24V Unterputz-Einsatz für Präsenz- und Bewegungsmelder mit Insta Elektronik (Gira und Jung).
Dieser Artikel beschreibt den Eigenbau und die technischen Grundlagen eines 24V Unterputzeinsatzes für Bewegungs- und Präsenzmelder der Marken Gira und Jung. Somit ist es möglich, diese Geräte ohne Umwege an 24V DC zu betreiben. Neben den standardmäßigen Ausgang zum Schalten der Beleuchtung, steht ein weiterer Ausgang, der bei erkannter Bewegung aktiv ist, zur Verfügung. Dieser eignet sich für WC-Lüfter und ähnliche Funktionen.Alle Erkenntnisse wurden durch Beobachten eines vorhandenen Relaiseinsatzes (1201URE) der Firma Jung herausgefunden und stellen meinen derzeitigen Wissensstand über diese Geräte dar. Diese müssen weder vollständig noch richtig sein. Folgende Geräte laufen seit Mitte 2013 erfolgreich im Dauereinsatz:
- Jung Präsenzmelder Standard
- Jung Automatikschalter Universal 1180-1
- Jung Automatikschalter Universal 1280-1
Motivation.
Einige meiner Freunde bauen zur Zeit ihr Eigenheim und setzen dabei bei der Gebäudeautomatisierung auf eine „SPS-artige“ Steuerung von Loxone. Diese bietet bei einem vernünftigen Preis-Leistungs-Verhältnis jede Menge Komfort. Die Eingänge sind SPS-typisch für 24VDC ausgelegt und somit müsste man die Bewegungsmelder, welche nur für 230VAC verfügbar sind, mit Hilfe von Koppelrelais anbinden oder auf nicht zum Schalterprogramm passende Wächter ausweichen. Andere Wächter zu verwenden, schied aus optischen Gründen von vornherein aus und gegen die Netzspannungsversion sprachen folgende Punkte:
- Schaltgeräusch der Relaiseinsätze
- Kosten der Relaiseinsätze und Koppelrelais
- zusätzlicher Platzbedarf im Verteiler für die Koppelrelais
Somit kramte ich einen kompletten Bewegungsmelder samt Relaiseinsatz aus der Restekiste im Büro und beobachtete die Signale auf der Schnittstelle zwischen den Beiden. Heraus kamen einige interessante Erkenntnisse und ein komplett selbst entwickelter Unterputzeinsatz.
Kompatible Aufsätze.
- Berker (light Control) AUSGELAUFEN, durch Hager Elektronik ersetzt:
- BLC Wächter 1,1 m (1783xxxx)
- BLC Wächter Komfort 1,1 m (1784xxxx)
- BLC Wächter 2,2 m (1788xxxx)
- BLC IR Wächter Komfort 2,2 m mit Handsender (1789xxxx)
- BLC Wächter 2,2 m (1786xxxx)
- BLC Wächter Komfort 2,2 m (1787xxxx)
- BLC Deckenwächter 360° (170111)
- Gira (System 2000):
- Automatikschalter Standard-Aufsatz (1300xx)
- Automatikschalter Komfort-Aufsatz (0661xx)
- Automatikschalter 2 für hohe Einbauzone Standard-Aufsatz (2301xx)
- Automatikschalter 2 für hohe Einbauzone Komfort-Aufsatz (2302xx)
- Automatikschalter für hohe Einbauzone Standard-Aufsatz (1301xx)
- Automatikschalter für hohe Einbauzone Komfort-Aufsatz (0671xx)
- Automatikschalter 360° (2270xx)
- Präsenzmelder Komfort-Aufsatz (0317xx)
- Jung (Lichtmanagement):
- Automatik-Schalter Standard (x1180xx)
- Automatik-Schalter Universal (x1180-1xx)
- Automatik-Schalter Standard Linsentyp 2,2m (x1280xx)
- Automatik-Schalter Universal Linsentyp 2,2m (x1280-1xx)
- Decken-Automatik-Wächter (DAW360xx)
- Präsenzmelder Universal (PMU360xx)
Technische Grundlagen.
Alles hier beschriebenen Funktionen wurde durch Beobachtung der Schnittstelle zwischen einem Jung 1-Kanal Relaiseinsatz (1201URE) und einem Automatikschalter Universal (AS1180-1WW) herausgefunden. Welche eventuellen alternativen Funktionen manche Pins bieten, kann ich zum derzeitigen Zeitpunkt nicht sagen.
| Pin | Richtung | Signal | Beschreibung |
|---|---|---|---|
| 1 | Ausgang | Takt | 50Hz -5V |
| 2 | Ausgang | Versorgung | +12V |
| 3 | Ausgang | Masse | |
| 4 | Eingang | Bewegung, Licht Ein | Bewegung: 30ms; Licht Ein: 80ms; +5V |
| 5 | Ausgang | ??? | 22kΩ gegen Masse |
| 6 | Eingang | Licht Aus | Licht Aus: 3x 80ms; +5V |
Detailbeschreibung der einzelnen Pins.
Pin 1: Der Relaiseinsatz stellt ein 50Hz Rechtecksignal mit -5V zur Verfügung, bei Nebenstelleneinsätzen (1223NE) ist dieses Signal nicht vorhanden. Ohne diesem Taktsignal gibt der Bewegungsmelder auf Pin 4 und 6 kein Lichtsignal aus, das Bewegungssignal auf Pin 4 ist jedoch vorhanden. Da Nebenstellen normalerweise helligkeitsunabhängig Arbeiten, macht dieses Verhalten sinn. Wird dieses Signal auf -5V gezogen, kann der Bewegungsmelder extern angetriggert werden.
Pin 4: Der Bewegungsmelder stellt hier dem Unterputzeinsatz zwei
verschiedene Informationen zur Verfügung.
Bewegung: Wird eine Bewegung erkannt, gibt der Bewegungsmelder einen 30ms langen
Impuls aus, bei permanenter Bewegung wird dieser mindestens alle 5s wiederholt,
bei der neueren Gerätegeneration (1280) geschieht dies in kürzeren Abständen.
Licht Ein: Wird bei unterschrittener Helligkeitsstufe eine Bewegung erkannt, so
sendet der Bewegungsmelder einen 80ms langen Impuls an den Unterputzeinsatz
damit dessen Relais anzieht.
Die Signale an diesem Pin sind, vor allem bei den neuen Geräten, nur sehr
schwach belastbar.
Die Signalpegel liegen bei 0V LOW und +5V HIGH.
Pin 5: Die Funktion diese Pins ist mir nicht klar. Im originalen Relaiseinsatz liegt dieser Pin über einen 33kΩ Widerstand an Masse und über 47kΩ an einem Pin des Mikrocontrollers, welcher permanent LOW ist. Eventuell wird er für andere Aufsätze oder die Nebenstelleneingänge benötigt.
Pin 6: Findet keine Bewegung mehr statt und die am Bewegungsmelder
eingestellte Nachlaufzeit ist abgelaufen, treten an diesem Pin drei Impuls mit
80ms Länge auf, um das Licht aus zu schalten.
Die Signale an diesem Pin sind, vor allem bei den neuen Geräten, nur sehr
schwach belastbar.
Die Signalpegel liegen bei 0V LOW und +5V HIGH.
Hardware Version 1.1.
Technische Daten.
- Versorgungsspannung: 24VDC ±10%
- 2 Ausgänge High-Side-schaltend max. 100mA
- Ausgang 1 (Bewegung): helligkeitsunabhängig bei Bewegung mit 6 Sekunden Nachlaufzeit
- Ausgang 2 (Licht): helligkeitsabhängig bei Bewegung mit am Bewegungsmelder einstellbarer Helligkeit und Nachlaufzeit
- Platine passend für originales Gehäuse des Nebenstelleineinsatzes (Jung 1223NE)
Schaltung.
Um den Aufwand für die Erzeugung der negativen Spannung für das Taktsignal zu sparen, wird das Massepotential des Bewegungsmelders um 5V über die des Unterputzeinsatzes gelegt. Somit können die beiden benötigten Spannungen, mit minimalen Aufwand mittels Linearregler, aus der 24V Versorgung gewonnen werden. Die 5V für die Versorgung des Mikrocontrollers stellen für den Bewegungsmelder die Masse dar. Die 17V ergeben somit die 12V Versorgungsspannung für den Bewegungsmelder.
Durch die Verschiebung des Massepotentials, ergeben sich für die Eingangssignale auf Pin 4 und 6 folgende Spannungen:
- LOW: +5V (1,76V)
- HIGH: +10V (3,53V)
Welche mittels Spannungsteiler auf für den Controller bekömmliche Werte
reduziert werden, siehe Werte in Klammer.
Die Widerstandswerte sind aufgrund der geringen Strombelastbarkeit der
Bewegungsmelderausgänge absichtlich so hoch gewählt.
Da normalerweise SPSen und ähnliche Steuerungen als digitale Eingangssignale geschaltene +24V erwarten, werden die beiden Ausgangssignale (Bewegung und Licht) mit Hilfe von einer NPN-PNP-Transistor-Kombination gewandelt. Der BCR10PN ist zwar nicht besonders lötfreundlich, jedoch für diesen Zweck perfekt geeignet. Er enthält beide Transistoren inklusive aller nötigen Widerstände und ist nebenbei auch noch extrem günstig. R10 und R11 sollen, bei eventuell an den Ausgängen auftretenden Kurzschlüssen, die Ströme begrenzen und können je nach Anwendungsfall in den Werten variiert oder überbrückt werden. Die beiden Dioden D1 und D2 dienen als Freilaufdioden, falls Relais geschalten werden.
Layout.
Das Platinenlayout entstand unter Zeitdruck und ist sicherlich verbesserungswürdig. Der Bauteilmix aus bedrahteten und SMD-Bauteilen begründet sich darin, dass der Großteil der Bauteile bei mir vorrätig war und somit nur wenig zugekauft werden musste.
Als Gehäuse verwendete ich den Jung 3-Draht-Nebenstelleneinsatz (1223NE), dies ist leider die „günstigste“ Version um an etwas passendes zu kommen. Von diesem wurden auch K1, K4, K5 und K6 übernommen. Als K3 kommt eine Einzelklemme von Conrad (731838-62) zur Anwendung.
Fotos.
Download.
Schaltplan, Layout, FirmwareHardware Version 2.1.
Die zweite Version der Schaltung ist entstanden, aufgrund der vielen Anfragen von Forumsmitgliedern, ob ich noch Platinen übrig hätte und abgeben würde. Daher entschloss ich mich zu einem Redesign und konzipierte die Schaltung als Bausatz. Der "Kunde" soll nur mehr die bedrahteten Bauteile verlöten und die mechanische Endmontage vornehmen müssen. Die SMD-Bauteile sowie die Programmierung des Controllers wird von mir übernommen.Bei Interesse, bitte ich euch, mir eine Mail zu schicken.
Technische Daten.
- Versorgungsspannung: 24VDC ±10%
- Stromaufnahme: max: 20mA (ohne Last)
- 2 Ausgänge High-Side-schaltend max. 15mA (strombegrenzt, kurzschlussfest)
alternativ: High-Side-, oder Low-Side-schaltend max.75mA (nicht kurzschlussfest)- Ausgang 1 (Bewegung): helligkeitsunabhängig bei Bewegung mit 6 Sekunden Nachlaufzeit
- Ausgang 2 (Licht): helligkeitsabhängig bei Bewegung mit am Bewegungsmelder einstellbarer Helligkeit und Nachlaufzeit
Schaltung.
Die
Schaltung wurde größtenteils von der Version 1.1 übernommen und unterscheidet
sich nur in wenigen Details davon. Hauptsächlich wurde darauf geachtet, dass die
Schaltung leichter aufzubauen ist, auch von Leuten, die SMD-Löten nicht mögen
oder können, was mir etwas unverständlich ist. Daher wurde der nicht besonders
lötfreundliche BCR10PN gegen Standardtransistoren getauscht. Hierdurch wurde
auch die Möglichkeit geschaffen, die Ausgangsstufe High- oder Low-Side zu
schalten und eine Kurzschlussfestigkeit (nur High-Side) zu erreichen. Durch das
Zusammenspiel des 150Ω und 1,5kΩ Widerstandes begrenzt der Transistor, den
Ausgangsstrom, auf etwa 17mA. Was sich bei den ersten Tests als sehr praktisch
heraus stellte, da man an die Ausgänge direkt Standard-LEDs anschließen kann. In
der Version 2.1 wurde die 5V Spannungsversorgung überarbeitet. Da der Aufsatz
seine Masse auf der 5V Versorung des Controllers erhält und der 78L05 nur Strom
liefern kann um seine Ausgangsspannung konstant zu halten, kam es
vereinzelt zu einem leichten Anstieg der 5V Spannung. Um dieses Problem zu
beseitigen wurde nun eine Zener- Diode verwendet. Layout.
Das
Layout wurde komplett überarbeitet, einerseits da das bisher verwendete Gehäuse
durch ein modifiziertes Vergussgehäuse (Hammond 1596B107) ersetzt wurde und
andererseits wurde auf die Verwendung von SMD-Bauteilen weitgehend verzichtet,
mit Ausnahme der Keramikkondensatoren und des Mikrocontrollers.Aufbau.
Hier will ich noch ein paar allgemeine Dinge zum Aufbau los werden.
Da beim Layout auf eine Programmierbuchse für den Mikrocontroller verzichtet wurde und aufgrund der höheren Stückzahl, eine effektive Möglichkeit zur Programmierung und Test benötigt wurde, habe ich mir einen kleine Adapterplatine gebaut. Mit den gefederten Prüfnadeln, wird der Controller kontaktiert. Die beiden Holzstreifen dienen als Auflage und Anschlag. Der AVR-Dragon oder genauer gesagt mein Dragon-Protect (Schutzschaltung für den Dragon und seriell-USB-Wandler), übernimmt die Stromversorgung. Im ersten Schritt werden, mittels Script, die Firmware und die Fuses programmiert. Als Software verwende ich „ATPROGRAM.EXE“ von Atmel, da diese mit der aktuellen Dragon-Firmware kompatibel ist und sich super per Script steuern lässt. Nach erfolgreicher Programmierung, testet der am Programmieradapter installierte ATTINY2313 alle Funktionen des soeben programmierten Controllers und zeigt das Ergebnis auf den LEDs an. Somit sollten Lötfehler und defekte Controller zuverlässig erkannt werden.
Da die originalen Buchsen zur Kontaktierung des Bewegungsmelders etwas schmäler sind, als Standardbuchsen, wurde bei den verwendeten Buchsen (K1) auf beiden Seiten je 0,2mm abgefräst, dies ist nötig, da die Führung am Bewegungsmelder sehr schmal ist und ansonsten auf der Buchse klemmt.
Für die Bearbeitung der Gehäuse wurde eine „Vorrichtung“ zum Ausrichten gefräst, der Holzklotz sieht zwar nicht besonders gut aus, funktioniert allerdings hervorragend. Die Gehäuse sitzen spielfrei und lassen sich schnell weiter drehen um alle drei Seiten ohne große Pause zu bearbeiten. Einspannen ist nicht notwendig. Festhalten reicht vollkommen aus, da der 1,2mm Fräser ohnehin keine großen Kräfte übertragen kann.
Fotos.
Fotos von der Serienversion:
Download.
Schaltplan, Layout, FirmwareAufbau- und Bedienungsanleitung des Bausatzes HW-Version 2.1
Firmware.
Die Firmware wurde in Bascom geschrieben und ist für alle Hardwareversionen identisch.Der Controller läuft am Watchdog-Takt mit 128kHz und Timer 0 weckt ihn alle 10ms aus dem Schlafmodus auf, danach durchläuft er einmal die Hauptschleife.
In dieser liest er die Eingangsspannung von ADC2 (Pin 4: Licht Ein, Bewegung) und inkrementiert einen Zähler wenn ein HIGH-Pegel anliegt, bei LOW wird verglichen ob es sich um einen langen (80ms) oder einen kurzen (30ms) Impuls gehandelt hat. Bei einem langen Impuls wird der Licht-Ausgang gesetzt, bei einem Kurzen der Zähler für die 6s Ausschaltverzögerung des Bewegungs-Ausganges gesetzt. Die 6s sind notwendig um bei permanenter Bewegung (vom Bewegungsmelder kommen im 5s-Takt kurze Impulse) ein permanentes Ein-/Aus- Schalten zu unterdrücken.
Anschließend wird die Spannung an ADC3 (Pin 6: Licht Aus) gelesen und wenn ein langer Impuls anlag, wird der Licht-Ausgang auf LOW gesetzt.
Im nächsten Schritt wird der Zähler für die Ausschaltverzögerung des Bewegungs-Ausganges ausgewertet, ist dieser 0 ist der betreffende Ausgang LOW.
Abschließend wird für den 50Hz Takt der Ausgang getoggelt, der Watchdog reseted und der Controller wieder schlafen gelegt.
Lizenzen.
- Die Hardware und deren Dokumentation, sind als Open Hardware Projekt konzipiert und lizenziert. Die zur Anwendung kommende Lizenz, ist die TAPR Open Hardware License in der Version 1.0 oder höher. Die Lizenz kann unter http://www.tapr.org/OHL heruntergeladen werden und regelt die Weitergabe, Veränderung und Haftung des Produktes.
- Die Firmware des Mikrocontrollers ist als Open Source konzipiert und lizenziert. Die zur Anwendung kommende Lizenz, ist die GNU General Public License in der Version 2.0. Die Lizenz kann unter http://www.gnu.de/documents/gpl-2.0.en.html heruntergeladen werden und regelt die Weitergabe, Veränderung und Haftung der Firmware.
Links.
- Artikel auf www.mikrocontroller.net
- Forumsbeitrag auf www.mikrocontroller.net
* Alle Bilder und Downloads sind auf www.mikrocontroller.net gehostet und auf meinem dortigen Artikel verlinkt.
Kommentare.
Kommentare (182)
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Danke für Deine tolle Arbeit.
FRAGE: funktioniert denn die Schaltung auch mit einem Gira Sensotec Bewegungsmelder?
siehe: http://katalog2.gira.de/de_DE/datenblatt.html?id=633139und hier ein Foto der Elemente:
https://dl.dropboxusercontent.com/u/10991790/20151202_172615.jpg
Danke für die Anfrage. Ich kenne die Sensotec nicht, da allerdings ein eigener Unterputz-Einsatz dabei ist, befürchte ich, dass es nicht funktioniert.
Christian
Ja schon, aber es scheint so zu sein, dass die Sensotec Melder eigene Einsätze haben, die nicht mit den normalen Einsätzen kompatibel sind, zumindest ist in den Gira Unterlagen nichts zu finden, was auf eine Kompatibilität deutet. Man müsste sich mal einen Sensotec Melder ansehen und auf Kompatibilität testen. Hast du einen, den du mir zur Verfügung stellen kannst?
Christian
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.: Willkommen
Auf meiner privaten Homepage, mit allerlei Infos zu technischen Spielereien und Hobbies..: News
10.03.2019Projektvorstellung: In Entwicklung: 24V Bewegungsmelder Einsatz die neuen Insta Melder.
Ich würde für ein Projekt ebenfalls deinen Bausatz benötigen. Kannst du mir ein Angebot für 2 Bausätze machen?
Gruß, Stefan