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FS20-Touchcontrol FS20 TC6

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Aus ELVjournal 05/2007     0 Kommentare
FS20-Touchcontrol FS20 TC6
Bausatzinformationen
ungefähr Bauzeit(Std.)Verwendung von SMD-Bauteilen.
10,5OK5/07

Inhalt des Fachbeitrags

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Technische Daten

Anzahl der Tasten6
Kanäle3 (Tastenpaare) oder 6 (Einzeltasten)
Tastenartkapazitive Näherungssensoren
Sendefrequenz868,35 MHz
ModulationAM
IR-EmpfängerEmpfangsdiode für FS20 IRP
AnzeigenLED für Programmierung und Quittungssignal
MontagemöglichkeitSchraubbefestigung auf UP-Dose
Versorgungsspannung3 x Mignon (LR6/AA) und 5 VDC bis 24 VDC (max. 15 W)
Abmessungen Tastenfeld (B x H)50 x 50 mm

Diese FS20-Sendeeinheit für Wandmontage arbeitet mit sechs Tasten auf Basis von kapazitiven Näherungssensoren und ist für den Einbau in Standard-UP-Schalterdosen konzipiert. Zur Anpassung der Schaltfläche an das im Haus verwendete Schalterprogramm dienen Adapterrahmen mit genormten Innenabmessungen.

Allgemeines

Die FS20-Touchcontrol-Sendeeinheit FS20 TC6 verfügt über sechs Tasten, die bei Annäherung die entsprechenden FS20-Befehle per Funk sendet. Wahlweise stehen drei Ein-/ Aus-Funktionen mit jeweils einem Tastenpaar oder sechs Funktionen mit jeweils einer Taste zur Verfügung. Die Sendeeinheit ist für den Einbau in UP-Schalterdosen vorgesehen und mit Hilfe von Adapterrahmen (werden von den meisten Schalterherstellern angeboten) erfolgt die Anpassung an das jeweils eingesetzte Schalterprogramm. Mit Schrauben wird die flache Sendeeinheit direkt auf eine Standard-Unterputzdose montiert, und die steckbare Tastenplatine hält den Abdeckrahmen über insgesamt 12 Steckkontakte sicher fest. Sehr flexibel kann die Gestaltung der Tastfläche erfolgen, da zum Lieferumfang zwei verschiedene Abdeckungen gehören, die an der Rückseite mit transparentem Klebstoff beschichtet sind.
Bild 1: Die Abdeckung mit nummerierten Tasten
Bild 1: Die Abdeckung mit nummerierten Tasten
Während eine Abdeckung (Abbildung 1) mit nummerierten Tasten rückseitig bedruckt ist, ist die zweite Abdeckung vollkommen transparent. Die transparente Abdeckung ermöglicht eine individuelle Gestaltung der Tastfläche entsprechend den eigenen Vorstellungen und Farben. Dazu wird einfach eine Tasteneinheit entsprechender Größe mit Hilfe eines Zeichenprogramms erstellt, auf ein selbstklebendes Etikett oder auf Fotopapier gedruckt und auf die Tastenplatine aufgeklebt. Darauf wird lediglich die transparente, selbstklebende Kunststoffscheibe geklebt, und fertig ist das selbstkreierte Tastenfeld. Wahlweise mit drei Mignonzellen oder über eine Kleinspannung zwischen 5 V und 24 V erfolgt die Spannungsversorgung der Sendeeinheit FS20 TC6. Bei der externen Spannungsversorgung ist folgender Hinweis noch zu beachten: Zur Gewährleistung der elektrischen Sicherheit muss es sich bei der speisenden Quelle um eine Sicherheits-Schutzkleinspannung handeln. Außerdem ist eine Quelle begrenzter Leistung erforderlich, die nicht mehr als 15 W liefern kann. Üblicherweise werden beide Anforderungen von einfachen 12-V-Steckernetzteilen mit bis zu 500 mA Strombelastbarkeit erfüllt. Natürlich kann neben der Wandmontage die Sendeeinheit auch in Möbel oder beliebige andere Anwendungen und Gehäuse eingebaut werden. Es steht somit ein universell einsetzbarer Handsender für das FS20-System zur Verfügung.
Bild 2: Die Sendeeinheit ist für den Einbau in Standard-UP-Dosen vorgesehen.
Bild 2: Die Sendeeinheit ist für den Einbau in Standard-UP-Dosen vorgesehen.
Der Hauptanwendungsfall ist sicherlich der Einbau in Standard- Unterputzdosen (Abbildung 2). Innerhalb der verwendeten UPDose dürfen allerdings keine Leitungen verlegt sein, die Netzspannung führen. Beim Einbau in andere Anwendungen oder Gehäuse ist darauf zu achten, dass die elektronischen Komponenten nicht direkt von außen zugänglich sind.

Grundsätzliches zum FS20-System

Durch umfangreiche Codierungs- und Adresszuweisungsmöglichkeiten ist die Datenübertragung innerhalb des FS20-Sendesystems sehr sicher und es können mehrere benachbarte Systeme gleichzeitig betrieben werden. Alle Einstellungen bleiben auch bei einem Batteriewechsel oder einem Spannungsausfall erhalten. Die hohe Reichweite von bis zu 100 m (Freifeld) ermöglicht auch das Fernwirken auf größere Entfernungen. Die Komponenten des FS20-Systems reagieren im Auslieferungszustand nicht auf Fernbedienbefehle. Sie müssen entsprechend der Anleitung des jeweiligen Schaltgerätes zuerst adressiert werden. Dann ist sofort die Ansteuerung der Grundfunktionen möglich. Die Betätigung der Tasten erfolgt je nach Erfordernis kurz (Schalten) oder länger als 0,4 Sek. (z. B. Dimmen). Der jeweiligen rechten Taste eines Kanals ist global der EINBefehl (Hochdimmen), der zugehörigen linken Taste der AUSBefehl (Herunterdimmen) zugeordnet. Das Aussenden der Befehle wird grundsätzlich durch kurzes Aufleuchten der rückseitigen Kontroll-LED signalisiert. Die Kontroll-LED dient aber in erster Linie beim Programmieren des Systems zur optischen Signalisierung. Für die komfortable Bedienung mit dem FS20-USB-Infrarot-Programmer FS20 IRP ist an der Rückseite eine IR-Empfangsdiode vorhanden.
Die Sendeeinheit ordnet sich komplett in das Code- und Adresssystem des F20-Systems ein. Sowohl die eindeutige Abgrenzung zu gleichen, benachbarten Systemen als auch die direkte Ansprache von Empfängern (auch von mehreren) ist damit möglich. Die genaue Beschreibung des Code- und Adresssystems würde den Rahmen dieses Artikels sprengen, sie ist aber in der mit dem Bausatz gelieferten Bauanleitung enthalten. Im Auslieferungszustand ist die Sendeeinheit als 3-Kanal- Sender konfiguriert, d. h., jedem Kanal ist ein Tastenpaar zugeordnet. Jeweils der linken Taste des Kanals ist der Befehl „Aus“ bzw. das „Herunterdimmen“ und der rechten Taste der Befehl „Ein“ bzw. „Hochdimmen“ zugeordnet. Natürlich kann das Gerät auch als 6-Kanal-Sender arbeiten, wobei die Tasten dann eine Toggle-Funktion haben. Mit jeder Tastenbetätigung wird abwechselnd ein Ein- und ein Ausschaltbefehl gesendet. Auch in dieser Funktion löst ein langer Tastendruck einen Dimmbefehl aus, wobei mit jeder erneuten langen Tastenbetätigung die Dimmrichtung geändert wird. Im Auslieferungszustand des FS20 TC6 ist ein zufälliger Hauscode eingestellt. Sollen verschiedene FS20-Systeme getrennt voneinander bedient und betrieben werden, ohne sich gegenseitig zu stören, ist eine gezielte Adressierung erforderlich.

Integration des FS20 TC6 in ein bestehendes System

Zur Integration des FS20 TC6 in ein bestehendes FS20-System ist zuerst die Betriebsspannung abzuschalten und ca. 1 Min. zu warten (am einfachsten den Codierstecker J 2 abziehen). Danach ist der Codierstecker J 1 in die Stellung „Prog“ zu bringen und die Versorgungsspannung wieder anzulegen. Um nun den Programmiermodus aufzurufen, sind die Tasten 1 und 3 so lange zu halten (ca. 5 Sek.), bis die Leuchtdiode D 1 im Sekundentakt blinkt. Der 8-stellige Hauscode kann nun mit den Tasten 1 bis 4 eingegeben werden, wobei das Gerät nach der Eingabe der letzten Ziffer automatisch den Programmiermodus verlässt und die LED verlischt. Jedem Kanal des FS20 TC6 kann eine 4-stellige Adresse zugewiesen werden, bestehend aus einer 2-stelligen Adressgruppe und einer 2-stelligen Unteradresse. Zum Programmieren der Adresse ist das entsprechende Tastenpaar des gewünschten Kanals (z. B. für Kanal 1 die Tasten 1 und 2) so lange zu betätigen (ca. 5 Sek.), bis die Kontroll-LED D 1 wieder im Sekundentakt blinkt. Die Vergabe der gewünschten Adresse erfolgt dann mit den Tasten 1 bis 4. Auch hier verlässt das Gerät automatisch den Programmiermodus nach der Eingabe der letzten Ziffer.
Natürlich kann auch eine Adressierung erfolgen, wenn die Sendeeinheit als 6-Kanal-Sender genutzt werden soll. In diesem Fall ist zuerst die zu programmierende Taste zu betätigen und kurz zu halten und danach zusätzlich die daneben liegende Taste für mindestens 5 Sek. gleichzeitig zu betätigen (bis die Kontroll-LED D 1 blinkt). Mit den Tasten T 1 bis T 4 ist nun wieder in gewohnter Weise die 2-stellige Adressgruppe und die 2-stellige Unteradresse einzugeben. Über die Sendeeinheit kann auch die Timerfunktion von Empfängern programmiert werden. Die detaillierte Vorgehensweise ist in der Bauanleitung beschrieben. Um alle Einstellungen des Sendemoduls in den Auslieferzustand zurückzusetzen, werden zunächst die Tasten 2 und 4 gemeinsam gedrückt und festgehalten (mind. 5 Sek.), bis die Kontroll-LED leuchtet. Nun werden diese Tasten wieder losgelassen und eine beliebige Taste gedrückt. Sobald die LED verlischt, befindet sich das Modul wieder im Grundzustand.

Infrarot-Schnittstelle

Die Funk-Sendeeinheit FS20 TC6 verfügt über eine Infrarot- Schnittstelle zur komfortablen Konfiguration der Einstellungen. In Verbindung mit dem FS20 IRP können Hauscode und Adressen bequem über eine PC-Software eingegeben und verwaltet werden. Zudem kann jede Taste frei mit einem FS20-Befehl belegt werden. Damit ergeben sich neue und umfangreiche Möglichkeiten zur Steuerung Ihres FS20- Systems. Um die Konfigurationsdaten zu übertragen, muss die Fernbedienung in den Infrarot-Programmiermodus versetzt werden. Dazu sind die Tasten 2 und 4 im Prog.-Mode (Kodierstecker) so lange zu betätigen (mind. 5 Sek.), bis die Kontroll-LED zu leuchten beginnt. Nun können die Tasten losgelassen werden und die Sendeeinheit wird so positioniert, dass die IR-Empfangsdiode der Sendeeinheit und die IR-Sendediode des FS20 IRP direkten Sichtkontakt haben. Ist dies erledigt, kann der Programmiervorgang über die PC-Software gestartet werden. Nach erfolgreich abgeschlossener Programmierung erlischt die Kontroll-LED. Alle weiteren Details und Hinweise zur Programmierung sind in der Bedienungsanleitung der FS20 IRP zu finden.

Schaltung

Die Sendeeinheit F20 TC6 setzt sich aus zwei Leiterplatteneinheiten zusammen, bestehend aus der Mikrocontrollereinheit mit Peripherie und der Tasteneinheit, basierend auf kapazitiven Näherungssensoren. Entsprechend den beiden Einheiten ist auch das Gesamtschaltbild aufgeteilt in die Mik rocontrollereinheit (Abbildung 3), die Tasteneinheit (Abbildung 4) und die Spannungsversorgung (Abbildung 5). Die Schaltungsbeschreibung beginnen wir mit der Mikrocontrollereinheit in Abbildung 3, wo das zentrale Bauelement der Single-Chip-Controller IC 1 ist.
Bild 3: Schaltung der Mikrocontrollereinheit des FS20 TC6
Bild 3: Schaltung der Mikrocontrollereinheit des FS20 TC6
Dieser Controller reagiert auf die von der Tasteneinheit kommenden Eingangssignale und steuert den 868-MHz-HF-Sender mit den entsprechenden Befehlen. Die von der Tasteneinheit kommenden Signale gelangen auf Port 6.0 bis Port 6.3 und Port 1.0 bis Port 1.2. Die Verbindung zur Tasteneinheit wird über BU 1 hergestellt, wobei die Kondensatoren C 11 bis C 16 zur Störunterdrückung dienen. Über BU 1 wird die Tasteneinheit mit der stabilisierten Gleichspannung (+ 3 V) versorgt. Im EEPROM (IC 3) sind der programmierte Hauscode, die Adresse und die Tastenbelegung abgespeichert. Diese Informationen gehen auch bei einer Spannungsunterbrechung nicht verloren. Der Mikrocontroller kommuniziert über den I2C-Bus, angeschlossen an Port 3.1 und Port 3.2, mit dem EEPROM. Die Widerstände R 4 und R 5 dienen in diesem Zusammenhang als Pull-ups. Nur bei Bedarf wird das EEPROM über Port 2.3 mit Betriebsspannung versorgt. C 10 dient dabei zur hochfrequenten Störunterdrückung. Die Infrarot-Empfangsdiode D 4 ist direkt an Port 3.0 angeschlossen und wird über R 3 mit Spannung versorgt. Mit dieser Fotodiode werden die Infrarotsignale des FS20 IRP empfangen und in elektrische Signale für den Controller gewandelt. Gültige Daten speichert der Controller dann im RAM und im extern angeschlossenen EEPROM (IC 3).
Mit Hilfe der Codierbrücke J 1 wird der Programmiermodus des FS20 TC6 freigeschaltet. Wenn an Port P 3.3 die Betriebsspannung anliegt, ist der Programmiermodus gesperrt, um zu verhindern, dass durch eine versehentliche Betätigung von mehreren Tasten gleichzeitig unbeabsichtigt der Programmiermodus aufgerufen wird. Die Programmierung ist hingegen freigegeben, wenn Port 3.3 mit Massepotential verbunden ist. Über BU 2 gelangt diese Information auch zum Touchcontrol-Baustein auf der Tasteneinheit. Die über R 1 mit Spannung versorgte Leuchtdiode D 1 dient zur optischen Signalisierung beim Programmieren und zur optischen Bestätigung beim Aussenden der Befehle. Das HF-Sendemodul HFS 1 wird über R 2 direkt vom Mikrocontroller gesteuert. C 2 dient dabei zur Pufferung und C 3 zur Störunterdrückung. An Pin 11 und Pin 12 ist der Taktoszillator des Mikrocontrollers extern zugänglich und mit dem Quarz Q 1 sowie den Kondensatoren C 4 und C 5 beschaltet. Der Reset-Eingang des Mikrocontrollers (Pin 16) ist mit dem Kondensator C 1 und dem Reset-Baustein IC 4 beschaltet. Sobald die Betriebsspannung unter 2,3 V abfällt, sorgt IC 4 für einen definierten Reset des Controllers. In Abbildung 4 ist die Tasteneinheit mit dem Touchcontrol- Baustein QT1080 zu sehen.
Bild 4: Schaltbild der Tasteneinheit
Bild 4: Schaltbild der Tasteneinheit
Alle erforderlichen Stufen für die kapazitiven Nährungssensoren sind in diesem Baustein integriert. Zum Betrieb werden nur noch wenige externe Komponenten benötigt. Die eigentlichen Tasten bestehen aus Leiterplattenflächen, die an TA 101 bis TA 106 angeschlossen sind. Insgesamt ist der Baustein für 8 Tasten vorgesehen, wobei in unserem Anwen dungsfall 6 Tasten genutzt werden. Je nach Anwendung kann der QT1080 in verschiedenen Betriebs modi arbeiten, die mit Hilfe der Widerstände R 115 bis R 122 konfiguriert werden. Beim Anlegen der Betriebsspannung prüft der QT1080 zuerst, ob diese Widerstände mit Schaltungsmasse oder mit der Betriebsspannung verbunden sind. Bei der Konfiguration bestimmt der Pegel am Widerstand R 117, ob immer nur die Betätigung einer Taste gleichzeitig akzeptiert wird oder ob auch mehrere Tasten gleichzeitig betätigt werden können. Vom Codierstecker kommend liegt über R 123 im Betriebsmodus +3 V und im Programmiermodus Massepotential an. Im Betriebsmodus wird grundsätzlich bei der Taste mit der höchsten kapazitiven Änderung eine Schaltaktion ausgeführt.
Die Eingangsbeschaltung ist bei allen Eingangskanälen des ICs identisch und recht einfach. Von den Sensorflächen gelangt das Signal jeweils über einen 10-kΩ-Vorwiderstand (R 101 bis R 106) auf die Eingänge des Sensorchips. Die Eingangsempfindlichkeit wird dabei durch die weitere externe Beschaltung bestimmt, insbesondere durch die Kondensatoren C 101 bis C 108. Ausgangsseitig ist der Baustein als Open Drain konfiguriert. Die Ausgänge der einzelnen Kanäle gelangen über ST 101 direkt zu den entsprechenden Ports des Mikrocontrollers. Über ST 101 wird die Tasteneinheit auch mit Spannung versorgt, wobei C 112 zur Pufferung und C 111 zur hochfrequenten Störunterdrückung dienen. In Abbildung 5 ist die Spannungsversorgung der Schaltung dargestellt.
Bild 5: Schaltbild der Spannungsversorgung des FS20 TC6
Bild 5: Schaltbild der Spannungsversorgung des FS20 TC6
Wahlweise kann die Versorgung mit 3 Mignonzellen oder durch eine Gleichspannung zwischen 5 V und 24 V erfolgen, die an einer Miniatur-Schraubklemme anzuschließen ist. Die Leistung des angeschlossenen Netzgerätes darf, wie bereits erwähnt, 15 W nicht überschreiten. Mit dem Codierstecker J 2 wird die Auswahl der gewünschten Spannungsquelle vorgenommen. Die Widerstände R 7, R 8 dienen zum Schutz im Fehlerfall und die Diode D 5 als Verpolungsschutz bei externer Spannungsversorgung. Die jeweils ausgewählte Spannung wird mit C 6 gepuffert und gelangt direkt auf den Eingang des Spannungsreglers IC 2. Ausgangsseitig steht dann eine stabilisierte Gleichspannung von 3 V zur Verfügung, wobei C 8 Schwingneigungen unterdrückt und C 7 und C 9 hochfrequente Störeinflüsse verhindern.

Nachbau

Beim F20 TC6 kommen auf beiden Leiterplatten überwiegend Bauelemente in SMD-Ausführung zum Einsatz. Auf der Tastaturplatine sogar in der besonders kleinen Bauform 0603. Für den Anwender ist das aber kein Problem, da bei ELVBausätzen grundsätzlich alle SMD-Komponenten werkseitig vorbestückt sind. Die hochintegrierten Schaltkreise mit besonders geringem Pin-Abstand sind von Hand kaum noch zu verarbeiten. Die Bestückungsarbeiten beginnen wir mit der Tastaturplatine, wo nur noch eine 8-polige und eine 4-polige Stiftleiste zu bestücken sind. Dabei ist besonders auf eine gerade Ausrichtung zu achten. Zuerst ist jeweils nur ein Lötpad vorzuverzinnen, und beim Anlöten der Stiftleiste ist das Bauteil dann genau auszurichten. Wenn alle Anschlüsse exakt auf den zugehörigen Lötpads aufliegen, erfolgt das vollständige Verlöten. Nach dem Aufkleben der gewünschten Kunststoffscheibe auf die Platinenoberseite ist diese Leiterplatte bereits vollständig bestückt. Bei der Prozessorplatine empfiehlt es sich, zuerst die beiden Buchsenleisten (8-polig, 4-polig) aufzulöten. Zur genauen Ausrichtung über die zugehörigen Leiterplattenbohrungen sind die Lötstifte der Tastaturplatine von der SMDSeite durch die Bohrungen der Prozessorplatine zu führen und dann ist die Buchsenleiste so aufzusetzen, dass alle Anschlüsse auf den zugehörigen Lötpads aufliegen. Wenn alle Anschlüsse exakt ausgerichtet sind, erfolgt sorgfältig das Verlöten.
Danach wird die Tastaturplatine wieder abgenommen und im nächsten Arbeitsschritt der Quarz Q 1 entsprechend dem Bestückungsplan eingelötet. Die Anschlüsse der IR-Empfangsdiode D 4 und der Kontroll- LED D 1 sind vor dem Verlöten so weit wie möglich durch die zugehörigen Platinenbohrungen zu führen. Achtung! Unbedingt die korrekte Polarität beachten. Am Bauteil ist jeweils der Anodenanschluss (+) geringfügig länger und die Katodenseite ist am Gehäusekragen leicht abgeflacht (auch im Bestückungsdruck erkennbar). Ebenfalls ist beim Einbau der Elektrolyt-Kondensatoren auf die korrekte Polarität zu achten, wobei Elkos üblicherweise am Minuspol gekennzeichnet sind. Des Weiteren ist die liegende Einbaulage zu beachten. Die beiden 3-poligen Stiftleisten (J 1, J 2) werden gleich nach dem Einlöten mit den zugehörigen Codiersteckern bestückt. Die Schraubklemme KL 1 muss vor dem Verlöten plan auf der Platinenoberfläche aufliegen. Das HF-Sendemodul ist mit einem Abstand von 1 mm zur Platinenoberfläche zu bestücken. Beim Verlöten ist auf eine gerade Ausrichtung zu achten. Nun bleibt nur noch der Anschluss des Batteriehalters. Die Anschlussleitungen sind, wie auf dem Platinenfoto zu se hen, zur Zugentlastung durch die zugehörigen Bohrungen der Leiterplatte zu führen. Nach einer gründlichen Überprüfung beider Leiterplatten hinsichtlich Löt- und Bestückungsfehlern steht dem Einsatz dieses interessanten FS20-Fernbedienungssenders nichts mehr entgegen.

Ansicht der fertig bestückten Tastaturplatine des FS20 TC6 mit zugehörigem Bestückungsplan, oben von der Oberseite, unten von der SMD-Seite
Ansicht der fertig bestückten Tastaturplatine des FS20 TC6 mit zugehörigem Bestückungsplan, oben von der Oberseite, unten von der SMD-Seite

Ansicht der fertig bestückten Basisplatine mit zugehörigem Bestückungsplan, links von der SMD-Seite, rechts von der Unterseite
Ansicht der fertig bestückten Basisplatine mit zugehörigem Bestückungsplan, links von der SMD-Seite, rechts von der Unterseite

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FS20-Touchcontrol TC6, Komplettbausatz

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