HomeMatic-Funk-Tasterschnittstelle HM-PBI-4-FM
Aus ELVjournal
06/2007
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Technische Daten
Spannungsversorgung | 3-V-Lithium-Knopfzelle CR2032 |
Stromaufnahme | Sende-/Empfangsbetrieb 40 mA, Off-Mode 0 mA |
Empfangsprotokoll | BidCoS |
Reichweite | bis 100 m (Freifeld) |
Abmessungen (ø x H) | 50 x 10 mm |
Die
Funk-Tasterschnittstelle HM-PBI-4-FM ist ein
4-Kanal-Unterputz-Sendegerät des neuen HomeMatic- Systems, das durch
normale Elektroinstallationstaster ansteuerbar ist. Damit sind alle
HomeMatic- Aktoren, wie z. B. Schalter oder Dimmer, direkt oder über die
HomeMatic-Zentrale ansteuerbar. Der große Vorteil: Sie verwenden Ihre
normale Installationstechnik ohne Änderungen der Designlinie!Gut angepasst
Moderne
Haustechnik muss ja nicht immer auch „technischhässlich” ins Auge
fallen. Diskret versteckt kann sie ihre Arbeit genauso gut verrichten –
Hauptkriterium (in Anlehnung an Diether Krebs): „’s muss funktioniere …”
Und auch der WAF (Women acceptance factor – die Akzeptanz-Bereitschaft
der Familienmitglieder) steigt mit dem „Schöner-Wohnen- Faktor” der
Technik. Und da gehören heute eben keine Taster und Schalter an die Wand
gebaut, die zum restlichen Installationstechnik- Design nicht passen!
Genau dafür ist die hier vorgestellte Funk-Tasterschnittstelle
konzipiert – sie schafft die Verbindung zwischen handelsüblichen
Installations-Wandtastern und den HomeMatic-Aktoren. Einer der größten
Vorteile dieser Kombination ist, dass die Anbindung an eine vorhandene
Netz- oder Schaltspannung auf der Tasterseite nicht notwendig ist. Denn
die Funk- Tasterschnittstelle arbeitet mit einer langlebigen
Lithium-Batterie, die eine Betriebsdauer bis 10 Jahre und mitunter weit
darüber hinaus möglich macht. Daher kann man also die bis zu vier
Installationstaster, die auch als Doppel- oder Vierfachtaster ausgeführt
sein können, dahin montieren, wo man sie haben möchte, unabhängig vom
Stromnetz. Damit kann man also auch jederzeit und an jedem Ort
nachrüsten.Die
kompakte Funk-Tasterschnittstelle findet bequem hinter dem eigentlichen
Taster in einer Unterputz-Schalterdose ihren Platz. Auf diese Weise ist
es im Übrigen auch möglich, vorhandene, aber vielleicht nicht mehr
benötigte Taster umzufunktionieren – vom Netz trennen, Netzleitung
sicher isolieren und außerhalb der Dose unterbringen und
Funk-Tasterschnittstelle einsetzen! Wenden wir uns der Technik dieses
interessanten Projekts zu! Funktionsweise
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Bild 1: Blockschaltbild der Funk-Tasterschnittstelle HM-PBI-4-FM |
In
Abbildung 1 ist die Funktion anhand des Blockschaltbildes des Gerätes
einfach nachzuvollziehen. Die gesamte Schaltung ist im Ruhezustand durch
die inaktive Selbsthaltung stromlos und verbraucht somit keine
Batteriekapazität. Mit dieser Schaltungstechnik wird eine
Batterielebensdauer von ca. 10 Jahren erreicht. Hierbei liegt die
Annahme von ca. 10 Schaltvorgängen je Tag zugrunde. Die Schaltung wird
also erst beim Betätigen eines extern angeschlossenen Tasters oder des
Konfigurations-Tasters aktiviert. Die Steuerung der Schaltung übernimmt
ein 8-Bit-Mikrocontroller von ATMEL. Seine Aufgabe ist es, bei beliebig
gedrücktem Taster die Selbsthaltung für die Betriebsspannung zu
aktivieren und zusätzlich zu erkennen, welcher extern angeschlossene
Taster oder ob der Konfigurations-Taster betätigt wurde. Anschließend
erfolgt dann das Versenden des entsprechenden Protokolls, z. B. eines
Schaltbefehls, mit Hilfe des Transceiver-Moduls. Das Modul wird aufgrund
des Ruhestromverbrauches erst zu diesem Zeitpunkt über den Transistor-
Schalter (Transceiver ON/OFF) mit Betriebsspannung versorgt. Durch die
bidirektionale Übertragung des Transceiver- Moduls ist es möglich, nach
dem Senden eines Protokolls auf eine Antwort des angesprochenen Gerätes
zu warten. Damit wird eine höhere Betriebssicherheit als bei einer
unidirektionalen Übertragung erreicht. Nach dem Empfangen der
Bestätigung deaktiviert der Mikrocontroller die Betriebsspannung für das
Transceiver-Modul und die Selbsthaltung für den dann noch aktiven Teil
der Schaltung und befindet sich dann wieder im sogenannten „OFF-Mode“.Schaltung
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Bild 2: Schaltbild der Funk-Tasterschnittstelle HM-PBI-4-FM |
Um
die Schaltung besser erläutern zu können, gehen wir davon aus, dass an
der grünen Anschlussleitung E 1 ein Taster gegen Masse (COM)
angeschlossen ist und betätigt wurde, siehe Abbildung 2. Bei gedrücktem
Taster wird dann über R 12 die Basis des Transistors T 2 und der
Port-Pin PB0 des Mikrocontrollers IC 1 auf Masse-Potential gelegt. Der
Widerstand R 5 und der Kondensator C 6 dienen zum Schutz der Schaltung
vor elektrostatischen Entladungen (ESD). Die Dioden D 4 und D 10 sind
zur Entkopplung der weiteren Tast-Eingänge E 2 bis E 4 vorgesehen. Durch
den positiven Spannungsabfall vom Emitter zur Basis des Transistors T 2
steuert dieser vollständig durch und der Mikrocontroller IC 1 bekommt
seine Betriebsspannung von ca. 3 V von der Lithium-Batterie BAT 1. Nach
der Initialisierung schaltet der Mikrocontroller IC 1 an seinem Port-Pin
PC 3, der als Ausgang konfiguriert ist, auf „High“- Potential (3 V).
Damit wird der Transistor T 3 durchgesteuert und die Basis des
Transistors T 2 liegt somit zusätzlich auf Masse-Potential. Der
Spannungsteiler, bestehend aus R 10 und R 14, dient zur
Arbeitspunkt-Einstellung des Transistors T 3. Dieser
Programm-/Schaltungsablauf läuft aufgrund des 8-MHz-Resonators Q 1
hinreichend schnell ab, so dass zusätzlich auch erkannt werden kann,
welcher Taster gedrückt ist. Nachdem nun der Mikrocontroller IC 1 die
Selbsthaltung aktiviert und die Tast-Eingänge ausgewertet hat, kann nun
das entsprechende Protokoll (z. B. ein Schalt-Befehl) gesendet werden.
Dazu schaltet der Mikrocontroller IC 1 mit seinem Port-Pin PD 5 mit
„Low“-Potential (0 V) den Transistor T 1. Der Widerstand R 9 dient zur
Begrenzung des Basisstroms von Transistor T 1. Anschließend wird das
Transceiver- Modul TRX 1 über das Serial Peripheral Interface (SPI) des
Mikrocontrollers IC 1 programmiert. Zu einem SPI-Bus gehören folgende
Signale:
- Master out Slave in (MOSI)
- Master in Slave out (MISO)
- Clock (SCLK)
- Chip Select (CS)
Die
Diode D 2 dient zur Entkopplung des Mikrocontrollers IC 1 vom
Transceiver-Modul TRX 1. Analog zum Tast-Eingang E 1 können die
Tast-Eingänge an E 2 bis E 4 betrachtet werden. Der Taster TA 1 dient
zur Konfiguration des Gerätes, seine Funktion ist im folgenden Abschnitt
„Das Anlernen“ erläutert. Die Dioden D 11 und D 12 dienen auch hier zur
Entkopplung der Tast-Eingänge E 1 bis E 4. Über die Widerstände R 1 und
R 2 wird die Batteriespannung mit dem internen Analog-Digital-Converter
(ADC) des Mikrocontrollers IC 1 gemessen. Um auch hier einen
permanenten Stromfluss zu vermeiden, schaltet der Mikrocontroller IC 1
seinen Port-Pin PC 1 bei jedem Sendevorgang auf „Low“-Potential (0 V),
um dann den Spannungsabfall über dem Widerstand R 1 zu messen und
auszuwerten. Die DUO-LED D 1 dient zusammen mit dem Taster TA 1 zur
Konfiguration der Funk-Tasterschnittstelle HM-PBI-4-FM. Die
Kondensatoren C 1, C 2 und C 7 dienen zur Stabilisierung und zum
Abblocken von Störungen auf der Betriebsspannung. Das Anlernen
Mit
der Funk-Tasterschnittstelle HM-PBI-4-FM können alle HomeMatic-Aktoren,
wie z. B. Schalter oder Dimmer, gesteuert werden. Dazu ist zuvor ein
Anlernprozess durchzuführen. Alle HomeMatic-Geräte haben dazu einen
Konfigurations- Taster und eine LED bzw. DUO-LED. Durch das Drücken des
Konfigurations-Tasters werden die Geräte in den Anlern-Modus versetzt.
Soll nun die Funk-Tasterschnittstelle HM-PBI-4-FM z. B. an einen
Funk-Schalter angelernt werden, ist folgende Prozedur durchzuführen:
1. Konfigurations-Taster am Funk-Schalter drücken, bis die LED blinkt.
Dies dauert ca. 4 Sekunden.
2. Konfigurations-Taster TA 1 an der Funk-Tasterschnittstelle
HM-PBI-4-FM kurz drücken. Die DUO-LED fängt an, in der Farbe Grün zu
blinken.
3. Zum Schluss ist noch der gewünschte Kanal (extern angeschlossene
Taster) zu betätigen. Damit ist das direkte Anlernen an einen Aktor
bereits abgeschlossen.Auslieferungszustand herstellen
Soll
z. B. der Funk-Schalter wieder aus dem Speicher gelöscht werden, ist
die Funk-Tasterschnittstelle HM-PBI-4-FM in den Auslieferungszustand zu
bringen. Dazu sind folgende Schritte durchzuführen:
1. Konfigurations-Taster an der Funk-Tasterschnittstelle drücken, bis
die DUO-LED anfängt, rot zu blinken. Dies dauert ca. 4 Sekunden.
2. Den Konfigurations-Taster erneut so lange drücken, bis die DUO-LED
anfängt, doppelt so schnell zu blinken. Dies dauert ebenfalls ca. 4
Sekunden. Das Anlernverfahren und die Konfiguration können alternativ
mit einer HomeMatic-Zentrale durchgeführt werden. Ein Grundlagenartikel
hierzu und zum HomeMatic-System insgesamt ist im „ELVjournal” 5/2007
nachzulesen. Der konkrete Ablauf wird in der mit der Zentrale
mitgelieferten Bedienungsanleitung erklärt.
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Bild 3: Anschlussbelegung der DUO-LED |
Alle
SMD-Bauteile sind bereits bei der Auslieferung des Bausatzes bestückt.
Es müssen lediglich die bedrahteten Bauteile eingelötet werden. Dazu
zählen die DUO-LED, ein Batteriehalter, das Funkmodul und 5 Leitungen.
Die Anschlüsse der DUO-LED sind abzuwinkeln und einzulöten. Zu beachten
ist, dass die DUO-LED-Anschlüsse auf der korrekten Seite abgewinkelt
werden, da sonst die Farben zur Funktion vertauscht sind. Der
Bestückungsdruck auf der Platine deutet auf eine am Anfang verstärkte
Anschlussleitung der DUO-LED hin. Diese ist in Abbildung 3 mit einem
Pfeil gekennzeichnet. Das Funkmodul ist über eine 8-polige doppelreihige
Stiftleiste auf die Platine zu löten. Dazu wird zuerst die Stiftleiste
von der Platinenunterseite eingelötet. Anschließend ist das Funkmodul
auf der Oberseite auf die Stiftleiste zu stecken und zu verlöten. Dabei
ist zu beachten, dass das Funkmodul komplett auf der Platine aufliegt.
Die Antenne des Funkmoduls wird dabei durch die dafür vorgesehenen
Bohrungen geführt, siehe Platinenfoto. Nach dem Verlöten sind die
überstehenden Enden der Stiftleiste mit einem Seitenschneider
unmittelbar über der Lötstelle abzuschneiden. Danach sind die
Kabelkennzeichnungsringe entsprechend den Farben über die Leitungen zu
schieben und die Leitungen von der Oberseite der Platine einzulöten
(siehe auch Platinenfoto).
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Bild 4: Die Führung der Taster-Anschlussleitungen und der Sende-/ Empfangsantenne |
Nun
wird die mitgelieferte Lithium-Knopfzelle CR2032 in den Batteriehalter
eingeschoben. Dabei ist auf die richtige Polung der Batterie zu achten.
Der Pluspol ist auf der Batterie sowie auf dem Batteriehalter
gekennzeichnet. Anschließend wird nun die komplett bestückte Platine in
die Oberschale des Gehäuses gelegt. Dabei ist zu beachten, dass die
Anschlussleitungen und die Antenne des Funkmoduls durch die dafür
vorgesehenen Öffnungen des Gehäuses geführt werden, siehe Abbildung 4.
Zum Schluss wird der Boden des Gehäuses in die Unterschale arretiert.Achtung!
Bei unsachgemäßem Einsetzen bzw. Aus tausch der Batterie besteht
Explosions gefahr! Die verwendete Lithium- Batterie muss kurzschlussfest
sein. Ein Einsetzen der Batterie mit einem metallischen Gegenstand, wie
z. B. einer Zange oder einer Pinzette, ist nicht erlaubt, da die
Batterie hierdurch kurzgeschlossen wird. Zudem ist beim Einsetzen
unbedingt auf die richtige Polarität zu achten (Pluspol nach oben!). Installation
An
die Funk-Tasterschnittstelle HM-PBI-4-FM können bis zu vier
Elektroinstallationstaster angeschlossen werden (E 1 bis E 4). Alle
Tast-Eingänge haben durch das Anlernverfahren, z. B. an einen
Funk-Schalter, eine Toggle-Funk tion. Das bedeutet, dass bei jeder
Tasterbetätigung der Funk- Schalter im Wechsel ein- oder ausgeschaltet
wird. Durch die geringe Aufbauhöhe von 10 mm findet die
Funk-Tasterschnittstelle HM-PBI-4-FM ausreichend Platz hinter einem
Elektroinstallationstaster in einer Unterputzdose. Bei besonders weit in
die Dose ragenden Tastern kann man eine tiefe Schalterdose einsetzen.
Befinden sich netzspannungsführende Leitungen in der Nähe, z. B. bei
einer Kombination der Taster mit einer Netzsteckdose, so ist darauf zu
achten, dass die Netzleitungen einen Mindestabstand von 10 mm zum Gerät
selbst, zur Antenne und zu den Taster-Anschlussleitungen haben. Ein
Kreuzen mit Netzleitungen ist im Interesse der Störsicherheit ebenfalls
zu vermeiden. Die Antenne sollte man möglichst weit weg von einer
Netzleitung so verlegen, dass sie in voller Länge ausgelegt ist. Sie
darf z. B. nicht zu einem Knäuel zusammengewickelt werden.
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Ansicht
der fertig bestückten Platine der Funk-Tasterschnittstelle mit
zugehörigem Bestückungsplan, oben von der Bestückungsseite, unten von
der Lötseite |
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