FS20-Funk-Universal-Empfänger FS20 UE1
Aus ELVjournal
06/2008
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Technische Daten
Schaltausgang | wahlweise Open-Collector- oder potentialfreier Relaisausgang |
Open-Collector-Ausgang | 42 V/100 mA |
Relaisausgang | DC max. 42 V/bis 30 V 12 A,
AC max. 30 V 6 A,
wahlweise Öffner oder Schließer (1 x Um) |
Empfangsfrequenz | 868,35 MHz |
Modulation | AM |
Reichweite | bis 100 m (Freifeld) |
Anzeigen | LED für Programmierung und Status |
Programmierung/Konfigurierung | über Taster auf der Platine oder
extern anschließbare Taster |
Steuereingang | externer Taster |
Spannungsversorgung | 5–24 VDC |
Stromaufnahme | <6 mA ohne Relais, <50 mA mit Relais |
Platinenabmessungen | mit Schaltrelais 95 x 24 mm,
ohne Schaltrelais 54 x 24 mm |
Dieses
kompakte FS20-Schaltmodul ist für den Empfang von Fernschaltbefehlen
des Funk-Fernschaltsystems FS20 und die individuelle Einbindung in
eigene Anwendungen konzipiert. Das Modul zeichnet sich durch geringe
Abmessungen aus und kann wahlweise mit einem Leistungs-Schaltrelais oder
als Open-Collector-Variante genutzt werden.Allgemeines
Mit
dem FS20-Universal-Empfänger FS20 UE1 steht eine weitere interessante
Komponente für das FS20-Haussteuerungs-System zur Verfügung. Dieser
universelle Empfänger zeichnet sich durch eine besonders kleine Bauform
aus und ist ausgangsseitig wahlweise als Open-Collector-Variante oder
mit einem leistungsfähigen Schaltrelais einsetzbar. Dadurch bieten sich
vielfältige Einsatzmöglichkeiten für die individuelle Einbindung in
eigene Anwendungen bei Nutzung beliebiger Fernschaltsender aus dem
FS20-System. Der Schaltausgang arbeitet wahlweise als „Dauerkontakt“
oder wird für eine programmierbare Einschaltdauer (1 Sek. bis 4,5 Std.)
aktiviert. Ein Funk-Schaltsystem, wie es das FS20-System darstellt, ist
in seiner Funktionsvielfalt so breit angelegt, dass man tatsächlich
nahezu alle denkbaren Fernschalt- und Steueraufgaben ausführen kann, vom
einfachen Einschalten bis hin zu komfortablen Steuerungen. Im
FS20-System lassen sich beispielsweise auch Kurzzeit-Einschalt- Timer
programmieren. Ein so programmierter Schalter schaltet sich nach der
eingestellten Zeit (1 Sek. bis 4,2 Std.) automatisch wieder ab.
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Bild 1: Einige FS20-Sender-Beispiele, die zur Steuerung des FS20 UE1 geeignet sind. |
Der
hier vorgestellte Empfänger ist für den Einsatz in eigenen,
individuellen Lösungen gedacht, und die Ansteuerung kann durch alle
beliebigen Sender des FS20-Systems erfolgen. Neben verschiedenen
Handsendern können die Schaltbefehle von Bewegungsmeldern, Wandsendern,
UP-Schaltern usw. kommen. Abbildung 1 zeigt einige Beispiele der
verwendbaren Fernbedienungen und FS20-Sender.
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Bild 2: Die Platine kann entlang der perforierten Linie in zwei Hälften getrennt werden. |
Bei
der Konstruktion wurde besonderer Wert auf kleine Abmessungen des
Moduls gelegt. Wenn kein Relaisausgang, sondern nur eine
Open-Collector-Variante genutzt werden soll, kann der Platinenbereich
zur Aufnahme des Schaltrelais einfach entlang einer perforierten Linie
(Abbildung 2) abgebrochen werden
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Bild 3: In der Open-Collector-Variante zeichnet sich das Modul durch besonders geringe Abmessungen aus. |
Aufgrund
der kompakten Abmessungen (54 x 24 mm ohne Relais bzw. 95 x 24 mm mit
Relais) eröffnen sich vielfältigste Anwendungsmöglichkeiten in
unterschiedlichsten Anwendungsbereichen für das Modul. Abbildung 3 zeigt
das Modul, wenn es als Open-Collector-Variante zum Einsatz kommen soll,
und Abbildung 4 mit Schaltrelais. Neben dem Einsatz für eigene, völlig
individuelle Steuerungen kann das Modul auch als Ersatz für veraltete
oder defekte Fernbedienungseinrichtungen dienen.
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Bild 4: Komplette Empfangseinheit mit Schaltrelais |
Aufgrund
der offenen Bauweise dürfen die Kontakte des Relais mit max. 42 VDC/30
VAC beschaltet werden, obwohl das Relais selber zum Schalten von
Netzspannung mit bis zu 16 A Strombelastbarkeit zugelassen ist. Um den
Schaltzustand kontrollieren zu können, verfügt das Modul über eine
Anzeige-LED. Des Weiteren kann parallel zur Fernbedienung auch eine
drahtgebundene Steuerung des Schaltzustands vor Ort erfolgen. Wie
bereits erwähnt, arbeiten die Schaltausgänge wahlweise als
„Dauerkontakt“ oder werden für eine programmierbare Einschaltdauer (1
Sek. bis 4,25 Std.) aktiviert. In der Open- Collector-Variante wird der
Ausgang für die programmierte Zeit nach Masse gezogen, und mit
bestücktem Relais zieht das Relais für die programmierte Zeit an. Der
FS20-Universal-Empfänger verfügt über einen weiten
Versorgungsspannungsbereich. Ohne Schaltrelais darf die
Versorgungsspannung zwischen 5 V und 24 V liegen und mit Schaltrelais
sind wahlweise 12 V oder 24 V zur Modulversorgung möglich. Durch die
nahtlose Einordnung in das FS20-Adresssystem mit seinen umfangreichen
Adressierungsmöglichkeiten ist zudem die Störsicherheit gegenüber
einfach codierten Systemen deutlich erhöht. Ein weiterer Vorteil
gegenüber vielen einfachen Systemen ist die hohe Reichweite von bis zu
100 m (Freifeld). Und wem die Reichweite aufgrund baulicher Gegeben
heiten beeinträchtigt ist (bzw. dicke Stahlbetonwände müssen überwunden
werden), der kann mit dem zum FS20-Sys tem lieferbaren Repeater des
Systems die Reichweite verdoppeln.
Wir warnen jedoch
ausdrücklich davor, als Laie direkt in netzbetriebene Geräte
einzugreifen, dies muss dazu ausgebildeten Elektrofachleuten vorbehalten
bleiben.
Für derartige Anwendungen stehen zudem fertige
Steuergeräte im FS20-System zur Verfügung (z. B. die FS20-Funk-
Schaltsteckdose FS20 ST).
Funktion und Bedienung
Für
die Steuerung des Schaltmoduls stehen zwei Betriebsarten zur Verfügung:
Die einfache Ein-/Aus-Steuerung bewirkt das wechselseitige Ein- oder
Ausschalten des Schaltausgangs nach Betätigen der jeweils zugeordneten
Taste der Fernbedienung oder der drahtgebundenen Auslösung am
Schaltmodul. Dabei bleibt der Ausgang so lange im gewählten
Schaltzustand, bis ein weiterer Schaltbefehl erfolgt. Der Timer-Betrieb
ermöglicht das zeitgesteuerte Schalten des Schaltausgangs, d. h., nach
dem Einschalten wird nach einer programmierbaren Zeit (1 Sek. bis 4,25
Std.) automatisch ausgeschaltet. Innerhalb dieser Betriebsart ist
zusätzlich noch eine Umschaltung auf dauerhaftes Einschalten des Kanals
möglich. Die sicher häufigste Bedienart wird die per Funk-Fernbedienung
sein, bei Bedarf (und zur Programmierung) kann das Schaltmodul aber auch
über den Taster auf der Platine oder den Taster-Eingang am Modul
bedient werden. Am Taster- Eingang sind zur Programmierung und direkten
Bedienung beliebige Taster oder andere Kontakte (z. B. Reed-Kontakte)
anschließbar. In der Regel wird die Programmierung sicherlich mit Hilfe
des Tasters auf der Leiterplatte vorgenommen. Der weite
Betriebsspannungsbereich von 5 VDC bis 24 VDC in der
Open-Collector-Variante bzw. wahlweise 12 VDC oder 24 VDC in der
Variante mit bestücktem Relais erlaubt eine besonders einfache
Integration in unterschiedlichste Anwendungen.Einordnung in das Adresssystem
Der
FS20-Universal-Empfänger ist voll in das FS20-Adresssystem, das aus bis
zu vier unterschiedlichen Adresstypen besteht, integrierbar. Jeder
Empfänger kann auf eine Einzel- Adresse, eine Funktionsgruppen-Adresse,
die lokale Master- Adresse und die globale Master-Adresse reagieren. Der
Empfänger reagiert im Auslieferzustand auf keinen Funkbefehl und ist
erst, wie weiter unten beschrieben, auf mindestens einen Adresstyp zu
programmieren. Durch die Möglichkeit, den Empfänger auf bis zu 4
unterschiedliche Adresstypen zu programmieren, kann der Empfänger
gleichzeitig mehreren Gruppen oder Sendern zugeordnet sein. Dazu ist
lediglich die folgend beschriebene Adresszuweisung entsprechend zu
wiederholen. So kann man im Speicher des Schaltmoduls bis zu vier
Adressen bzw. Adresstypen ablegen. Voraussetzung hierfür ist jedoch,
dass an den verschiedenen Fernbedienungen der gleiche Hauscode und
unterschiedliche Adresstypen eingestellt sind. Zum Programmieren der
Adresse ist die Bedientaste auf der Modulplatine oder ein im Bedarfsfall
extern angeschlossener Taster länger als 5 Sekunden zu betätigen. Die
Kontroll-LED beginnt jetzt zu blinken und signalisiert damit, dass sich
der Empfänger im Programmiermodus befindet. Auf der zugehörigen, für das
gesamte Adresssystem bereits vorprogrammierten Fernbedienung ist nun
lediglich eine Taste (Ein oder Aus) zu betätigen. Hat das Schaltmodul
den Code empfangen, stellt die LED das Blinken ein und die
Adresszuweisung ist bereits abgeschlossen. Da ein EEPROM auf dem Modul
einmal programmierte Daten netzausfallsicher mindestens 10 Jahre
speichert, kann die Programmierung auch bequem außerhalb des
Einsatzortes erfolgen, wenn das Schaltmodul später (eventuell schwer
erreichbar) zum Einsatz kommen soll. Soll eine Adresse bzw.
Fernbedienung aus der Liste des Empfängers gelöscht werden, so ist im
Programmiermodus die bisher zugeordnete Taste auf der Fernbedienung
länger als 0,4 Sekunden zu betätigen.Timer
Der
Timer ist ganz ohne Bedienvorgänge am Schaltmodul selbst
programmierbar. So kann man ihn jederzeit komplett von der Fernbedienung
aus neu programmieren. Die gewünschte Timer-Laufzeit ist sehr einfach
programmierbar – einfach beide Tasten des zugeordneten Tastenpaares der
Fernbedienung gleichzeitig für 1 bis 5 Sekunden drücken. Damit startet
man die Zeitmessung für die gewünschte Einschaltzeit. Nach Ablauf dieser
Zeit sind die beiden Tasten erneut für 1 bis 5 Sekunden zu drücken, und
die Timer-Zeit ist programmiert. Der Timer-Lauf ist dann entweder durch
kurzes Drücken der Bedientaste am Schaltmodul oder der rechten Taste
des zugeordneten Tastenpaares der Fernbedienung zu starten. Bei Bedarf
ist der Timer-Lauf vorzeitig abschaltbar (Taste am Modul erneut bzw.
linke Taste des Tastenpaares der Fernbedienung drücken). Dann schaltet
der Schaltausgang sofort ab. Andererseits ist auch trotz aktiviertem
Timer die bereits erwähnte Dauereinschaltung, also ein temporäres
Ignorieren der Timer-Zeit, möglich, indem man die rechte Taste des
Fernbedienungs- Tastenpaares länger als 0,4 Sekunden drückt. Alternativ
kann man diese Dauereinschaltung auch durch längeres Drücken der
Bedientaste am Schaltmodul auslösen (sofern sich der Schaltausgang noch
im Aus-Zustand befindet). Beim nächsten „normalen“ kurzen
Einschaltbefehl steht dann wieder die programmierte Timer-Funktion zur
Verfügung. Will man die Timer-Funktion wieder deaktivieren, um das
Ausschalten per Hand steuern zu können, aktiviert man zunächst die
Timer-Programmierung: beide Tasten des Tastenpaares der Fernbedienung
gleichzeitig für 1 bis 5 Sekunden drücken, die zugehörige
Kontroll-Leuchte am Schaltmodul blinkt. Nun ist die Bedientaste am Modul
selbst kurz zu drücken, und mit dem folgenden Erlöschen der LED ist der
Timer deaktiviert.Zurücksetzen
Bei
Bedarf besteht die Möglichkeit, sämtliche Programmierungen auf einen
Schlag zu löschen. Dies kann wegen einer neuen Nutzungsart ebenso
notwendig werden wie etwa bei einer verloren gegangenen Fernbedienung.
Dazu ist das Schaltmodul wieder in den Adress-Programmiermodus zu
versetzen, also die Bedientaste für mehr als 5 Sekunden zu betätigen,
bis die LED auf der Platine blinkt. Dann ist lediglich die Bedientaste
am Schaltmodul nochmals kurz zu betätigen (bzw. der Taster-Eingang zu
aktivieren) – die Kontroll-LED erlischt. Damit ist der Empfänger
zurückgesetzt und reagiert wie am Anfang zunächst auf keinen Funkbefehl
mehr.Schaltung
Herzstück
des in Abbildung 5 dargestellten Hauptschaltbildes des
FS20-Funk-Universal-Empfängers FS20 UE1 ist der Mikrocontroller IC 1.
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Bild 5: Hauptschaltbild des FS20-Universal-Empfängers |
Der
Mikrocontroller empfängt die vom HF-Empfangsmodul HFE 1 kommenden
Funk-Protokolle direkt an Port 1.0. Die ankommenden Daten werden vom
Controller gemäß dem FS20-Protokoll decodiert. Wurde ein gültiger Befehl
empfangen, so löst der Controller den Schaltvorgang an Port 2.0 aus.
Der Elko C2 dient zur Versorgungsspannungspufferung direkt am Funkmodul.
Das Schaltsignal gelangt dann über den Spannungsteiler R 5, R 6 auf die
Basis des Schalttransistors T 1. Dieser Transistor arbeitet wahlweise
als Open-Collector-Transistor, oder im Kollektorkreis befindet sich das
Leistungs-Schaltrelais REL 1. Mit Schaltrelais kannn das Modul wahlweise
mit 12 V oder 24 V Versorgungsspannung arbeiten. Der Widerstand R 2
wird nur bei 24-V-Betrieb benötigt und bei 12 V durch eine Drahtbrücke
ersetzt. D 2 verhindert eine Gegeninduktionsspannung an der Relaisspule.
An Port 1.1 erfolgt die Tasterabfrage, wobei die Bauteile R 1 und C 3
zur Störunterdrückung dienen. Erkennt der Controller eine
Tastenbetätigung (Taster auf der Modulplatine oder externer Taster), so
wechselt der Schaltausgang sofort den Zustand, und die Kontroll-LED D 3
zeigt den aktuellen Zustand an. R 8 dient dabei zur LED-Strombegrenzung.
Bei längerer Tastenbetätigung wechselt der Controller in den
Programmiermodus, um auf eine neue Funk-Adresse eingestellt zu werden.
Die Speicherung einer neu programmierten (empfangenen) Adresse erfolgt
sofort im EEPROM IC 2. Die Kommunikation zwischen EEPROM und
Mikrocontroller erfolgt über den I2C-Bus (angeschlossen an Port 3.1 bis
3.3 des Mikrocontrollers). Die Widerstände R 3 und R 4 dienen dabei als
„Pull-ups“. Im EEPROM bleiben alle programmierten Daten auch bei
Spannungsausfall nahezu unbegrenzt (>10 Jahre) sicher gespeichert. Der
im Mikrocontroller integrierte Taktoszillator ist extern ausschließlich
mit dem Keramikschwinger Q 1 beschaltet. Für einen definierten
Power-on-Reset und definiertes Verhalten bei zu geringer
Betriebsspannung sorgt der Reset-Baustein IC 3. Solange die
Betriebsspannung des Controllers unter 2,3 V liegt, bleibt dieser
definiert im Reset-Zustand. Die Betriebsspannung der Prozessorschaltung
und des Funkmoduls beträgt 3 V, die der Spannungsregler IC 4 in
Abbildung 6 ausgangsseitig liefert. 
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Bild 6: Spannungsversorgung des FS20-Universal-Empfängers |
Die
Versorgungsspannung des Moduls wird an ST 3 gegenüber Schaltungsmasse
(ST 4) angeschlossen. Über die Sicherung SI 1 und die
Verpolungsschutzdiode D 1 gelangt die Spannung auf den Pufferelko C 6
und den Eingang des Spannungsreglers IC 4. Die Kondensatoren C 7 bis C
10 dienen zur allgemeinen Stör- und Schwingneigungsunterdrückung.
Abbildung 7 illustriert die Möglichkeiten zur Anschaltung von Lasten. 
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Bild 7: Für die Anschaltung der Last an die Schaltung der FS20 UE1 gibt es verschiedene Möglichkeiten. |
Nachbau
Der
praktische Aufbau des Schaltmoduls ist recht einfach und schnell
erledigt, da größtenteils SMD-Komponenten zum Einsatz kommen und diese
bei ELV-Bausätzen bereits werkseitig vorbestückt sind. Es bleiben somit
kaum noch Bauteile, die von Hand zu bestücken sind. Wenn das Modul in
der Open-Collector-Variante verwendet werden soll, ist die Platine vor
der weiteren Bestückung entlang der perforierten Linie zu trennen, d.
h., der Platinenbereich zur Aufnahme des Schaltrelais wird einfach
abgebrochen (siehe Abbildung 2). Die Bestückungsarbeiten beginnen wir
mit den Elektrolyt- Kondensatoren, deren korrekte Polarität unbedingt zu
beachten ist. Gerade bei höherer Betriebsspannung können falsch gepolte
Elektrolyt-Kondensatoren explodieren. Nach dem Einsetzen und Verlöten
an der Platinenunterseite werden die überstehenden Drahtenden an der
Platinenunterseite direkt oberhalb der Lötstellen abgeschnitten. Die
Lötstellen selbst dürfen dabei nicht beschädigt werden. Wie auf dem
Platinenfoto zu sehen, wird der 868-MHz-Funkempfänger mit 3 Stiften
direkt auf die Mikrocontroller-Platine gelötet. Im Bedarfsfall sind auf
dem Relaisteil der Platine nur 3 Komponenten zu bestücken, wobei aber
auf eine besonders sorgfältige Verlötung zu achten ist. Das Schaltrelais
und die 3-polige Schraubklemme müssen unbedingt plan auf der
Platinenoberfläche aufliegen. Bei 24 V Versorgungsspannung ist der
Widerstand R 2 in stehender Position einzulöten, während bei
12-V-Betrieb an dieser Position einfach eine Drahtbrücke eingelötet
wird. Damit ist bereits der komplette Aufbau des FS20 UE1 abgeschlossen
und der Einbau in die dafür vorgesehene Anwendung kann erfolgen. Die
Verbindungen zum Modul wird über 1-adrig isolierte Leitungen
hergestellt, die auf ca. 4 mm Länge abisoliert, verdrillt, vorverzinnt
und dann in die entsprechenden Platinenanschlusspunkte gelötet werden.
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Platinenansicht von der Oberseite mit Bestückungsplan |

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Platinenansicht von der Unterseite (Prozessorseite) mit Bestückungsplan |
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