universell programmierbare ISM-Funk-Fernschaltmodule

1. Kontakt:Ing.Büro für Elektronik undMikroprozessortechnikObereiberg 4187499 WildpoldsriedTel. 08304 / 931 73Fax. 08304 / 931 74http://www.funkmodul.cominfo@funkmodul.com Kurzpräsentation universell programmierbare ISM-Funk-Fernschaltmodule

2. 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.

3. Blockschaltbild eines Empfängers Antenne 1. 2. 3. 4. HF-Demodulation Daten -Decodierung Funktions -Beschreibung Aktoren - HF-Modul - Eigenentwicklung - Decoder IC - Mikrocontroller - EinSchalter - Ausschalter - Wechselschalter - Timerfunktion - Tastfunktion - Relais - TTL - Open Collector - Optokoppler - High-Side-Treiber

4. 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 Material-Mehrpreis 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.

5. 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 Jederzeit neu konfigurierbar über Windows-PC. Universelles Empfangsmodul 28-Pin R433A4 Gehäuse: 40x15x19mm (LxBxH) HF-DemodulationAM 433,92MHz FunktionsbeschreibungJe Empfangscode 5 Funktionen wählbar:Ein, Aus, Wechsel, 1:1, Timer (10ms..36h) Datendecodierungfür bis zu 4 Empfangscodes(1..40 Bit Codelänge)

6. 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-Kanal-Handsender 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.

7. 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

8. 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

9. Windows-Oberfläche Auswahl des Handsenders und Einstellung der Codierung

10. Einstellung der 4 gewünschten Funktionen (jeder Code entspricht einer Taste) Übertragung der Einstellungen in das R433A4-Funkmodul

11. Funkmodul in Applikations- schaltung 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.