Transcript universell programmierbare ISM-Funk

Kurzpräsentation
universell programmierbare
ISM-Funk-Fernschaltmodule
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Kontakt:
Ing.Büro für Elektronik und
Mikroprozessortechnik
Obereiberg 41
87499 Wildpoldsried
Tel. 08304 / 931 73
Fax. 08304 / 931 74
http://www.funkmodul.com
[email protected]
Einleitung
Anwendungen im lizenzfreien ISM-Band (433 MHz, 868 MHZ und 2,4GHz) werden
zunehmend vom Markt gefordert. Dabei beschränkt sich die Mehrzahl der
Applikationen auf einfachste Schaltanwendungen, wie z.B. Torsteuerungen,
Bedienpulte, Statusanzeigen usw.).
Projekte mit hohen zu erwartenden Stückzahlen werden in der Regel komplett in
Eigenregie einer Firma bewältigt. Bei kleinen bis mittleren Stückzahlen, oder auch
bei Produkten, deren Marktakzeptanz sich schwer einschätzen läßt, greift man
sinnvollerweise auf fertige Komponenten zurück.
Handsender bietet der Markt hierzu variantenreich an. Auch Empfänger kann man
zu jedem Handsender beziehen, doch genau hier liegt die Schwäche solcher
fertigen Lösungen. In den seltensten Fällen wird ein Empfänger genau den
Wünschen des Kunden gerecht. Entweder sind die Ausgänge ungeeignet (Relais
anstatt TTL, nur Schließer anstatt Wechsler, usw.) oder die Funktion ist
ungeeignet (nur Tastfunktion anstatt einer Timerschaltung, nur „An“ oder „Aus“
anstatt Wechselschaltung usw...) oder er ist schlichtweg zu groß! In den
allermeisten Fällen wird daher eine Zusatzschaltung notwendig sein, welche die
gewünschten Funktionen und Ausgangseigenschaften zur Verfügung stellt. Oder
man konstruiert sich seinen eigenen Empfänger (das Blockschaltbild eines
Empfängers ist auf der nachfolgenden Seite ersichtlich).
Der Vorteil des hier vorgestellten Funkmoduls ist die erstaunliche Einfachheit, mit
welcher derart einfache Funkschaltlösungen ohne nennenswerten
Entwicklungsaufwand realisiert werden können.
Blockschaltbild eines Empfängers
Antenne
1.
2.
3.
4.
HFDemodulation
Daten Decodierung
Funktions Beschreibung
Aktoren
- HF-Modul
- Decoder IC
- EinSchalter
- Relais
Eigenentwicklun
g
- Mikrocontroller
- Ausschalter
- TTL
Wechselschalter
- Open Collector
- Timerfunktion
- Tastfunktion
- Optokoppler
- High-Side-Treiber
Erläuterung des vorigen Blockschaltbildes:
Zur HF-Demodulation kann auf fertige Demodulatoren, die z.B. als Hybridmodule angeboten werden,
zurückgegriffen werden. Diese bieten den Vorteil, daß man sich bezüglich der Hochfrequenz-Behandlung
keine näheren Gedanken machen muß. Oder man entwickelt den HF-Empfangskreis selbst und führt
anschließend die Prüfung und Zertifizierung nach den gültigen Normen durch.
Die Datendecodierung erfolgt meist mit fertigen Decoder-Bausteinen, da deren entsprechende Encoder
häufig in gebräuchlichen Handsendern zu finden sind. Eine Encodierung im Sender sowie die zugehörige
Decodierung im Empfänger sind notwendig, um Schaltsignale von unterschiedlichen 433MHz-Sendern klar
trennen zu können. Sendecodes können theoretisch beliebig lang gewählt werden, in der Regel weisen Sie
jedoch eine Bitlänge von 8 bis zu 40 Bit auf.
Als Hersteller für standardisierte Encoder/Decoder haben sich vor allem Holtek und UMC etabliert.
Eine weitere Möglichkeit der Dekodierung besteht in der Datenentschlüsselung über einen Mikrocontroller.
Hier ist man nicht nur auf einen Sende-Encoder fixiert, sondern kann bei Bedarf per Softwareanpassung
auch individuelle Codes verarbeiten. Diese Lösung ist zwar universeller, aber meist mit einem MaterialMehrpreis und zusätzlichem Entwicklungsaufwand verbunden.
Eine Funktionsbeschreibung ist abschließend notwendig.
Hier wird entschieden, welche Funktion der empfangenen Code ausführen soll.
Dazu einige Beispiele:
- ein Einschaltsignal oder ein Ausschaltsignal (z.B. für Licht an bzw. aus per 2-Kanal
Handsender).
- ein mehrkanaliges Tastsignal (z.B. Hubstützen-Steuerung, 2 Stützen auf und ab, solange der
entsprechende Code gesendet wird, etwa über ein 4-Kanal-Hand-Sendeterminal).
- eine Zeitfunktion (z.B. Hofbeleuchtung an für 6 Minuten).
- eine Kombination aus verschiedensten Funktionen an verschiedenen Ausgängen.
Je komplexer die Funktion(en) wird (werden), desto umfangreicher wird die erforderliche Schaltung.
Über die Aktoren wird die ausgeführte Funktion ausgegeben.
Das können je nach Anforderung TTL-Pegel, Optokoppler, Relais, Transistoren o.ä. sein.
Aus der Zielsetzung heraus, möglichst viele Varianten dieser Funktionsblöcke in
einer kompakten Einheit zu integrieren, ist das R433A4-Modul entstanden.
Es beinhaltet bereits die Funktionsblöcke 1 bis 3 und Varianten des 4. Blocks:
4 Ausgänge.
Vielseitig miteinander kombinierbar.
Als OpenCollector und gleichzeitig
mit TTL-Pegeln verfügbar.
Interne Spannungsregelung:
Für +5VDC oder 7,5..30VDC
Universelles Empfangsmodul 28-Pin
HF-Demodulation
AM 433,92MHz
Jederzeit neu konfigurierbar
über Windows-PC.
R433A4
Gehäuse: 40x15x19mm (LxBxH)
Datendecodierung
für bis zu 4 Empfangscodes
(1..40 Bit Codelänge)
Funktionsbeschreibung
Je Empfangscode 5 Funktionen wählbar:
Ein, Aus, Wechsel, 1:1, Timer (10ms..36h)
Anwendungsbeispiel
Wie einfach es ist, ein Funksystem mit dem R433A4-Modul zu realisieren, soll folgendes
Beispiel zeigen:
Man möchte eine Anwendung realisieren, welche mit einem gegebenen Standard-4-KanalHandsender gesteuert werden soll. Dieser Handsender beinhaltet den UM3750-Encoder von
UMC und ist somit problemlos mit dem R433A4-Empfängermodul einsetzbar.
Beispiel: 4-Tasten-Handsender
Aufgabe:
An einem Gebäude sollen 3 Verbraucher über einen Funk-Handsender gesteuert werden.
Der erste Verbraucher ist ein Magnetventil, welches das Außenwasser eines Hauses
abriegelt. Dieses soll solange öffnen, wie man die entsprechende Taste am Handsender
drückt (z.B. zum Blumengießen).
Der zweite Verbraucher ist ein Garagenlicht, welches wie über einen Licht-Wechselschalter
gesteuert werden soll. Der dritte Verbraucher ist eine Hofbeleuchtung. Diese soll wie über
ein Zeitrelais automatisch 3 Minuten nach Aktivierung wieder selbständig ausschalten.
Da man nun pro Verbraucher eine Taste des Handsenders nehmen kann, bleibt noch eine
Taste übrig.
Mit dieser soll es dann möglich sein, Garagenlicht und Hofbeleuchtung gleichzeitig sofort
auszuschalten.
Lösung:
zunächst zeichnet man sich den Schaltplan. Da es sich ausschließlich um
Leistungsverbraucher handelt, wird man als Aktoren Relais mit Freilaufdioden verwenden,
welche über die Open-Collector-Ausgänge des R433A4-Moduls angesteuert werden. Da das
Modul eine interne Spannungsregelung besitzt, reicht es vollkommen die Versorgung über
einen einfachen Trafo mit Gleichrichter bereitzustellen.
Zudem wird noch eine Wurfantenne am Antennenpin des R433A4 vorgesehen und die
Hardware ist vollständig!
Beispiel Schaltplan
Es ist an Hardware nichts weiter notwendig. Jetzt muß das Funkmodul nur noch auf die
gewünschten Funktionen programmiert werden. Dazu wird es in einen Programmiersockel
eingesetzt (es wäre auch möglich, das Modul in-circuit zu programmieren, d.h. eingesetzt in
der Applikationsschaltung.
Dann startet man die Windows-Software am PC und konfiguriert das Modul mit allen
gewünschten Funktionen!
Funkmodul, eingesetzt in den Programmiersockel
Windows-Oberfläche
Auswahl des Handsenders und
Einstellung der Codierung
Einstellung der 4 gewünschten Funktionen (jeder Code entspricht einer Taste)
Übertragung der Einstellungen
in das R433A4-Funkmodul
Funkmodul in Applikationsschaltung eingesteckt.
(Beispiel mit 4 Relais)
Das Funksystem muß nur noch angeklemmt werden und ist danach sofort Betriebsbereit. Wird
später eine Modifikation der eingestellten Funktionen gewünscht, so muß das Modul lediglich mit
den neuen Einstellungen erneut programmiert werden.
Eine aufwendige Revision einer Schaltlogik bzw. Firmwareanpassung ist mit dieser Lösung nie
notwendig.