HomeMatic Funk-Sensor HM-Sen-EP für elektrische Impulse Teil 1/2
Aus ELVjournal
03/2008
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Technische Daten
| System | HomeMatic |
| Protokolle | BidCoS |
| Anzahl der Kanäle | 2 |
| Signalaufnehmer | induktiv, galvanisch getrennt |
| Stromaufnahme Stand-by | ca. 5 μA |
| Stromaufnahme bei Signaleingang | ca. 15 μA |
| Maximale Stromaufnahme | ca. 50 mA |
| Spannungsversorgung | 2 x LR03/Micro |
| Batterielebensdauer | ca. 7 Jahre |
| Abmessungen (Gehäuse) | 90 x 40 x 24 mm |
| Antenne: | 70 mm |
Der
neue Funk-Sensor des HomeMatic-Systems kann bestimmte Stromimpulse in
einer elekt rischen Leitung auswerten und bei Erkennen einer zuvor
gelernten Impulsfolge einen Aktor des HomeMatic- Systems bzw. die
HomeMatic-Zentrale ansteuern. Ursprungsidee war dabei die sich
eröffnende Möglichkeit, bequem über die zum Auto gehörende
Funk-Fernbedienung und die Auswertung der optischen Quittungssignale des
Autos auch das Garagentor öffnen und schließen zu können, ohne eine
extra Fernbedienung bemühen zu müssen. Aber auch andere Anwendungen, bei
denen es gilt, bestimmte Impulsfolgen in einer
gleichspannungsdurchflossenen Leitung für Meldungs- und Steuerzwecke
auszuwerten, erschließen sich durch den Funk-Sensor HM-Sen-EP.Bequem und sicher öffnen
Die
Idee zum HM-Sen-EP ist aus der allseits bekannten morgendlichen
Situation entstanden, das Auto zwar bequem mit seiner Fernbedienung
öffnen zu können, die Garage, in der es steht, jedoch nicht. Diese
Situation kennen alle, die keinen direkten Zugang zur Garage aus dem
Haus haben. Eine Lösung musste her, ohne gleich eine extra Fernbedienung
für das Garagentor mitnehmen zu müssen. Ein Empfänger, der auf die
Funksignale des Autoschlüssels reagiert, wäre eine Lösung gewesen, aber
dieser hätte viele Frequenzen und Funkprotokolle der zahlreichen
Kfz-Modelle unterstützen müssen – nicht vernünftig lösbar. Wesentlich
einfacher auszuwerten ist dagegen das Kontrollblinken der
Zentralverriegelung. Die meisten Autos mit einer Fernbedienung für die
Zentralverriegelung geben ein solches Kontrollblinken auf ihren Blinkern
aus, entweder von Haus aus oder nachträglich programmierbar. Bei den
meisten Fahrzeugen gibt es unterschiedliche Blinkfolgen für das Ver- und
Entriegeln, so dass man diesen Vorgängen zwei verschiedene
HomeMatic-Kanäle zuordnen könnte. Aus dieser Aufgabenstellung heraus
entstand der HM-Sen-EP. Mit ihm ist es nun also möglich, die Garage
zusammen mit dem Auto über dessen Fernbedienung zu öffnen. Die
Verknüpfung vom Kontrollblinken der Zentralverriegelung und dem Öffnen
des Garagentores birgt allerdings ein paar Probleme: Nachdem man aus der
Garage gefahren ist, möchte man das Garagentor wieder schließen, ohne
das Auto wieder zu verriegeln. Normales Blinken während der Fahrt könnte
u. U. dazu führen, dass das Garagentor ungewollt und unbemerkt geöffnet
wird. Und was tun, wenn man die Zentralverriegelung unabhängig vom
Garagentor benutzen möchte? Diese Probleme können jedoch zum Teil mit
Hilfe der HomeMatic- Zentrale gelöst werden, aber dazu später mehr.
Gerade in dieser sicherheitsrelevanten Anwendung kommen die
diesbezüglichen Stärken des HomeMatic-Konzepts zum Tragen – die
Datenübertragung erfolgt nicht nur bidirektional mit
Empfangsbestätigung, sondern gleichzeitig auch verschlüsselt mit dem
derzeit wohl sichersten Verschlüsselungsstandard AES, der u. a. auch bei
WLAN-, WPA-2- (Wi-Fi) und SSL-Verschlüsselung eingesetzt wird. Mehr
dazu finden Sie unter http://de.wikipedia.org/wiki/Advanced_Encryption_
Standard. Damit übertrifft das System in puncto Sicherheit die bei
weitem meisten Garagentor-Öffnungssysteme auf dem Markt. Selbst ein
elektronisches Abhören der Funk-Signale würde einen Angreifer aufgrund
des verwendeten Challenge- Response-Verfahrens nicht zum Erfolg führen.
Doch zurück zu unserem eigentlichen Projekt. Wahlweise kann der
HM-Sen-EP ohne großen Programmier- und Installationsaufwand von der
Lichthupe, dem Bremslicht oder anderen Beleuchtungseinrichtungen
angesteuert werden. Dabei verhält sich der HM-Sen-EP ähnlich wie ein
HomeMatic- Funk-Handsender mit 2 Tasten mit den Vorteilen, dass er nicht
wie dieser vergessen oder verloren werden kann, nicht in Ablagefächern
liegt und während der Fahrt klappert und auch nicht in diesen Fächern
gesucht werden muss, wenn er gebraucht wird. Da er nicht direkt bedient
werden muss, kann er auch unsichtbar im Auto verschwinden – und nur der
Autobesitzer weiß, mit welchen Signalen er seine Garage öffnen kann. Ein
wichtiger Aspekt auch unter dem Blickwinkel des Autofahrers, dessen
Garage einen direkten und meist kaum besonders gesicherten Zugang zum
Haus hat. Die sonst bei der Fernbedienung vorhandenen Tasten werden beim
HM-Sen-EP Kanäle genannt und können anders als ein
Fernbedienungs-Tastenpaar separat angelernt werden. Dabei ist Kanal 1
mit einer Einschaltdauer von 1 Sekunde für das Ansteuern eines
Garagentores vorgesehen (Taster) und Kanal 2 mit einer Einschaltdauer
von 3 Minuten z. B. für eine Außenbeleuchtung.Installation
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| Bild
1: So findet man die Leitungen, die an die Rückleuchte gehen.
Rückleuchte und Stecker befinden sich meist hinter Abdeckungen. |
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| Bild 2: Auch die Leitungen zu den vorderen Scheinwerfern sind meist leicht zu finden. |
Für
die Lichthupe bietet sich ein Ort in der Nähe der vorderen Scheinwerfer
(Abbildung 2) an. Bei der Unterbringung des Sensors im Motorraum ist
allerdings darauf zu achten, dass der HM-Sen-EP vor Feuchtigkeit
geschützt werden muss, also entweder wasserdicht einpacken oder an einem
garantiert trockenen Ort platzieren. Der HM-Sen-EP sollte aber nicht in
der Nähe des Sicherungskastens montiert werden, auch wenn hier mit
Sicherheit die benötigte Leitung zu finden ist. Hohe Ströme in
Leitungen, die in unmittelbarer Nähe des HM-Sen-EP verlaufen, können vom
Sensor fälschlicherweise erfasst werden. Die vielen Leitungen im Umfeld
des Sicherungskastens können außerdem die Funkreichweite einschränken.
Generell sollte der HM-Sen-EP so platziert werden, dass die Antenne
nicht direkt an Metallteilen anliegt oder zu dicht von Metallteilen
abgeschirmt wird.
Richtwerte für die Empfindlichkeit des Sensors sind:
ca. 1 W (ca. 100 mA) → 10 Windungen ca. 10 W
(ca. 1 A) → 1 Windung ca. 100 W
(ca. 10 A) → 3 cm Abstand
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| Bild 3: So wird die Leitung um den Sensor gelegt und mit dem Kabelbinder gesichert. |
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| Tabelle 1: Leitungsfarben vieler deutscher Kfz-Hersteller (außer BMW) |
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| Bild
4: Um die benötigte Leitung aus dem Kabelbaum herauszulösen, ist dessen
Mantel auf ca. 10 cm zu entfernen bzw. zurückzustreifen |
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| Bild
5: So wird die gewünschte Leitung aus dem Kabelbaum herausgenommen und
mit dem Kabelbinder zu einer Schlaufe fixiert. Rechts ist bei einem
weiteren Beispiel zu sehen, dass hier die Leitungen für Fernlicht und
Blinker rechts zu einer Schlaufe zusammengefasst wurden |
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| Bild 6: Hier ist die Leitung um den Sensor gelegt |
Der
HM-Sen-EP muss nun geöffnet (mit 2 Schrauben auf der Rückseite) und die
vorbereitete Schlaufe um den Sensor geführt werden, wie es in Abbildung
6 zu sehen ist. Der Kabelbinder soll sich als Zugentlastung später im
Inneren des Gehäuses befinden. Vor dem Schließen des Gehäuses sind noch
die Batterien polrichtig entsprechend dem Platinenaufdruck einzulegen.
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| Bild
7: Das Gehäuse des Funk-Sensors wird geschlossen und das Gerät sicher
und trocken untergebracht, hier hinter der Frontschürze, geschützt vor
Spritzwasser und unsichtbar. Da die meisten Teile in diesem Bereich aus
Kunststoff bestehen, wird auch die Funkreichweite nicht merkbar
eingeschränkt. |
Bedienung
Eine
vollständige Beschreibung der Bedienung ist in der mit dem Gerät
mitgelieferten Bedienungsanleitung zu finden. Im Folgenden werden daher
lediglich einige Besonderheiten und Eigenschaften erläutert, in denen
sich der HM-Sen-EP von einem normalen HomeMatic-Funk-Handsender
unterscheidet.Blinkfolgen
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| Bild 8: Je Sequenz sind maximal 5 Pulse inklusive Pulspausen möglich. |
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| Bild 9: Die Kanalparameter des HM-Sen-EP auf der Bedienoberfläche der HomeMatic-Zentrale in der Experten-Ansicht |
Der
HM-Sen-EP speichert beim Anlernen einer Sequenz für jeden seiner beiden
Kanäle die Zeiten der 5 Pulse einer Sequenz und dazu einen
Toleranzwert. Dabei handelt es sich um Kanalparameter, die, wenn
vorhanden, auch auf der Benutzeroberfläche der HomeMatic-Zentrale
erscheinen. Für den Betrieb des HM-Sen-EP ist eine HomeMatic-Zentrale
nicht zwingend erforderlich. Die Abbildung der Kanalparameter auf der
Bedienoberfläche der HomeMatic-Zentrale (Abbildung 9) dienen hier nur
zur Verdeutlichung des Funktionsprinzips.
In dem in Abbildung 9 gezeigten Beispiel gilt:
Kanal 1 → einmal Blinken
mit dem Puls-Eintrag:
1. Zeit ein Kanal
2 → zweimal Blinken
mit den Puls-Einträgen:
1. Zeit ein
2. Zeit aus
3. Zeit ein
Es gibt auch andere Möglichkeiten, wie z. B.:
Kanal 1 → kurz, lang Blinken / Kanal 2 → lang, kurz Blinken
Beliebige
Kombinationen aus bis zu dreimal Blinken sind möglich. Jeder der bis zu
5 Puls-Einträge kann dabei bis ca. 4 Sekunden lang sein.
Wenn
der HM-Sen-EP eine Sequenz erkannt hat, sendet er den zugehörigen
Schaltbefehl nicht unmittelbar danach. Es gibt zuvor noch eine Pause,
deren Länge sich aus der Summe des längsten Pulses und der Toleranz
ergibt. Diese Pause ist erforderlich, um eine Sequenz genauer
identifizieren zu können. Im genannten Beispiel mit einmal Blinken für
Kanal 1 und zweimal Blinken für Kanal 2 würde ohne diese Pause immer nur
Kanal 1 reagieren, weil einmal Blinken in zweimal Blinken enthalten
ist. Die Mindestlänge für diese Pause beträgt 1 Sekunde, damit die
Sequenz vom normalen Blinken der Blinker (Fahrtrichtungsanzeiger)
während der Fahrt unterschieden werden kann. Diese Funktion macht es
auch möglich, das Senden eines Schaltbefehls nach dem Erkennen einer
Sequenz im Nachhinein noch zu unterbinden, indem ein oder mehrere
weitere Pulse erzeugt werden. Hat man den HM-Sen-EP z. B. auf das
Kontrollblinken der Zentralverriegelung angelernt und möchte die
Zentralverriegelung benutzen, ohne dass der HM-Sen-EP einen Schaltbefehl
sendet, kann man die Zentralverriegelung zweimal direkt hintereinander
betätigen. Das zweite Kontrollblinken führt dann dazu, dass der
HM-Sen-EP die Sequenz für ungültig erklärt und keinen Schaltbefehl
sendet. Generell sollte man für sicherheitsrelevante Funktionen, wie z.
B. das Öffnen von Türen und Toren, möglichst lange Sequenzen mit kleinen
Toleranzen verwenden. Einfache Sequenzen mit großen Toleranzen könnten
ungewollt ausgelöst werden und damit z. B. ungewollt Türen und Tore
öffnen, solange sich der HM-Sen-EP innerhalb der Funkreichweite
befindet. Anlernen von Sequenzen
Nachdem
der HM-Sen-EP installiert ist, kann an jedem der beiden Kanäle eine
Sequenz angelernt werden. Alternativ kann man die gewünschte Sequenz
auch in den Kanalparametern auf der Bedienoberfläche der HomeMatic-
Zentrale eingeben oder verändern. Wenn der HM-Sen-EP an eine
HomeMatic-Zentrale angelernt ist, sollte er sich auch beim Anlernen der
Sequenz innerhalb der Funkreichweite der Zentrale befinden, weil er die
aktualisierten Kanalparameter direkt nach dem Anlernen an die Zentrale
überträgt. Für das Anlernen einer Sequenz an einen Kanal des HM-Sen-EP
gilt:
Aufrufen:
- Kanaltaste (1 oder 2) lang drücken
Signalisierung durch Status-LED:
- grünes Leuchten: Sequenz ist leer, erster Durchlauf
- oranges Leuchten: weiterer Durchlauf zum Bestimmen der Toleranz
Beenden:
- wenn nicht der erste Durchlauf, nach Sequenz und ca. 4 Sek. Pause
oder
- nach ca. 20 Sek.
oder
- nach Tastendruck
Während
die Status-LED leuchtet, muss also die gewünschte Sequenz ausgeführt
werden (z. B. Lichthupe oder Zentralverriegelung betätigen). Mittels
einer Wiederholung der Sequenz bei orange leuchtender Status-LED wird
die Toleranz bestimmt. Die Toleranz kann auch nachträglich noch
angepasst werden. Dazu wird der oben beschriebene Anlernvorgang erneut
durchgeführt. Die Status-LED leuchtet dann sofort orange, und die
Sequenz muss wiederholt werden. Der HM-Sen-EP speichert die maximale
Abweichung der einzelnen Pulslängen gegenüber den gespeicherten
Pulslängen als neuen Toleranz-Wert. Anschließend werden die Mittelwerte
der Pulse in der Sequenz gespeichert. Abbildung 10 illustriert die
beschriebenen Abläufe nochmals.
|
| Bild 10: Die resultierende Pulslänge und der Toleranzbereich zweier Anlern-Durchläufe |
Falls
ein Kanal des HM-Sen-EP nicht mehr genutzt werden soll, kann man eine
bereits angelernte Sequenz löschen. Auch wenn eine Sequenz grundlegend
verändert werden soll, ist die bereits gespeicherte Sequenz zunächst zu
löschen. Für das Löschen einer Sequenz von einem Kanal des HM-Sen-EP
gilt:
Schritt 1:
- Kanaltaste (1 oder 2) lang drücken
- Signalisierung durch Status-LED:
oranges Leuchten – Sequenz ist nicht leer
Schritt 2:
- Kanaltaste erneut lang drücken
- Signalisierung durch Status-LED:
- grünes Leuchten – Sequenz ist leer
Beenden:
- nach ca. 20 Sek.
oder - nach Tastendruck
Direkte Verknüpfung
Wenn
keine HomeMatic-Zentrale vorhanden ist oder die Verknüpfungspartner
außerhalb der Reichweite der Zentrale liegen, muss der HM-Sen-EP direkt
mit seinen Partnern verknüpft werden. Mit direkten Verknüpfungen ist es
auch möglich, beispielsweise einen Aktor zu Hause (z. B. Garagentor) und
einen Aktor bei der Arbeit (z. B. Tor zum Firmengelände) anzusprechen,
wenn sich der HM-Sen-EP in der jeweiligen Funkreichweite befindet. Der
HM-Sen-EP konfiguriert den Parameter „ON_TIME“ (Einschaltdauer) eines
jeden direkt angelernten Verknüpfungspartners am Ende des
Anlernvorganges automatisch um. Wie bereits erwähnt, ist Kanal 1 mit
einer Einschaltdauer von 1 Sekunde für das Ansteuern eines Garagentores
vorgesehen (Taster) und Kanal 2 mit einer Einschaltdauer von 3 Minuten
z. B. für eine Außenbeleuchtung. Außerdem wird die Authentifizierung mit
AES-Verschlüsselung beim Verknüpfungspartner von Kanal 1 eingeschaltet.
Auch ohne HomeMatic-Zentrale kann man also den Partner des HM-Sen-EP
durch die Wahl des passenden Kanals beim direkten Anlernen dem
gewünschten Verwendungszweck anpassen.Einbindung in HomeMatic-Programme
|
| Bild 11: Das HomeMatic-Programm Torsteuerung mit Neigungssensor |
|
| Bild 12: Das HomeMatic-Programm Torsteuerung mit Neigungssensor und fallweise separater Zentralverriegelung |
Schaltbefehl per Taste senden
Zu
Versuchszwecken sendet der HM-Sen-EP den Schaltbefehl eines Kanals
außer nach dem Erkennen der zugehörigen Sequenz auch nach einem kurzen
Tastendruck auf die jeweilige Kanaltaste (1 oder 2). Im nächsten Teil
beschreiben wir die Schaltung und den Nachbau.Achtung!
Es
ist genauestens darauf zu achten, dass nach dem Einbau weder der
HM-Sen-EP noch die Leitungen in oder an bewegliche oder heiße Teile des
Kfz geraten können. Im Motorraum ist insbesondere auf Riemen, Lüfter und
die Abgasanlage zu achten. Außerdem dürfen durch den HM-Sen-EP keine
Lufteinlässe versperrt werden. Es ist weiter darauf zu achten, dass der
HM-Sen-EP auch durch Erschütterungen und während der Fahrt wirkende
Beschleunigungs-, Verzögerungs- und Fliehkräfte nicht in oben genannte
Teile geraten kann. Der HM-Sen-EP ist als Bausatz nicht im Bereich der StVZO zugelassen.
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- HomeMatic Funk-Sensor HM-Sen-EP für elektrische Impulse Teil 1/2
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