Fernsteuerung per Funk

Entfernt schalten …

Ein Hinweis vorab, bevor Sie weiterlesen: die FS20 Serie ist von ELV leider aus dem Programm genommen worden, der hier vorgestellte Teil der Steuerung ist demzufolge nicht mehr realisierbar.

Die Steuerung – oder zumindestens Teile davon – sollte auch mit einer Fernbedienung betätigt werden können, dies war eines meiner Prämissen im Kapitel Intro. Doch welche Technik ist hier geeignet?

Frühere Versuche von mir fanden auf Basis einer handelsüblichen Infrarot-Fernbedienung statt, die an einen einfachen IR-Empfänger am seriellen Port des PC sendete. Dies hatte auch leidlich gut geklappt, und der Aufwand war gering. Die Software jedoch belegt fast die gesamte Rechenzeit des PC, da sie ja ständig nachschauen musste, ob nun ein IR-Signal eingeht oder, wie zu 99.9% der Zeit, eben nicht. Damit war diese Art Fernbedienung untauglich. Ausserdem verschwand mit der Zeit der RS-232 serielle Port.

Ein weiterer Nachteil bestand darin, dass die Fernbedienung dann nur lokal begrenzt funktionierte, da der Empfänger in der Nähe sein muss. Genau diesen Nachteil hebt eine Funksteuerung auf. Nach einer Recherche hatte ich gefunden, was ich suchte: das FS20 Funksteuerungs-System der Firma ELV aus Deutschland. Dieses System bietet alles, was man für eine komplette Haussteuerung benötigt, und ich begann umgehend, damit zu experimentieren.

Für die Home Office Steuerung habe ich zunächst die in den folgenden Bildern gezeigten Module integriert, und erkläre das im folgenden genauer:

In diesem ersten Integrationsschritt geht es darum, mit einer Infrarot-Fernbedienung über das FS20 IRU Schaltbefehle an das 4-Kanal-Schaltmodul FS20 SM4 abzusetzen. Das FS20 IRU setzt Infrarot-Impulse in Funksignale um, womit jede Fernbedienung zum Funk-Steuergerät wird. Die FS20 SM4 verfügen über Open-Collector-Schaltausgänge, die entweder auf den Eingängen des Interconnection-Boards liegen, um darüber einzelne Relais anzusprechen, oder an den Eingängen des PC-Interface, um via Rechner Szenarien auszulösen. Das folgende Prinzipschema zeigt die Verdrahtungen:

Die Programmierung sowohl der FS20 IRU als auch der FS20 SM4 ist für eine erste Inbetriebnahme denkbar einfach. Es lohnen sich jedoch ein paar mehr Gedanken dazu, wenn man später weitere Module der sehr umfangreichen FS20 Palette in die Gesamtsteuerung integrieren möchte, oder gar eine Haussteuerung im grossen Stil aufbauen will.

Beschäftigen wir uns also mit dem FS20 Adress-System, danach mit der Programmierung der beiden obigen Module. Die FS20 Bausteine werden angesprochen durch eine Kombination der Zahlen 1 bis 4 für drei verschiedene Typen von Code:

  • Hauscode: der Hauscode ist die gemeinsame Adresse aller im Haus installierten FS20 Module, damit so etwas wie die Hausnummer. Der Code ist 8-stellig und ermöglicht den Betrieb von Funksystemen nebeneinander, z.B. in Nachbarhäusern, ohne gegenseitige Beeinflussung. Mit den Zahlen 1 bis 4 ist mein Hauscode: 1444 4441.
  • Adressgruppe: diese 2-stellige Adresse bezieht sich auf einen Teil der installierten Module, beispielsweise alle sich in einem Raum befindlichen Bausteine. Die Adressgruppe reicht von 11, 12 … 21, 22, … bis 43. Die 44 nimmt eine Sonderstellung ein (s.u.). Für meine Installation:
    • Keller, Büro: 11
    • Keller, Vorratsraum: 12
    • Erdgeschoss, Wohnzimmer: 21
    • Erdgeschoss, Terrasse: 22
    • 1. Etage, Elternschlafzimmer: 31
    • 1. Etage, Kinderzimmer li: 32
    • 1. Etage, Kinderzimmer re: 33
  • Unteradresse: dies ist die 2-stellige Einzeladresse eines FS20 Empfangsmoduls. Diese reicht von 11, 12 … 21, 22, … bis 43. Die 44 nimmt eine Sonderstellung ein (s.u.). Für meine Installation im Keller:
    • FS20 IRU, belegte Kanäle Taste 1 ..6: 21, 22, 23, 24, NN, NN

Ab jetzt sind alle Module einzeln ansprechbar. Das Programmiersystem ermöglicht darüberhinaus auch das Einstellen von mehreren Sendern auf einen Empfänger bzw. mehreren Empfängern auf einen Sender. Hierzu verwendet man wie folgt:

  • Einzeladresse: dies ist die Adresse jedes Empfängers nach obigem Schema.
  • Funktionsgruppen-Adresse: mit dieser Adresseinstellung können z.B. die Empfangsmodul, die die Lampen steuern, auf eine Taste der Fernbedieung eingestellt werden. Ein Knopfdruck schaltet alle Empfänger gleichzeitig. Alle Funktionsgruppen beginnen mit der Adressgruppe 44 (siehe Definition Adressgruppe oben), es sind 15 Funktionsgruppen von 4411 bis 4443 möglich.
  • Lokale Masteradresse: werden z.B. alle Empfänger in einem Raum mit dieser Adresse belegt, schaltet eine Fernbedienung gleichzeitig alle Geräte in diesem Raum ein oder aus. Der lokale Master wird aktiviert, indem nur die Empfänger-Unteradresse (siehe oben) auf 44 eingestellt wird. Somit sind wieder 15 Kombinationen denkbar, von 1144 bis 4344.
  • Globale Masteradresse: hiermit bedient ein Gerät alle Empfänger, die denselben Hauscode besitzen. Die globale Masteradresse hat immer die 4444 (Adressgruppe und Unteradresse je 44)

Zuletzt noch ein Tipp: Grundsätzlich macht es Sinn, sich für jedes Modul die Zahlenkombination zu notieren, vor allem, wenn man sie von Hand programmiert.

Nach soviel Theorie nun zur Praxis und zur Programmierung jedes einzelnen der verwendeten Module. Vorauszuschicken ist noch, dass jedes Modul mit doppelter Kanalzahl im Timermodus verwendet werden soll.

Das IRU Infrarotmodul wird wie folgt behandelt (vollständige Anleitung hier):

  1. Einstellen auf doppelte Kanalzahl (6 für die IRU): gleichzeitiges Betätigen der Tasten 2 und 3 für mindestens 5 s, die Kontroll-LED leuchtet kurz auf. Für Rücksetzung auf einfach Kanalzahl (3 für die IRU): Tasten 1 und 4 für mindestens 5 s, die Kontroll-LED leuchtet kurz auf.
  2. Timer-Programmierung bei doppelter Kanalzahl: die dem Kanal zugeordnete Taste ist zu drücken; die daneben liegende Taste gleichzeitig für 1 – 3 Sekunden drücken, wieder loslassen und dann die erste Taste auch loslassen. Kontroll-LED leuchtet kurz auf. Nachdem die gewünschte Timerzeit erreicht ist, wird der Vorgang wiederholt, dadurch die Timerzeit gespeichert.
  3. Adress-Programmierung für jeden Kanal: funktioniert wie die Timer-Programmierung, nur werden die beiden Tasten für 5 Sekunden gedrückt gehalten; die Kontroll-LED blinkt im Sekundentakt. Adressgruppe und Unteradresse werden mit den Tasten 1 bis 4 eingegeben.
  4. Hauscode einstellen: Tasten 1 und 3 so lange halten (ca. 5 Sek.), bis die Leuchtdiode D1 blinkt. Der 8-stellige Hauscode wird wieder mit den Tasten 1 bis 4 eingegeben. Nach Eingabe wird der Programmiermodus automatisch beendet.
  5. IR-Befehle lernen: zunächst den Kodierstecker J1 in die Position „IR-Prog“ stecken. Dann die zu programmierende Taste drücken, bis Kontroll-LED D5 leuchtet. Dann die korrespondierende Taste der IR Fernbedienung solange drücken, bis D5 verlischt. Am Ende des Programmierens den Kodierstecker wieder auf „Betrieb“ setzen.
  6. Reset in den Auslieferzustand: Tasten 2 und 4 gemeinsam mindestens 5 Sekunden drücken, festgehalten bis Kontroll-LED leuchtet. Tasten loslassen, danach Taste 2 oder 4 nochmals drücken, bis die LED verlischt.

Nun zum SM4 Schaltmodul (vollständige Anleitung hier):

  1. Adresse programmieren: Bedientaste (bzw. Kontakte) des ausgewählten Kanals länger als 5 s zu drücken. Die Kontroll-Leuchte blinkt, der Kanal ist programmierbereit. Jetzt auf der Fernbedienung die gewünschte Taste drücken bis die LED erlischt. Wichtig: der Sender muss vorher auf Hauscode und die unterschiedlichen Adresstypen (siehe oben) vorbereitet sein, da er die Adress-Informationen an das Schaltmodul sendet.
  2. Timer: Die Timer-Funktion wird über den Sender eingestellt, nicht am Schaltmodul. Hierfür sind am Sender beide Tasten, die den Schaltkanal ein- bzw. ausschalten, gleichzeitig für 1 – 3 Sekunden zu drücken. Die Zeitmessung ist gestartet, und wird gestoppt, indem die beiden Tasten wieder für diese Zeit gedrückt werden. Die Timerauslösung erfolgt dann über die rechte Taste, oder über die Kontakte am Schaltmodul selber.
  3. Kanal-Reset: sämtliche Programmierungen können pro Kanal gelöscht werden. Dazu die Kontakte des Kanals wieder für mehr als 5 Sekunden kurzschliessen (oder Taster daran) bis die Kontroll-LED blinkt. blinkt. Dann müssen die Kontakte nochmals kurz gebrückt werden, und der Kanal reagiert auf keinen Funkbefehl mehr.

Mit diesen Programmier-Methoden sind die beiden Schaltmodule im Büro jetzt voll im Einsatz. Hier noch die Belegung der Kanäle:

  • FS20 SM4 Baustein 2, Kanal 1: Szenario „Büro“
  • FS20 SM4 Baustein 2, Kanal 2: Szenrion „Kino“
  • FS20 SM4 Baustein 2, Kanal 3: Netzlaufwerk
  • FS20 SM4 Baustein 2, Kanal 3: Licht Bibliothek

Im folgenden wurde die Funksteuerung um weitere Module ergänzt, deren Beschreibung man hier findet.

Zum Abschluss des Kapitels stelle ich hier noch eine kleine Hardware-Zusatzschaltung vor, die die Steuerung per FS20 SM4 noch zuverlässiger macht. Wie zuvor beschrieben laufen alle Kanäle der Funkmodule im Timer-Modus, was im Zusammenspiel mit Interconnection-Board und PC-Interface absolut Sinn macht. Die Timer-Programmierung stellte sich damals – zu Beginn meiner Experimente – als nicht ganz so einfach heraus. Damit jeder Kanal ganz bestimmt wieder abschaltet, und nicht etwa (zu) lange aktiv bleibt und damit die anderweitigen Bedienelemente (Taster, PC-Interface, 2-Draht-Fernbedienung) blockiert, wird einfach die gesamte Platine in periodischen Abständen für kurze Zeit abgeschaltet. Das Prinzip zeigt diese Folie, und den Schaltplan das nächste Bild, im Anschluss daran die realisierte Platine:

Und abschliessend noch ein wenig Mathematik:

Das Verhältnis von Einschaltzeit zu Ausschaltzeit wird durch die Widerstände R18, R19 und dem Kondensator C1 wie folgt bestimmt:

ton [ns] = k * R18 * C1
toff [ns] = k * R19 * C1

Dabei gilt mit k = 0.69, R18 [kΩ] = 270k, R19 [kΩ] = 8.2k, C [pF] = 100’000’000pF (100μF):

ton [ns] = 0.69 * 270 * 100’000’000 = 18’630’000’000 ns = 18.63s
toff [ns] = 0.69 * 8.2 * 100’000’000 = 565’800’000 ns = 0.56s

Mit der obigen Timer-Schaltung lässt sich also ein zyklischer On-Off-Impuls von 19.19 Sekunden erzeugen.

Weiter zu Elektronik-Hardware - 2-Draht Fernsteuerung

Das ganze Kapitel muss nochmal überarbeitet und ergänzt werden, z.B. mit den FS20 Funksender / Empfänger ab PC, 4-Kanal-FB, FS20-IR Sender für Oberlicht etc., Hygrometer im grossen Keller, Heizungssteuerung im Office, Gartensteuerung, Sesselsteuerung, Roboterarm etc. Und natürlich mit dem Codesystem.