beschreibung würde den Rahmen des Artikels sprengen. Sie ist in der Bedienungsanleitung jedes Gerätes/Bausatzes detailliert ausgeführt. Der beschriebene Einstellungsmodus kann jederzeit verlassen werden, indem die einzelnen Parameter mit Hilfe der „Prog“-Taste bestätigt werden. Für den Fall, dass im Einstellungsmodus die Taste „Prog“ oder das Drehrad für länger als 60 Sek. nicht betätigt werden, wechselt das Gerät zum normalen Betriebsmode zurück, ohne zuvor vorgenommene Parameteränderungen zu berücksichtigen. Erkennt das Gerät eine zu niedrige Batteriespannung, wird dies durch die Einblendung eines Balkens am unteren Displayrand signalisiert. Sobald der Balken erscheint, sollte man die Batterien kurzfristig wechseln, um einen plötzlichen Ausfall des Hygrostaten zu vermeiden. Das Gerät wird durch die Betätigung des Tasters „Aus“ ausgeschaltet und durch den Taster „Ein“ eingeschaltet. Damit das Gerät nach dem Ausschalten die eingestellten Parameter nicht verliert, werden diese in einem EEPROM (einem so genannten „nicht-flüchtigen Speicher“) abgelegt und stehen somit nach dem Einschalten wieder zur Verfügung. Ein Zurücksetzen der Parameter auf die Werkseinstellung ist möglich, indem man die Taste „Prog“ länger als 10 Sek. gedrückt hält. In diesem Fall werden die Parameter zurückgesetzt und ein neuer, zufälliger Hauscode mit Adresse wird eingestellt.
Die
Schaltung des FS20 HGS ist in Abbildung 1 dargestellt. Sie besteht im
Wesentlichen aus folgenden Komponenten: Mikrocontroller IC 1, EEPROM IC
2, Sendemodul HFS 1, Inkrementalgeber DR 1, Temperatur- und
Luftfeuchtigkeitssensor FS 1 und Display LCD 1. Der Mikrocontroller ist
das Herzstück der Schaltung, er übernimmt die Datenund
Eingaben-Auswertung und die Ausgabe der Daten und Steuerbefehle. Nach
Einlegen der Batterien bzw. Einschalten mit der Taste TA 1 „Ein“ wird
ein definierter Hardware-Reset durchgeführt, und der Controller startet.
Die interne Haupt-Oszillatorfrequenz des Mikrocontrollers wird mit der
Kombination aus Quarz Q 2 und den Kondensatoren C 11 und C 12, die an
die Pins „XIN“ und „XOUT“ angeschlossen ist, stabilisiert. Damit während
den Intervallen zwischen den Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsmessungen
die Stromaufnahme des Prozessors so gering wie möglich ausfällt, ist
zusätzlich der Quarz Q 1 in Verbindung mit den Kondensatoren C 5 und C
13 an die Eingänge „XTIN“ und „XTOUT“ geschaltet. Die damit für diesen
Betriebsfall deutlich geringere, ebenfalls stabilisierte Taktfrequenz
lässt den Controller in einem „Schlafmodus“ arbeiten, aus dem er zu den
Abfragezeiten selbstständig auf die volle Taktfrequenz umschaltet. Der
intelligente Kombi-Sensor FS 1 dient der Ermittlung der Temperatur und
der Luftfeuchtigkeit. Dieser wird mittels eines Clock-Signals und eines
Befehls auf der Datenleitung angesprochen, worauf er eine Messung
durchführt. Die Daten werden anschließend mit Hilfe des Clock-Signals
vom Controller ausgelesen. Dieser nimmt eine weitere Verarbeitung und
Auswertung der Messergebnisse vor und gibt die aktuellen Werte
anschließend über das Display aus. Mit Hilfe des Inkrementalgebers DR 1
sind die Parameter des Hygrostaten einstellbar. Durch das Drehen des
Stellrads werden Rechteckimpulse über die Datenleitung an die Pins P 1.3
und P 1.5 des Mikrocontrollers geleitet, der diese dann entsprechend
auswertet. Gespeichert werden die Parameter im EEPROM IC 2, der über
eine Datenleitung und eine Clock-Leitung angesprochen wird. Die
Widerstände R 1 bis R 4 dienen als Pull-up-Widerstände, um einen
definierten Pegel der entsprechenden Datenleitungen zu sichern. Das
Sendemodul HFS 1dient dem Aussenden der FS20-Befehle, es ist mittels
einer Datenleitung direkt mit dem Controller verbunden. C 10 puffert die
Betriebsspannung, die sonst beim Senden abfallen und Störungen im
Programmablauf des Controllers hervorrufen könnte. Um die Einkopplung
hochfrequenter Störungen zu kompensieren, sind die Anschlüsse des
Inkrementalgebers DR 1 und des Sensors FS 1 mit den Kondensatoren C 2, C
3 und C 4 beschaltet. Zur Prüfung der Batteriespannung wird der Port P
2.7 des Mikrocontrollers von diesem auf Low-Pegel geschaltet. Dadurch
ist ein Stromfluss über die Widerstände R 5 und R 8 sowie über die
Basis-Emitter- Strecke des Transistors T 3 möglich. Ist dieser Strom
durch die Basis groß genug, um den Transistor in die Sättigung zu
bringen bzw. den Spannungsabfall über die Kollektor-Emitter-Strecke
klein zu halten, erkennt der Controller an Port P 2.6 das Low-Signal und
registriert: „Batteriespannung in Ordnung“. Wird der Basisstrom
allerdings zu klein, erscheint ein High-Pegel an Port P 2.6 und der
Controller steuert den beschriebenen Anzeigebalken am unteren Rand des
Displays an. Die Widerstände R 5, R 6 und R 8 sind so ausgelegt, dass
bei einer Spannung von unter ca. 2,5 V ein kritischer Batteriestand
signalisiert wird.
Nachbau
Der Nachbau des Funk-Hygrostaten FS20 HGS gestaltet sich recht einfach, da sämtliche SMD-Bauteile sowie der Klimasensor bereits vorbestückt und nur noch einige wenige bedrahtete Bauteile auf der Bestückungsseite der Platine zu positionieren und zu verlöten sind. Wir beginnen mit den zwei Elkos C 1 und C 10. Deren Anschlüsse müssen zunächst um 90 Grad abgewinkelt werden, da der Einbau der Elkos liegend erfolgt. Beim Bestücken ist besonders auf die richtige Polarität zu achten (Minus ist am Gehäuse gekennzeichnet), da die Elkos sonst beim Anlegen der Betriebsspannung zerstört werden. Nach dem Bestücken der Elkos erfolgt das Verlöten ihrer Anschlüsse auf der Platinenrückseite. Im Anschluss folgt die Bestückung der beiden Quarze Q 1 und Q 2 sowie des Drehgebers DR 1. Danach werden die Taster TA 1 bis TA 3 montiert. Die Haltefahnen der Taster sind dazu einfach von der Bestückungsseite aus durch die vorgesehenen Bohrungen zu führen und anschließend auf der Lötseite der Platine umzubiegen. Sie dürfen nicht verlötet werden! Das Sendemodul ist bereits vollständig aufgebaut, getestet und abgeglichen. Es ist nur noch an der markierten Stelle auf der Platine einzusetzen. Um eine maximale Sendereichweite zu erzielen, ist das Modul allerdings nicht so tief einzusetzen, dass es auf der Platine aufliegt, sondern es ist mit einem Abstand von ca. 5 mm zwischen Sendemodul und Platinen zu positionieren und in dieser Stellung zu verlöten. Nachdem damit die Platine vollständig bestückt ist, kann der Einbau in das Gehäuse erfolgen. Dazu sind zunächst die Batteriekontakte vorzubereiten. Es sind 3 Schaltdrahtabschnitte von 25 mm, 30 mm und 50 mm Länge erforderlich, die entsprechend den Abbildungen 2 bis 4 an die Kontakte anzulöten sind.
In
Abbildung 5 sind die Displaykomponenten, die in die Gehäuseoberschale
einzusetzen sind, dargestellt. Als Erstes ist die Displayscheibe in das
Gehäuseoberteil einzulegen (Abbildung 6). Dabei wird durch einen
Führungssteg des Rahmens in der Gehäuseoberschale ein falsches Einsetzen
verhindert. Als Nächstes folgt das Einsetzen des Displays, wie in
Abbildung 7 gezeigt.
 |
| Bild 8: Montage der Leitgummistreifen |
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| Ansicht der fertig bestückten Platine des Funk-Hygrostaten FS20 HGS mit zugehörigem Bestückungsdruck, oben von der Bestückungsseite, unten von der Lötseite |
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