Christians Technikseite RS-485-Busankoppler

Einiger meiner Freunde baute vor einiger Zeit sein Eigenheim und setzte dabei bei der Gebäudeautomatisierung auf eine „SPS-artige“ Steuerung von Loxone. Diese bietet bei einem vernünftigen Preis-Leistungs-Verhältnis jede Menge Komfort. Da die IO-Erweiterungen bei der benötigten Menge schnell teuer werden und die Verkabelung ausartet, suchten wir nach einer alternativen Möglichkeit um Taster mit ihren integrierten LEDs und ein paar Temperatursensoren an die Steuerung zu koppeln. Die Verwendung von KNX-Tastern wäre brauchbar, wenn auch nicht besonders günstig. Somit wurde wieder einmal mein Entwicklertrieb geweckt.

Technische Grundlagen.

Die Schaltung wurde für die Anbindung von sogenannten SPS- oder Elektronik- Tastern entwickelt. Diese Taster beinhalten bis zu 8 Taster und 8 LEDs in der Baugröße eines herkömmlichen Schalters. Somit können viele Funktionen ohne riesiger Schalterbatterien an den Wänden, übersichtlich realisiert werden. Bei dem Projekt wurden die Jung 4248TSM verbaut, diese Taster haben 8 Taster mit gemeinsamen Wurzelkontakt und 8 LEDs (24V 1mA) mit gemeinsamer Masse. Ähnliche Taster gibt es auch von anderen Herstellern. Beim Betätigen sowie beim Loslassen einer Taste wird ein Telegramm erzeugt, dies ermöglicht der übergeordneten Steuerung eine Auswertung der Länge des Tastendrucks. Die Temperaturmessung wird durch einen MCP9701 erledigt. Dieser gibt eine zur Temperatur proportionale Spannung aus (V = 0,4V + Temperatur (in °C) * 0,0195), die absolute Genauigkeit ist mit ± 2K zwar nicht besonders gut, doch dies lässt sich in der übergeordneten Steuerung kompensieren. Ist ein Temperatursensor am Busankoppler angeschlossen, wird der aktuelle Messwert im 5 Minuten-Takt übertragen. Es gibt noch einen Reserveeingang, welcher als digitaler oder analoger Eingang verwendet werden kann, mögliche Einsatzzwecke wären Feuchtefühler, IR-Empfänger, ...

Übertragungsprotokoll

Das Übertragungsprotokoll wurde bewusst einfach gehalten, auch wenn dadurch keine 100%ig zuverlässige Übertragung garantiert werden kann. Bisherige Tests mit mehr als 20 Tastern in einem Wohnhaus, zeigte allerdings keine störenden Ausfälle. Lediglich bei der Ansteuerung der LEDs sollte man mit Umsicht arbeiten und keine wilden Blinkorgien oder Lauflichter realisieren, da dies den Bus unnötig belastet und die Gefahr von Datenkollisionen oder Verlusten steigt.

Grundsätzlicher Telegramaufbau:

Busbefehle:

Hardware.

Technische Daten.

Schaltung.

Die 5V Versorgung der Komponenten wird von einem Schaltregler aus der 24V Versorgungsspannung generiert. Der Controller läuft mit 4Mhz, welche von einem Resonator erzeugt werden, dessen Genauigkeit reicht aus um eine stabile Kommunikation zu gewährleisten.

Eingänge: Die 8 digitalen Eingänge werden von den Pull-Up-Widerständen auf +5V gehalten und müssen von den externen Tastern auf Masse gezogen werden. Die beiden analogen Eingänge (derzeit nur einer programmiert für den Temperatursensor) können 0V bis 5V verarbeiten. Die Anschlussleitungen sollten nicht länger als 30cm sein, um keine Störungen einzufangen, da keine weiteren EMV-Maßnahmen getroffen wurden.

Ausgänge: Die 8 digitalen Ausgänge werden 24V- seitig geschalten. Der MIC5891 ist ein Schieberegister mit integrierten High-Side-Treibern und für diese Aufgabe perfekt geeignet. Die beiden Widerstände R4 und R5 dienen der Strombegrenzung, falls ein ausgangsseitiger Kurzschluss auftreten sollte. Die Anschlussleitungen sollten nicht länger als 30cm sein, um keine Störungen einzufangen.

Layout.

Die Platine ist fast vollständig mit SMD- Bauteilen bestückt, um die Abmessungen möglichst gering zu halten. Der Einbau erfolgt in ein modifiziertes Vergussgehäuse (Hammond 1596B107) und ermöglicht den Einbau in einer Schalterdose hinter dem eigentlichen Taster. Die Verbindung zu den Tastern, LEDs und dem Temperatursensor, erfolgt mit etwa 12cm langen Flachbandleitungen, welche durch MicroMatch-Stecker mit der Platine verbunden werden. Dies ermöglicht einen unkomplizierten Anschluss der Peripheriegeräte. Ich habe bei meinen Platinen die Buchse K3 (ISP-Anschluss) nie bestückt, zum Programmieren verwende ich einen passenden Pfostenverbinder, der etwas verspannt in die durchkontaktierten Bohrungen gesteckt wird, die Verbindung reicht zum Programmieren des Controllers. Buchse S1 wird ebenfalls nicht bestückt, da diese im Normalfall ebenfalls nur 1x, beim vergeben der Busadresse, benötigt wird. Hier verwende ich einen Drahtbügel, kleine Zange oder sonstiges.

Fotos.

Firmware.

Initialisierung.

Hauptschleife.

Programmiermodus:

alle 500µs:

alle 10ms:

alle 60s:

alle 300s:

Interrupts.

Timer0:

Empfang auf der seriellen Schnittstelle:

Bedienung.

Grundprogrammierung des Mikrocontrollers.

Programmierung der Busadresse.

Ändern der Firmware über den RS485-Bus.

Einbindung in Loxone.

In den unten gezeigten Beispielen hängen die Taster über einen seriellen Server am Loxone und werden daher per UDP-Befehle angesteuert. Bei Verwendung der RS485-Extension gelten die Einstellungen sinngemäß.
Ab der Loxone Firmware 6.xx empfehle ich die Verwendung der Loxone RS485-Extension, da seit dieser Version die UDP-Schnittstelle des Miniservers, bei schnellen Befehlsfolgen, nicht mehr zuverlässig funktioniert.

Tastereingänge.

Die Tastereingänge werden als analoge Eingänge konfiguriert. Dies liegt darin begründet, dass es nur so möglich ist, die 1 im Telegramm als EIN und die 0 als AUS zu interpretieren. Bei der Auswertung als digitale Eingänge müsste man je einen Eingang für Ein und einen für Aus anlegen. Diese würden bei jeder Erkennung einen kurzen Impuls liefern, welcher über ein RS-Flip-Flop in ein brauchbares Signal verwandelt werden müsste. Dies spart man sich alles durch den analogen Trick.
Im Bild rechts sieht man die Einstellungen für die erste Taste des Tasters "A".

Temperatureingänge.

Die Temperatureingänge werden als klarer weise als analoge Eingänge konfiguriert. Wichtig ist die Vorzeichenerkennung und die richtige Skalierung.
Im Bild rechts sieht man die Einstellungen für den Temperatursensor des Tasters "B".

LED-Ausgänge.

Die LEDs werden über den Befehl bei EIN und Befehl bei AUS angesteuert.
Im Bild rechts sieht man die Einstellungen für die erste LED des Tasters "A".

Lizenzen.

Download.

Kommentare.

Kommentare (11)

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Henry (Deutschland) sagt...

Hallo Christian,
wie kann ich eine Verbindung zwischen 2 Busankopplern ziehen? Soweit ich gesehen habe gibt es nur 2 Klemmen für den Busanschluß und keine weiterführenden Buchsen.
Kann man das Modul auch mit dem 5248 TSM von Jung betreiben?

Wie teuer ist ein RS485 Busankoppler und kann man diesen bei Ihnen beziehen? Ist dieser dann schon fertig gelötet oder bieten Sie diesen nur als Bausatz an?

Mit freundlichen Grüßen
Henry Juhl

Admin:

Hallo Henry.
In jede Klemme passen zwei Drähte bis max. 0,8mm Durchmesser, somit kann man von einem Taster zum nächsten verkabeln.
Mit den neuen Jung Tastern sollte es auch funktionieren, allerdings muss die + und die - Klemme an den Tastern auf Masse gelegt werden.

Das Projekt dient eigentlich mehr als Nachbauanleitung und es ist eigentlich nicht Platinen zu verkaufen (noch nicht von dieser Version). Die reinen Bauteilkosten liegen bei etwa 25,- inkl. Platine und Gehäuse. Schick mir ansonsten einfach mal ein E-Mail, vielleicht lasse ich mal wieder ein paar Platinen fertigen, dann kannst du auch welche haben.

Christian