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Funktionsbeschreibung

Tatort der Entwicklungsarbeiten

Da die einzelnen Funktionen sehr komplex sind und ich im Bereich der Realisierung näher auf die einzelnen Themen eingehen möchte beschränke ich mich hier an dieser Stelle zunächst auf die reinen Umfänge meines Systems. Natürlich lasse ich mir es nicht nehmen nochmals explizit auf die Gefahr von Netzspannung hinzuweisen!

Für alle Interessierten sei an dieser Stelle auch auf meine Dokumentation verweisen, welche sich als 20 Mbyte großer Download im Bereich Dokumentation und Daten
befindet.

Im Folgenden wird der Leistungsumfang und die Teilfunktionalität beschrieben, welche ConvCtrl besitzt und dem Benutzer zur Verfügung stellt:

Hauptschalter
LCD-Display
- Menübedienung
- Anzeige von StartUp- und Statusmeldungen
- Anzeige von Messwerten und Logging-Daten
Tastatur
- Menüsteuerung
- Direkt-Steuerung der Beschattungsanlage (Auf / Zu / Stop)
- Direkt-Steuerung Wintergarten-Beleuchtung (Heller, Dunkler, Aus)
Sensorik
- Regensensor zur Detektion von Regen im Außenbereich
- Windgeber zur Erfassung von Windgeschwindigkeiten
- Luftfeuchtigkeit
- Temperatur
- Helligkeit
Uhr
- Echtzeituhr und Kopplung an DCF77-Modul für automatische Uhreinstellung
- Programmierung von Öffnung- und Schließungszeiten Beschattung
- Bereitstellung Uhrzeit für Datenerfassung
Datenerfassung (Speicherung mit Uhrzeit und Datum)
- Regensensordaten
- Windgeschwindigkeitsdaten
- Luftfeuchtigkeit
- Temperatur
- Helligkeit
Sonstiges
- Von außen zugänglicher Reset-Taster
- Lüfter mit Lüftungsgitter für Kühlung
Schnittstellen
- RS232 Schnittstelle zum Tracing und zur Datenübertragung der Logging-Daten an PC
- ISP Schnittstelle zur direkten Programmierung des Target
Dimmermodul für Lichtsteuerung der Wintergartenbeleuchtung
Akustische Warnung und Signalisierungen über Piezo-Schallgeber

Achtung - Eltern haften ür Ihre Kinde
Achtungshinweis

Konstruktionszeichnung Gehäse

Das Projekt ConvCtrl verfügt über die folgenden einzelnen Funktions- / Teilkomponenten welche ich unter Umsetzung und Realisierung noch genauer beschreiben möchte:

Spannungsversorgung für +5V und +12V - SUP
Mikrocontroller ATmega32 oder ATmega128 (inkl. ISP, RS232 und Reset) - MEGA
LCD-Display 3x16 (inkl. Rahmen) - LCD
Tastatur und Schalter - SW
LED-Anzeigen für Status- und Funktionsanzeige - LED
Windmesser (pro Tick = 2,5m/sec Windgeschwindigkeit) - WIND
Regensensor (ja/nein Detektion inkl. Detektorheizung) - RAIN
Temperatursensor (Anschluss über I2C Bus) - TEMP
Luftfeuchtigkeit (Anschluss über I2C Bus) - HUM
Dimmungssteuerung für Beleuchtung (inkl. ein/aus Relais) - DIM
Motorsteuerung für Beschattung (inkl. Relaisverriegelung und Relais-Timeout) - CONV
Gehäusebelüftung mit Option Lüftersteuerung über ATmega - FREEZ
Datenspeicher / Datenlogger über EEPROM (Anschluss über I2C Bus) - LOG
DCF77 Funkuhrempfang (Conrad) - DCF
Passendes Selbstbaugehäuse aus Aluminium und rauchgläserner Front - BOX
Helligkeitsmessung (Licht - DC-Wandler mit OPAmp) - LIGHT
Anzeige von Zeit- und Datumsinformationen - CLOCK
Akustisches Feedback über Piezo Schallwandler - SOUND
Selbstcheck bei StartUp und ggf. Ausgabe von Warnmeldungen und Signalen - CHECK
Timersteuerung zeitkritischer Applikationen (Tasten, Dimmer, Helligkeit Display) - TIME

Umsetzung und Realisierung

Steckverbindungen und elektromechanische Komponenten

Stecker und elektromechanische Komponenten

Im folgenden befinden sich die Detailbeschreibungen zu den einzelnen Funktionskomponenten und Teilmodulen. Doch zu Beginn möchte ich nochmals kurz auf das Gesamtkonzept eingehen.

Durch die große Anzahl an Teilfunktionen und Komponenten war schon während der Konzeptions- und Spezifikationsphase klar, dass ich sehr schnell den durch Eagle limitierenden Faktor in der Größe der PCB's mit 160 x 100 cm erreichen werde.
Aus diesem Grund wurde ConvCtrl von Anfang an als Mehrplatinen-Lösung mit einem eigenen separaten Netzteil geplant und designed. Das fertige Projekt besteht aus drei verschiedenen PCB's die im folgenden als Controller-Board, Konsolen-Board und Power-Board (Netzteil) bezeichnet werden

Die Bedeutung des Netzteils ist klar. Auf diesem befindet sich das eigenst für das Projekt entwickelte Schaltnetzteil für die Spannungen von +5V und +12V.

Auf dem Controller-Board befindet sich der zum Einsatz gekommene ATMEL ATmega128, der größte Teil des Digitalteils und der Sensoren und der komplette Leistungsteil. Der Leistungsteile besteht aus dem Dimmer und den Relais für den Beschattungsantrieb.

Das Konsolen-Board mach seinem Namen alle Ehre und ist die Ausgabe- und Eingabeeinheit. Auf dem Board befinden sich alle haptischen Elemente wie Eingabetaster, Reset-Taster, LCD-Display, Status-LED's und die wichtigen von außen zugänglichen Sensoren wie z.B. der Lichtsensor.

Die Verbindung zwischen Netzteil und Controller-Board erfolgt über gewinkelte Stiftleisten im Raster 2,54 direkt von PCB zu PCB. Das Konsolen-Board wird über dem Controller-Board platziert und ist mittels 40-poligem Flachbandkabel und Steckverbinder verbunden.

ConvCtrl ist damit als 3-Platinen-System ausgelegt. Die Funktionen sind klar getrennt und zugeordnet. Auf diesem Weg bot sich ausreichend Platz für alle Funktionen.

Doch nun wird es Zeit, die einzelnen Details genauer zu betrachten!


Controller-Board	Power-Board	Konsolen-Board


PCB1-PCB2	PCB1-PCB3 Hochspannung	PCB1-PCB2 Niederspannung

Spannungsversorgung

Pinbelegung und Maße Trafo

Nach Analyse der notwendigen Spannungen und maximal auftretenden Ströme im System wurde die Festlegung getroffen, ein Netzteil selbst zu designen. Für die Spannungsversorgung des Projekts ConvCtrl werden die zwei Spannungen +5V und +12V mit gemeinsamen Massebezug GND bereitgestellt. Der komplette Digitaltechnik-Teil funktioniert mit 5V. Einige Aktuatoren wie z.B. die Relais oder der Lüfter arbeiten mit +12V und werden über Transistorstufen gesteuert. Da im Volllastbetrieb laut Rechnung eine Stromaufnahme von bis zu 500 mA für beide Spannungen auftreten können wurde zunächst ein Netzteil mit Festspannungsregler dimensioniert und aufgebaut. Mir erschien es als wenig Gewinnbringend auf irgendwelche fertigen Netzteile auszuweichen und fertige, auf dem Markt befindliche Produkte einzusetzen.

Nach Aufbau eines Prototyps des Festspannungsregler-Netzteils und Fertigstellung der PCB's durch Leiton war das Netzteil in der Testphase und im Pilotbetrieb durch starke Eigenerwärmung im Lastbetrieb auffällig. Das System sollte aber für einen Dauerbetrieb ausgelegt werden und auch höhere Umgebungstemperaturen welche im Wintergarten durchaus bei eingefahrener Beschattung mal 50° betragen können aushalten.
Somit wurde das Konzept des Netzteils mit Festspannungsregler verworfen und es wurde ein Schaltnetzteil dimensioniert und umgesetzt was auch im fertigen Projekt umgesetzt wurde. Um ausreichend Leistung bereitzustellen wurde jeder Spannungszweig für einen Dauerstrom von 1A ausgelegt.

Für die Spannungsversorgung selbst wird ein Transformator der Firma BLOCK - FL30/15 mit 2 nachgeschalteten Schaltspannungsreglern für die Spannungen +5V und +12V eingesetzt. Der Trafo besitzt eine angegebene Sekundärspannung von 15V.

Schematic Auszug des Schaltnetzteils

Kühlkörper

Als Bestückunsalternative wurde die Schottky-Diode 1N5821 und eine 220 µH Spule umgesetzt.
Die Kondensatoren C3 und C4, die Dioden D1 und D2 sowie die Spulen L1 und L2 wurden zur Vermeidung von Spannungsriffel so nah wie möglich am Schaltregler zu platziert. Die Brückengleichrichter B40C1500 (BR1 und BR2) sind für eine Spannung von 40V und einem Strom bis 2A ausgelegt uns damit ausreichend dimensioniert. Die verwendeten Schaltregler für 5V und 12V (U1 und U2) sind für einen Strom bis 3A ausgelegt. Die Kühlung der Schaltregler erfolgt mittels Aufsteckkühlkörper für TO-220 Gehäse. Die beiden verwendeten Leuchtdioden LED1 und LED2 zeigen die Verfügbarkeit der Betriebsspannungen +5V und +12V an und sind als Low Current LED ausgeführt.

Unterschiedliche Technologien haben unterschiedliche Bezeichnungen für die notwendigen Spannungsversorgungen. Für CMOS Bausteine gelten die Bezeichnungen VCC und GND. TTL-Logik verwendet die Bezeichnungen VDD und VSS. VDD und VSS werden im Projekt durch 0Ω-Widerstände (Drahtbrücken) erzeugt um EAGLE die korrekte Behandlung der Spannungen zu ermöglichen.

Für das Projekt gelten die folgenden Bezeichnungen in den Netzen:

Symbolfestlegung für Spannungsversorgungen

Hauptschalter

Die gesamte Anlage kann durch einen Hauptschalter ein- und ausgeschaltet werden.
Dafür wurde ein durch eine LED beleuchteten Hauptschalter ausgesucht.
Für den direkten Betrieb der Schalter-LED an 230V musste eine Vorschaltung umgesetzt werden.

Das Konzept sieht die Umsetzung entsprechend des folgenden Schaltplan vor. Die LED-Vorschaltung wurde als integraler Bestandteil auf dem Netzteil platziert.

LED-Vorschaltung

System - Mikrocontroller

Pinout des ATmega128

Im Projekt ConvCtrl wird der Mikrokontroller ATmega128 von ATMEL mit einem externen Quarz 16 MHz eingesetzt. Erste Konzepte wurden mit dem ATmega32 und ATmega64 ausprobiert. Es zeigte sich jedoch sehr schnell bei der Zuordnung der Ressourcen, dass nicht alle Funktionen mit einem Mega32 oder Mega64 umsetztbar sind, da nicht ausreichend PIN's vorhanden sind. Aus diesem Grund wurde in der Konzeptphase auf den ATmega128 in der Variante TQFP Gehäuse gewechselt.

Im Folgenden wird die Ressourcen-Zuordnung der Einzelfunktionen auf die PIN's des ATmega128 dargestellt:

Ressourcenzuordnung ATmega128

Zur In-System-Programmierung wird die ATMEL ISP-Schnittstelle in der 10 PIN-Variante umgesetzt. Die Programmierung im Projekt erfolgt direkt über BASCOM mit Hilfe STK500 oder AVRISP mkII von ATMEL. Sowohl STK500 als auch AVRISP mkII besitzen die 6-Pin-Variante. Somit wird ein kleiner Adapter notwendig welcher auch aus folgendem Schaltbild hervorgeht.

ISP connection Pinout

ISP Programmierer AVRISPmkII

So, nun widmen wir uns noch der Basis-Gesamtbeschaltung des ATmega128.
Die im folgenden dargestellte Schaltung bildet die Basisbeschaltung des AVR ATmega128.

Zum Einsatz kommt ein externer Quarz mit 16.000.000 Hz (16 MHz).
Weiter ist im Schaltplan der Anschluss eines externen RESET-Tasters S1 vorgesehen.

Bei einem ATmega32/64 können die Leitungen des ISP-Interface direkt an MISO und MOSI des Controllers angeschlossen werden. Beim ATmega128 sind diese nicht direkt belegt und intern nicht verdrahtet. Achtung! Beim ATmega128 findet die Beschaltung über Port E und die Leitungen RXT0 und TXD0 statt!

Der PEN Eingang (Pin 1) wird mit einem 1kΩ Widerstand R1 definiert auf VCC gezogen!

Für die Beschaltung des ISP-Interfaces wird eine Entkopplungskondensator C13 am Stecker vorgesehen der als solches auch nahe beim/am Stecker bestückt werden muss!

Für die Analog-Digital-Umsetzung mit dem ATmega wird der Eingang ADC0 des ATmega verwendet. Als Referenzspannung wird die Betriebsspannung des ATmega VCC auf Pin AVCC verwendet. Der externe Referenzspannungseingang AREF wird nicht verwendet. Da sich im Projekt einige störungsausstrahlende Komponenten befinden (z.B. Triac-Steuerung für Dimmung) wird eine, spezielle im Datenblatt vorgeschlagene analoge Störsignalreduktion umgesetzt welche aus L1 und C2 befindet.

Die serielle Datenübertragung zum und vom ATmega wird mit einem serielles Interface nach RS232 Standard mit einem Maxim MAX232 Baustein umgesetzt. Die serielle Datenübertragung dient auch für die Möglichkeit, Loggingdaten aus dem externen EEPROM an einen PC zur späteren Messdatenauswertung zu übertragen.
In der Software sind sehr viele Trace-Ausgaben implementiert welch über Compiler-Schalter aktiviert / deaktiviert werden können. Auf dem Controller-Board gibt es einen Trace-Jumper welcher via Software abgefragt werden kann. Die zugrundegelegte Idee war, den Traceoutput via RS232-Schnittstele auch mit einem Jumper steuern zu können.

Nun folgt schon wie besprochen das Schaltbild zur Basisbeschaltung des ATmega128:

Basisbeschaltung des ATmega128

Im Gehäuse der Wintergartensteuerung befinden sich zwei 9-polige SUB-D Schnittstellen welche die RS232-Schnittstelle und das ISP-Interface nach außen führen und zugänglich machen.
Das folgende Schaltbild zeigt die Beschaltung der 10-poligen Federleisten sowie deren Verbindung zum SUB-D-Stecker. Für das ISP-Interface wird ein Adapter für 6-polig / 10-polig ISP benötigt damit das System mit dem AVRISP mkII von Atmel programmiert werden kann. Im obigen Bild zum AVRISPmkII ist auch der kleine Adapter zu sehen.
Die RS232 kann direkt mit einem RS232-Kabel (Achtung: KEIN Null-Modem-Kabel) mit Stecker-Buchse und 1:1 Verbindung an einem PC / Notebook angeschlossen werden.

ConvCtrl Schnittstellen und Adapter

Verbindungskabel zwischen PIN-Header und D-SUB9 Buchse

Um das Kapitel zum Mikrocontroller abzuschließen fehlt zum Schluss noch die Konfiguration für die Fuses. Einige Fuses weichen von den Standardeinstellungen ab. Die folgende Tabelle zeigt die Fuses und die notwendigen Settings im Detail.

AVR Fuse Konfiguration ATmega128

System - LCD-Display

LCD-Display EA DOG-M

Als Anzeigedisplay wird ein LCD-Modul der Firma ELECTRONIC ASSEMBLY der DOG-M-Serie 3,3V EA DOG-M Super Flach / 55x27 mm inkl. Kontroller ST7036 für 4-/8-BIT SPI (4-Draht) eingesetzt (LCD-Modul 3x16 - 3,65 mm EA DOGM1634W-A). Als Hintergrundbeleuchtung wird eine LED-Beleuchtung Weiß (EA LED55X31W) eingesetzt.

Technische Daten:

Kontrastreiche LCD-Supertwist Anzeige
Optionale LED-Beleuchtungskörper in verschiedenen Farben
1x8, 2x16 und 3x16 Zeichen mit 12,0 mm / 5,6 mm und 3,6 mm Schrift
Kontroller ST 7036 für 4-BIT, 8-BIT und SPI (4-DRAHT) Interface
Spannungsversorgung +3,3V oder +5V single supply (typ. 250µA)
Keine zus. Spannungen erforderlich
Betriebstemperaturbereich -20..+70°C
LED-Hintergrundbeleuchtung 3..80mA@3,3V oder 2..40mA@5V
Keine Montage erforderlich: einfach nur in PCB einlöten.

Kontrasteinstellung:

Für alle Displays der EA DOG- Serie ist der Kontrast per Befehl einstellbar. Dies erfolgt über die Bits C0..C5 in den Befehlen "Contrast Set" und "Power/Icon Control/Contrast Set". Die Funktionen sind entsprechend in der SW umgesetzt und können per Menue verändert werden.
In der Regel wird der Kontrast einmalig eingestellt und dann - dank integrierter Temperaturkompensation - über den gesamten Betriebstemperaturbereich (-20..+70°C) konstant gehalten.
Insgesamt benötigen die Displays selbst im 3,3V Betrieb keine zusätzliche negative Spannung! Das aber nur als Hinweis den im Projekt wird das Display mit 5V betrieben.

Hintergrundbeleuchtung

Hintergrundbeleuchtung:

Für die Hintergrundbeleuchtung wird eine PWM über den ATmega realisiert mit Hilfe derer die Beleuchtungshelligkeit eingestellt werden kann. Hierzu wird das PWM-Signal mittels Timer vom ATmega erzeugt und dann über eine Transistorstufe am Display aufgeschaltet. Das LCD-Display muss vor dem verlöten oder stecken auf die Beleuchtungseinheit gelötet werden, damit die LEDs der Beleuchtung über die Kontakte des LCDs Strom bekommen. Es ist ratsam, alle Pins der Beleuchtungseinheit anzulöten, da sich so der Druck beim Einsetzten des Displays in die Fassung besser verteilt. Elektrisch ist dies nicht notwendig. Bitte sehr sparsam mit dem Lötzinn umgehen, da es sonst an den Beinchen herunter läuft und somit das Display nicht in die Fassung passt.

Beschaltung:

Die Beschaltung des LCD-Display an den ATmega erfolgt wie im folgenden Schaltbild aus dem Datenblatt des LCD-Displays gefordert. Im Projekt wurde eine Transistorstufe realisiert um das Display an/aus schalten zu können. Diese Transistorstufe ist in der Praxis ohne Wirkung da sich das Display durch Backpowering von anderen Leitungen selbst versorgt. Der Aufwand eines Umbaus wäre zuhoch gewesen. In einem neuen Design kann auf diese Stufe verzichtet werden. In der SW wurde vielmehr eine Funktion implementiert welche es ermöglich, das Display durch eine Befehl in den Standby-Modus zus schalten. Dies hat den Vorteil, dass die Inhalte des Display-Speichers nach erneutem Einschalten erhalten bleiben. Damit konnte auf die Transistorstufe verzichtet werden.

Bei dem Schaltbild handelt es sich wie bei allen Schaltbildern in diesem Kapitel um die prinzipielle Beschaltung wie sie zum Zeitpunkt des Prototyps ausprobiert wurde. Die endgültige Beschaltung kann leicht davon abweichen. Dazu verweise ich auf die Schaltpläne des Gesamtprojekts am Ende dieser Seite.

Beschaltung LCD-Display

System - Tastatur und Schalter

Design Bedienelemente Front

Die Bedienung des Systems erfolgt über insgesamt 9 Tasten welche über eine LED verfügen. Die LED zeigt die korrekte Übernahme des Signals durch den Controller an.

Das Bild rechts zeigt die Anordnung aller Bedienelemente und des Displays auf dem PCB2. Es diente als Designgrundlage für den Entwurf der PCB2 und die Anfertigung der Gehäuseabdeckung.

Für die Bedienung der Steuerung wurde ein Bedienkonzept bzw. die Menüstruktur in Form eines Ablaufdiagramms bzw. Zustandsdiagramms erstellt. In der Software wurde eine Menue-Statemachine entwickelt in der alle Zustände abgebildet sind.

Menue-Strukturen von ConvCtrl

Die Tastatur im Projekt wird als 3x3 Tastenmatrix ausgeführt. Auf diesem Weg werden IO-Leitungen des Controllers gespart. Die Tasten sind spalten- und zweilenweise zusammengafasst. Unter Verwendung der ATmega internen PullUp-Widerstände erhält man das unten abgebildete Anschlussschema einer 3x3 Tastaturmatrix.
Mit der Tastenmatrix soll es möglich sein, mehrere Tasten gleichzeitig zu betätigen. Hierzu sind Entkopplungsdioden vorzusehen. Das Schaltbild zeigt die optimierte Variante mit den Entkopplungsdioden. Hierbei ist eine Bestückvariante vorgesehen. Die für die Tasten umgesetzten LED's werden unter der Überschrift LED's beschrieben.

3x3 Tastenmatrix

LED-Array mit 16 LED's

Die Pins Px0 bis Px2 werden als Eingänge mit PullUp-Widerstand konfiguriert, während die Pins Px3 bis Px5 jeweils die abzufragenden Spalten auf LOW legt. Die Abfrage dieser Tastarur teilt sich in mehrere Abfragen von Spalten auf. Um die Rechenlast der zyklische Abfrage für den Atmega zu senken wurden die Zeilenspalten über ein AND-Gatter geführt welches mit einem externen Interrupt des ATmegas verbunden ist. Die Ausgänge sind hierzu auf LOW konfiguriert. Wird nun eine Taste betätigt so wird ein Interrupt ausgelöst. In der Interrupt-Service-Routine werden die Ausgänge zunächste auf HIGH umkonfiguriert und nach und nach die Spalten zur Abfrage auf LOW zu legen.
Achtung: Nicht verwendete Eingänge eines AND-Gatters sind mit GND zu beschalten.

Mechanik der Tasten und Festlegungen:

Die Eingabetasten werden auf der oberen PCB2 auf der Bestückungsseite bestückt. Für die Gehäuseabdeckung sind Aussparungen vorgesehen durch diese die Tasten hindurch ragen. Aufgrund der Tastengröße kann die Tasten- und LED-Elektronik auf der PCB2 Seite ebenfalls auf der Bestückseite bestückt werden. Bei ca. 2mm Deckelstärke ist ca. 8mm Platz für die Bestückung vorhanden.

Tastendimensionen und Platzbedarf

System - LED's

Prototyp LED-Array mit 16 LED's

Beim Design des Projekts - ursprünglich auf ATmega32 geplant - wurde sehr schnell klar, dass eine Lösung benötigt wird welches es ermöglicht, die benötigten LED's Ressourcenschonend an den ATmega anzubinden.
Obwohl der ATmega128 einiges an PIN's und IO-Leitungen mehr bietet, wird dennoch die Ressourcen schonende Umsetzung designed und verfolgt. Ziel ist es alle benötigten LED's mit so wenig Ressourcen wie möglich an den ATmega anzubinden.
Hierbei denkt mal als Erstes an eine Schieberegister-Funktion in den die Bitmuster eingetacktet werden. Da dies jedoch einen höheren Anspruch an Timing und Programmierung stellt wird eine parallele Lösung verfolgt.

Zur Umsetzung des Projekts bietet sich der Baustein 74116 (54116) an. Der Baustein ist ein Dual 4-Bit Latch. Alle LED's werden im System als 3mm low current LED ausgelegt!

Die LED's werden über das Latch (kaskadierte Latches) betrieben:

Latched LED's

Die folgenden LED's werden ungelatched direkt an den jeweiligen Funktionen, PIN's usw. betrieben:

Unlatched LED's

Schematic der Umsetzung für das 16-Kanal-LED-Array:

LED Matrix

Aktoren - Dimmer (Leistungsteil)

Bei der Umsetzung des SW gesteuerten Dimmers und der Integration in die Wintergartensteuerung wurde ich durch das Projekt "3-Kanal-Dimmer"von Thomas Unmuth inspiriert welcher mir auch die Verwendung seines HW-Konzeptes erlaubte. Danke dafür!
Die SW entstand dann in Eigenarbeit und Schweiß.

Funktionsprinzip Phasenanschnittsteuerung:

Prinzip Phasenanschittsteuerung

Bei der Phasenanschnittsteuerung wird der Stromfluss meist durch einen Triac gesteuert. Nach dem Nulldurchgang der Wechselspannung (und des Stromes) leitet der Triac den Strom so lange nicht, bis er einen Zündimpuls erhält. Ab diesem Zeitpunkt (dieser "Phase" des Wechselstromsignals) wird der Verbraucher mit Energie versorgt (bis zum nächsten Nulldurchgang). Je später der Triac gezündet wird, desto geringer ist die (über eine Periode der Wechselspannung gemittelte) Leistung.

Nulldurchgangserkennung

Der Vorteil der Phasenanschnittsteuerung (und Phasenabschnittsteuerung) im Vergleich zu Schaltungen, bei denen die Spannung durch einen Widerstand geregelt wird, ist ihre sehr geringe Verlustleistung. Im Gegensatz zu komplizierten regelbaren Schaltnetzteilen, die auch geringe Verlustleistung haben, ist eine Phasenanschnittsteuerung wesentlich einfacher und kleiner aufzubauen und weniger störanfällig. Der größte Nachteil von Phasenanschnittsteuerungen ist der nicht sinusförmige Verlauf des Stromes. Der Strom fließt ja nur in einem Teil jeder Halbwelle. Diese nicht sinusförmige Belastung ruft im Netz Störungen hervor. Je mehr die Kurvenform des Stromes von der Sinusform abweicht, desto größer sind die Störungen.

Der Verbraucher erhält von der Phasenanschnittsteuerung oder Phasenabschnittsteuerung eine nicht sinusförmige Spannung. Während das für ohmsche Verbraucher wie Glühlampen und Heizwiderstände kein Problem darstellt, können elektronische Geräte, die an eine Phasenanschnittsteuerung angeschlossen werden, dadurch beschädigt werden.

Auch bei Transformatoren, z.B. für Halogenlampen ist Vorsicht geboten: Es ist einerseits darauf zu achten, dass die Phasenanschnittsteuerung (d.h. der Dimmer) für diese Anwendung geeignet ist, andererseits darf man nur "echte" Transformatoren und keine elektronischen Spannungswandler, wie sie heute zunehmend eingesetzt werden, an Phasenanschnittsteuerungen anschließen. Es gibt jedoch Phasenabschnittsteuerungen, die für elektronische Spannungswandler geeignet sind.

Die in diesem Projekt umgesetzte Phasenanschnittsteuerungen (Dimmer) eignet sich nicht für Leuchtstofflampen oder Energiesparlampen!!.

HW-Konzept für die Umsetzung im Projekt:

Bei der Phasenanschnittsteuerung ist der Verbraucher nach dem Nulldurchgang jeder Halbwelle zunächst stromlos. Nach einer einstellbaren Zeit t (Wartezeit über timer) wird dann ein Triac gezündet, der den Strom fließen lässt. Ist eine gewisse Spannung unterschritten, sperrt der Triac wieder. Dieser Vorgang wiederholt sich mit einer Frequenz von 100 Hz bei positiver und negativer Halbwelle. Je später der Triac gezündet wird, je niedriger ist die verfügbare Leistung und desto dunkler ist die Lampe.

Dimmer Leistungsteil Triac Stufe

In einer elektronischen Schaltung wird der Triac von einer Steuerlogik gezündet wird. Diese Steuerung benötigt einen Nulldurchgangstest, damit sie den Nulldurchgang jeder Halbwelle registrieren kann.

Um den exakten Zündwinkel zu bestimmen, ist ein Nulldurchgangsdetektor unumgänglich. Dieser Detektor besteht aus einem (vom Netzteil unabhängigen) Gleichrichter (B1), einem Optokoppler 4N25 (OK1) und zwei Schmitt-Triggern (IC1A/B). Die im 100-Hz-Takt pulsierende gleichgerichtete Spannung hinter der Gleichrichterbrücke sorgt dafür, dass der Optokoppler bei jedem Nulldurchgang der Netzspannung kurzzeitig sperrt. In dieser Zeit liegen am Kollektor des Opto-Transistors +5 V, ansonsten 0 V. Dieses Signal - von den Schmitt-Triggern mit eindeutigen und steilen Flanken versehen - nutzt der Mikrocontroller, um die Software mit der Netzspannung zu synchronisieren.

Dimmer Nulldurchgangserkennung

Einige Oszillogramme des Dimmers im Betrieb:

Oszillogramm Triac-Zündung "dunkel"	Oszillogramm Triac-Zündung "hell"
Oszillogramm aller Signal inkl. Netz-Sinus	Oszillogramm Triac-Ausgangssignal "hell"
Oszillogramm Triac-Ausgangssignal "50%"	Oszillogramm Triac-Ausgangssignal "dunkel"
Ch1 (gelb) ist das Signal der Nulldurchgangserkennung des Netz-Sinus. Ch2 (hellblau) ist das Zündungssignal (20µs) für den Triac. Ch3 (magenta) ist wahlweise die Abbildung des Netz-Sinus oder die durch den Triac "phasenangeschnittene"

SW-Konzept für die Umsetzung:

Linearisierung Helligkeitswert

Die Programmierung der möglichen Zündzeit von max. 10 ms erfolgt in 32 Einzelschritten (Helligkeitsstufen) damit eine scheinbare stufenlose Dimmung ermöglicht wird. Der Zeitraum von 10 ms wird in 100 Stützstellen aufgeteilt. Eine Umsetzung der 32 Einzelschritte auf die Stützstellen erfolgt über eine Konvertierungstabelle.

Mit Hilfe eines externen Interrupts wird in der SW der Nulldurchgang der Sinuswelle detektiert. Dieser "Detektions"-Interrupt startet einer Timer welcher mit dem Dimmungswert zwischen 0 und 10ms geladen ist. Ist der Timer abgelaufen (= Auslösen des Timer-Interrupts) wird der Triac gezündet. Das Zünden des Triac zum entsprechenden Zeitpunkt nach dem letzten Nulldurchgang durch geschieht durch Setzen des der Lampe entsprechenden Bits im Port. Das Bit sollte recht schnell wieder gelöscht werden (minimal 25 µs), um nicht unnötig lange Strom durch das Triac-Gate fliessen zu lassen.

Für eine stufenlose helligkeitseinstellung darf die Zeit nicht als linear betrachtet werden. Mathematisch betrachtet ist die scheinbare Helligkeit das Integral der Sinusfunktion über der Zeit zwischen Zündzeitpunkt und Nulldurchgangserkennung. Da ich eine optimale Helligkeitseinstellung realisieren wollte wurden zu den 32 Helligkeitsstufen mittels Integralfunktion die jeweiligen Zündzeitpunkt berechnet und in einer Tabelle konvertiert. Die Tabelle befindet sich als Datensatz in der SW definiert.

Für weitere Erklärungen verweise ich an dieser Stelle auf das Kapitel 8.8.6 "Linearisierung der Helligkeitswerte" in meinem Arbeitsdokument.

Aktoren - Relaisstufe für Beschattungsantrieb und Lichtschalter (Leistungsteile)

Prototyp Relaissteuerung Antrieb/Licht

Die Beschattungsanlage wird durch Elektromotoren angetrieben welche je nach Ansteuerung die Beschattung zwangsgesteuert zuziehen oder aufziehen. Der Anschluss der Elektromotoren erfolgt über eine 7-adrige Leitung mit 1,5 m2 Kupferdurchmesser pro Leitung. Wie beim normalen Rolladen-Antrieb gibt es eine phase für die Funktion AUF und eine Phase für die Funktion ZU.

Die beiden Steuerleitungen S1 und S2 für "auf" und "zu" werden über zwei getrennte Relais gesteuert.
Und weil wir hier schon mal beim Thema Relais sind werde ich das Thema ganzheitlich betrachten und gleichzeitig die Relais zum Einschalten des Lichts, die Spannungsversorgung für den Dimmer also, und die Funktion Dauerlicht betrachten.

Die Stromaufnahme der Relais bei einer Schaltspannung von 12V DC beträgt bei einer Bemessungsleistung von 0,65W ca. 54 mA. Für die Steuerung der Relais ist eine beschaltungstechnische Absicherung gegen Gegenläufigkeit vorgesehen welche durch den Zustand der angesteuerten Relais ein gleichzeitiges Auf- und Zufahren verhindert.
Es gelten die folgenden die Regeln, solange Motor auf fährt bekommt Motor zu keine Spannung, fährt Motor zu und möchte Motor auf fahren wird sofort Spannung für Motor zu unterbrochen. Weiter wurde durch durch eine digitale Schaltung die GPIO-Pins des Controllers durch Verknüpfungen so verriegelt, dass immer nur ein Treiber das Relais steuert.

Verriegelungskonzept Relais

Die Ausgänge des ATmega sind nicht dafür geeignet ein Relais zu treiben da ihre Leistung dafür nicht reicht. Aus diesem Grund wird im Projekt ConvCtrl eine Transistorstufe zum Schalten des Relais umgesetzt. Mit der Umsetzung konnten damit auch 12V-Relais verwendet werden. Die Transistorstufe wird in ihrer Definition für alle drei Relais "Motor AUF", "Motor ZU", "Beleuchtung EIN/AUS" und "Dauerlicht EIN/AUS" gleich umgesetzt. Das folgende Schaltbild zeigt exemplarisch eine Treiberstufe am Beispiel "Motor AUF".

Treiberstufe Relais

Der folgende Schaltplan zeigt die gesamte Steuerung der vier im System vorhandenen Relais für Motor AUF-ZU, Spannung für Dimmung und Dauerlichtfunktion inklusive Logikverriegelung und HW-Verriegelung für Motorsteuerteil sowie Treiberstufe für Signalleitungen zur Entlastung des ATmega und Ansteuerung von Status-LED's.

Da im Reset- oder StartUp-Fall der ATmega - bis auf wenige Ausnahmen - seine Ports als hochohmige Eingänge schaltet, müssen die verwendeten Signalleitung OUT_AUF, OUT_ZU, OUT_CONL und OUT_LICHT mit 10k Ohm PullDown-Widerständen gegen floaten "abgesichert" werden. Dieser Sachverhalt viel bei der Inbetriebnahme des Prototypen auf bei dem es zu zufälligen Relais-Aktivitäten während der Initialisierung kam. Das Relais OUT_CONL bestimmt, ob die Lampe konstant mit voller Leitungs brennt (der Dimmer gebypassed wird) oder ob die Lampe über den Dimmer versorgt wird.

Komplette Relaissteuerung

Aktoren - Lüfter

Prototyp der Relaissteuerung

Zur Belüftung des Gehäuses um Wärme abzuleiten, aber auch zur Versorgung des Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensors wird eine Ventilator im Gehäuse eingebaut welcher direkt über Versorgungsspannung oder aber vom ATmega aus gesteuert werden kann.

Im folgenden wir die dafür notwendige Schaltung dargestellt und die Funktion erläutert.

Zur Spannungsversorgung werden die im System verfügbaren 12V verwendet. Bei der Auswahl des Lüfters ist auf geringen Stromverbrauch und kleine Dimensionierung zu achten! Bei der Umsetzung wird der Lüfter ein einen PWM geregelten Ausgang des ATmega128 angeschlossen os dass mittels SW die Drehzahl des Lüfters geregelt werden kann.

Lüftersteuerung

Achtung: FAN_ON ist Null-Aktiv. Lüfter läuft bei FAN_ON = 0 und steht bei FAN_ON = 1!
Mit dem Jumper JP1 kann die Schaltung so verändert werden, dass der Lüfter unabhängig vom ATmega läuft. Hierzu muss lediglich der Hauptschalter eingeschaltet und die Spannung von 12V anliegen.

Soll der Lüfter vom ATmega bei Bedarf und über SW gesteuert eingeschaltet werden so ist die folgende Jumperstellung zu verwenden:

Jumperstellung 2-3	= Dauerbetrieb
Jumperstellung 1-2	= µC Steuerung


Lüfter montiert Rückseite	Lüfter montiert Rückseite

Aktoren - Sound

Prototyp der Soundausgabe

Es gab für die Realisierung einer Soundausgabe im Projekt zwei möglich Lösungen. Nämlich die Variante 1 mit Schwingkreis oder die Variante 2 mit PWM über den ATmega.
Da für Variante 2 keine Ressourcen mehr verfügbar waren um diesen Punkt sauber umzusetzen, wurde Variante 1 umgesetzt. Beide Lösungen arbeiten mit einem Piezo-Signalgeber als tonerzeugende Einheit. Zur Vollständigkeit möchte ich aber Variante 2 hier auch kurz beschrieben.

Ansteuerung des Piezo-Schallwandlers über Schwingkreis:

Das zur Ansteuerung des Piezo-Signalgebers erforderliche Rechtecksignal wird nicht direkt vom Controller erzeugt. Zum einen würde dies zu Timing-Problemen mit anderen, zeitkritischen Programmteilen im Projekt führen, zum anderen wären für eine ausreichende Amplitude bzw. Flankensteilheit ohnehin externe Treiberkomponenten erforderlich. Deshalb ist mit zwei NANDGattern (IC1) und R1+R2, C1 ein Oszillator aufgebaut, der bei Ausgabe eines High-Signals am Port mit ca. 4 kHz schwingt.

Soundausgabe über Schwingkreis

Zur Justage der Frequenz wird ein stehendes Potentiometer mit 5k eingesetzt.

Ansteuerung eines Piezo-Schallwandlers mittels PWM:

Durch den Einsatz eines weiteren Timers des ATmegas könnte man eine Schaltung realisieren welche in der Lage ist, die Tonhöhe mittels Puls-Weiten-Modulation (PWM) zu verändern. Der gleiche Piezo wird wie bei Variante 1 über eine Transistor-Treiberstufe an 12V betrieben. Wie aber schon beschrieben kam diese Lösung mangels Ressourcen und Timer nicht zum Einsatz.

Soundausgabe über PWM

Sensoren - Wind

Ein Schalenkreuzanemometer

Am System wird ein Windgeber angeschlossen welcher die Windgeschwindigkeit erfasst, anzeigt und ggf. ab einer einstellbaren Schwelle die Beschattung automatisch auffährt. Bei dem Windgeber handelt es sich um einen kugelgelagerten Kleinwindgeber der Firma rb-Messtechnik Rein-hard. Der Wingeber ist mit Kugellager und Reedkontakt ausgeführt.
Der Schalendurchmesser beträgt 120 mm, der Ausgang ist mit Reedkontakt ausgelegt und somit sehr flexibel für Beschaltung und Anschluss an den Controller. 1 Impuls pro Sekunde entspricht 2,5 km/h. Die Schaltleistung beträgt max. 24V 5W.

Mittels des Reedkontakts kann eine einfache Anbindung an den ATmega der folgenden Form erfolgen:

Beschaltung des Windgebers

Um das vom Windgeber gelieferte Impulssignal zu bereinigen wird es über zwei NAND-Schmitt-Trigger geführt die wiederum eine saubere Flanke zur Interrupterkennung für den ATmega erzeugen.

Die fertig montierte Aussensensorik

Sensoren - Regen

Prototyp der Regensensorbeschaltung

Zur Regenerkennung wird im Projekt ConvCtrl der Regensensor von Conrad Electronik in einem speziell dafür geeigneten Gehäuse verwendet. An dieser Stelle möchte ich nicht auf das Modul oder den Bausatz von Conrad veweisen sondern vielmehr auf die Bedienungsanleitung verweisen welche sich unter Mitgeltende Unterlagen und Sonstiges am Ende dieser Seite befindet.
Konzentrieren wir uns also auf die Anbindung des Moduls an das Projekt.

Die Heizung des Regensensors wird über eine separate 3.-Leitung betrieben. Die Beschaltung in Verbindung mit der Gesamtsteuerung sieht vor, die Heizung durch Schalter separat zu steuern. Hierzu wird die Schaltspannung mit zwei Leitungen vom Regensensor zurück zum ConvCtrl geführt und dort über einen Schalter konfigurierbar gemacht. Die Umschaltung kann während des betriebs durch einen kleinen Schalter am Gehäuse erfolgen. Der Grundgedanke hierzu ist folgender: Ist der Regensensor der Nässe ausgesetzt und zeigt dieser Regen an so ist es auch nicht notwendig, dass die Beschattung zugefahren wird. Es kann jedoch notwendig sein, mit Hinblick auf Wintermonate den Regensensor zu beheizen um Eis und Schnee abtauen zu lassen.

Am Anschlussprinzip des Regensensors hat sich jedoch nichts geändert. Der 3-polige Schraubklemmenblock beinhaltet die Anschlüsse.

-	= GND (Spannungsversorgung)
+	= +12V (Spannungsversorgung)
OUT	= Geschalteter Ausgang

Wie dem Schaltplan des Regensensors zu entnehmen ist wird der Out Ausgang mit einem Transistor gegen Masse geschaltet so dass zwischen +Uv und Out eine Spannung von +12V anliegt.

Die Beschaltung sieht vor, die 12V mittels Spannungsteiler im Verhältnis 1:2,4 zu teilen und über eine NAND-Schmitt-Trigger-Kombination auf +5V Eingangspegel für den ATmega zu normieren.
Der Spannungsteiler wird hochohmig ausgelegt um den Stromverbrauch gering zu halten.

Beschaltung des Regensensors

Zur Beschaltung und Ankopplung an die Wintergartensteuerung wird eine min. 5-adrige flexible Leitung benötigt. Über diese Leitung wird die Versorgungsspannung als auch die Schaltleitung für Regenerkennung und Sensorheizung geführt. Bei der Realisierung wird eine 10-adrige Steuerleitung eingesetzt. Die Steuerleitung wird über spezielle Kabelverschraubungen in das Gehäuse geführt.


Details des Regensensors	Regensensor im Verbund

Sensoren - Temperatur und Luftfeuchtigkeit

Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor SHT71

Zur Messwerterfassung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit wird der Sensor SHT71 der Firma Sensirion eingesetzt. Der Sensor ist ein Präzisionsfeuchtesensor SHT71: Digital, steckbar & vollständig kalibriert!

Der digitale SHT71 Feuchtesensor ist vollständig kalibriert und dank steckbarem Pin-Type Package (für 1.27mm Sockets) einfach zu montieren. Mit individueller Kalibration und digitalem Output (CMOSens Technologie) ist der SHT71 vollständig austauschbar. Das erspart die mühsame und aufwändige Rekalibrierung im Falle eines Sensorwechsels/-austauschs.

Der Sensorkopf ist nur durch eine dünne Brücke mit den Pins verbunden und dadurch optimal thermisch isoliert, was nochmals für verbesserte Ansprechzeiten sorgt. Die Pins sind vergoldet und damit sehr korrosionsbeständig.

Leistungsmerkmale:

2 Sensoren für relative Feuchte und Temperatur
Präzise Taupunktberechnung möglich
Messbereich: 0-100% r.F.
Absolute Genauigkeit (r.F.): +/- 3% r.F.
Genauigkeit Temp.sensor: +/- 0.46°C @ 25 °C
Kalibriert und digital (2-Wire Schnittstelle)
Schnelle Ansprechzeit (r.F.): < 4 sec.
Tiefer Stromverbrauch (typ. 30 µW)
niedrige Kosten
Präziser High-End Sensor, individuell kalibriert in Präzisionsfeuchtekammer (Taupunktspiegel)
100%ig austauschbar ohne Rekalibrierung!
Führende (CMOSens Technologie für überlegene Langzeitstabilität
Einfachste Handhabung dank Kalibration und digitaler 2-Wire Schnittstelle preisgünstig

Interface:

Basisbeschaltung des SHT71

Beschaltung des SHT71:

Der Sensor verfügt zwar über ein "two wire interface". Er kann aber nicht gleichzeitig mit anderen I2C-Komponenten am TWI-Bus des ATmega betrieben werden. Der SHT erfüllt nicht die I2C Spezifikation und wird anders initialisiert!! Da es sich aber dennoch um einen sehr leistungsfähigen Baustein handelt wird er in diesem Projekt verwendet und über zwei separate Leitungen am ATmega angebunden. Die Programmierung erfolgt quasi von Hand und verwendet nicht die standardisierte TWI-HW-Schnittstelle ud die dazu verwendbaren TWI-Routinen von BASCOM.

Beschaltung des SHT71

Prototyp der SHT71 Beschaltung

Das Datenblatt zum SHT71 schreibt einen 100 nF Kondensator als Abblockkondensator vor. Erfahrungen anderer Benutzer im Internet beschreiben aber die Verwendung eines 10 nF Keramik-Kondensators um das Springen von Messwerten und verhindern.

Zur Beschaltung des SHT71 ist auch der PullUp-Widerstand zwingend für eine saubere Funktion notwendig. Der ATmega interne PullUp reicht für die Implementierung nicht aus!
Im Gesamtdokument zum Projekt welches ja als Download auch hier auf dieser Seite bereitgestellt wird befinden sich ausführliche Oszillogramme welche die Kommunikation mit dem SHT71 beschreiben und erklären. Weiter habe ich wichtige Informationen als Zusammenfassung aus den Datenblättern aufgenommen. Alle diese Themen hier mit aufzunehmen würde den Rahmen sprengen, aus diesem Grund verweise ich darauf.

Sensoren - Licht

Spektrale Empfindlichkeit Lichtsensor

Es gibt eine Vielzahl von Lichtsensoren die auf dem Markt erhältlich sind. Im Projekt wird der Lichtsensor TSL250R-LF der Firma TAOS eingesetzt. Hinter TAOS verbirgt sicht die Firma Texas Advanced Optical Solutions Inc., ein Ableger der bekannten Texas Instruments Inc.

Der TSL250R besteht aus einer Fotodiode und einem integrierten Verstärker. Zum Anschluss an die Schaltung benötigt der TSL250R ausschließlich Versorgungsspannung (Pin 2) und Masse (Pin 1). An Pin 3 liefert der Sensor eine Ausgangsspannung welche proportional zum einfallenden Licht ist. Die spektrale Empfindlichkeit ist in folgender Abbildung dargestellt, sie reicht von Ultraviolett (links) bis Intra-rot (rechts) und hat ihr Maximum im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums.

Der TSL250R arbeitet mit Betriebspannungen zwischen 2,70 und 5,50 V und einem typischen Strom von 1,1 mA.

Das Maximum der Ausgangsspannung (unter voller Bestrahlung) für diesen Sensor liegt unter 4V, wenn der Baustein mit 5V betrieben wird. Somit haben wir die Wahl, den Sensor direkt ohne zusätzliche Beschaltung mit einer Referenzspannung von 5V über einen ADC-Kanal an den Kontroller anzuschließen. Ohne zusätzliche Verstärkung verlieren wir aber über den möglichen Spannungsbereich hinweg 1V Auflösung. Für einen 8-Bit-ADC bedeutet eine 4V Eingangsspannung einen Messwert von 0xCC. Der Messwertebereich geht damit von 0x00 bis 0xCC. Abhängig von der Applikation ist dies kein Problem. Wenn es aber darum geht präzisere Lichtmessungen durchzuführen sollte der gesamte verfügbare ADC-Bereich ausgenutzt werden. Für diesen Zweck wurde im Projekt ein Operationsverstärker verwendet welcher das Sensor-Ausgangssignal mit einem Verstärkungsfaktor von 1,25 auf die vom ADV möglichen 5V Maximum verstärkt.

Ein guter geeigneter und allgemein eingesetzter Prazisions-OpAMP ist der AD623 von Analog Devices. Er hat eine rail-to-rail Funktion, kann mit einer einzigen Betriebsspannung betrieben werden, benötigt wenig Strom und ist sehr leicht verständlich. Außerdem benötigt der AD623 nur einen einzigen Widerstand zum Einstellen des Verstärkungsfaktors.

Beschaltung des Lichtsensors

Prototyp der Lichtsensor-Beschaltung

Der Ausgang des TSL250R Sensors (Pin 3) ist verbunden mit dem nichtinvertierenden Eingang des AD624 OpAmp (Pin 3). Der invertierende Eingang ist auf Masse gelegt. Der Widerstände welcher den Verstärkungsfaktor festlegt ist zwischen den Pins 1 und 8 beschaltet. Die negative Spannungsversorgung des Bausteins (-VS) ist wegen des Betriebs mit einer einzigen Spannung auf Masse gelegt. Die positive Spannungsversorgung (+VS) wird mit VCC = +5V verbunden und mit zwei Kon-densatoren gegen Masse gekoppelt. Der Referenzeingang (REF) des OpAmp wird ebenso an Masse angeschlossen. Der Ausgang (Pin 6) wird direkt mit dem Analogeingang ADC1 des ATmega verschaltet.

Module - Funkuhr DCF77

Für den Empfang des DCF77-Signals aus Frankfurt zur Synchronisation der internen Uhr wird das DCF77-Modul von Conrad Electronic mit der Artikelnummer 641138 - LN eingesetzt.

Conrad DCF77 Modul

Beschaltung des DCF77 Modul

Prototyp der DCF77 Beschaltung inkl. RTC

Aus Empfangs- und Befestigungs-Gründen wurde zunächst der DCF77-Empfänger nach Plan auf dem Konsolen-Board PCB1 angebracht und befestigt. Das durch Schmitt-Triggern aufbereitete Signal wurde über den Pfostenstecker auf Board PCB2 geführt. Im eingebauten Aluminium-Eingenbaugehäuse traten jedoch Probleme beim Empfang des DCF77-Signals auf, so dass die Antennenleitung verlängert, und die Ferrit-Antenne in einem kleinen Kunststoffgehäuse außerhalb des Metallgehäuses befestigt werden musste. Seit dieser Abänderung ist der DCF77-Empfang stabil.

BASCOM selbst bietet bereits einige Möglichkeiten zum Empfang und zur Anbindung von DCF77. Die Systemeinstellungen wurden so gewählt, dass nur einmal innerhalb von 24 Stunden die Uhrzeit mit DCF77 synchronisiert wird.

Das DCF77-Signal:

Das DCF77-Signal wird jede Sekunde einmal gesendet. Nun ist zu beachten, wie lang der zur jeweiligen Sekunde gesendete Impuls ist. Bei einer Länge von 0,1s handelt es sich um eine '0', bei einer Impulsdauer von 0,2s um eine '1'. Um den Beginn einer Sendung zu erkennen, entfällt das 59. Bit. Dies dient als Synchronisationsgrundlage.

Insgesamt sieht das Bitmuster dann also folgendermaßen aus:

Bit-Bedeutung DCF77-Signal

Unten ein Beispiel für eine DCF77 Datenreihe (die untere Reihe dient lediglich der Orientierung):

                00000000000000000100100000101110010101000111100010001000001

                01234567890123456789012345678901234567890123456789012345678

Wie man sieht, ist das 17. Bit gesetzt, wir haben also Sommerzeit.
Dann ist Bit 20 wieder gesetzt --> Zeitbeginn.
Bei den Minuten ist lediglich Bit 26 gesetzt, es waren also 20 Minuten.
Da die Anzahl der gesetzten Bits bei den Minuten ungerade war, ist das Prüfbit (28.) gesetzt.
Da Bit 29, 30 und 33 gesetzt sind, ergibt sich die Stundenzahl zu 13.
Bei einer Zahl von 3 gesetzten Bits (ungerade) muss das Prüfbit (35.) wieder gesetzt sein.
Hiermit wäre bereits die Uhrzeit zu 13:20 Uhr bestimmt.
Analog kann man sich auch das Datum ausrechnen.

Ausgewertet wird das Signal bei mir mittels eines Timers sowie des externen Interrupts INT0. Wird am Pin eine steigende Flanke erkannt, wird der Interrupt ausgelöst und vermerkt in einer Variablen den Signalbeginn. Ein kontinuierlich laufenden Timerinterrupt beobachtet nun den Pin und zählt die Signaldauer mittels einer Variablen hoch. Detektiert der Timerinterrupt, dass am Pin L-Pegel herrscht, wertet er die Signaldauer aus und setzt die Variablen zurück. Wird gerade kein Signal empfangen, zählt der Timerinterrupt die Pausenzeiten aus, um eine Synchronisation (siehe 59. Bit) zu erreichen. Alle Werte werden in ein Array geschrieben. Ist dieses voll, wurde ein komplettes Zeitsignal empfangen. Nun kann dieses ausgewertet und die Uhrzeit entsprechend aktualisiert werden.
Achtung: Während der Dimmer arbeitet ist der Empfang des DCF77-Uhrenmoduls zu deaktivieren. Da es sonst zu zeitlichen Verschiebungen bei der Nulldurchgangserkennung kommen kann.


Beschaltung des DCF77 Moduls	Das DCF77 Modul von Conrad	Empfangene Datums- und Zeitinformation

Module - Datenlogger

Prototyp der EEPROM Beschaltung

Für die Speicherung von Messwerten mit Zeit und Datumsinformationen wird ein externes EEPROM an den AT-mega via I2C-Bus angekoppelt. Die Setting-Daten und Einstellungen werden im 4k großen internen EEPROM-Speicher des ATmega128 abgelegt. Dieser Abschnitt beschreibt primär die Ansteuerung des externen EEPROM, geht aber auch auf die Datenstrukturen und Zugriffsmechanismen des internen EEPROM ein.
Für die Umsetzung wurde der EEPROM-Typen der Firma ST24C512. Der Baustein ST24C512 ist ein 512KBit Baustein. Er ist über 65.536 x 8 Bit organisiert. Er besitzt einen 128Byte Page-Write-Modus, erlaubt aber partielle Page-Zugriffe.
Die Festlegung der Dateninhalte und Datenstrukturen wurden zum Zeitpunkt der Systemprogrammierung getroffen und dokumentiert!

Aus dem Datenblatt des 24C512 geht hervor, welche Leistungsmerkmale er besitzt:

Two Wire (I2C) Interface
Unterstützung von Busgeschwindigkeiten
Byte- und Page-Write-Mode
direkte Adressierung
automaisches Adress-Inkrement
mehr als 1 Million Schreib/Lese Zyklen
mindestens 40 Jahr Datensicherheit
Geräte-ID 0b1010xxxx = 0xA0

Beschaltung:

Beschaltung des externen EEPROM

Zu Testzwecken können die gemäß Spezifikation geforderten PullUp-Widerstände des I2C-Busses durch Jumper (JP1 und JP2) aktiviert / deaktiviert werden. Ggf. ist die Beschaltung auch durch Drahtbrücken im Layout zu ersetzen bzw. ausgeführt. In den Schaltplänen der weiteren I2C Busteilnehmer sind die PullUp-Widerstände ebenfalls ausgeführt. In einem System mit mehreren Teilnehmern wird die Beschaltung jedoch nur einmal benötigt um den Bus zu treiben.
Der Abschlusswiderstand kann zwischen 5k und 10k variiert werden. Erste Versuche bei einer Baudrate von 400kBit zeigen keine sauberen Rechteckflanken auf dem Datenbus so dass der Einsatz von 5k vorbereitet und getestet wird.

Ein I2C Gerät bildet aus seiner Geräte-ID und den möglichen Adresspins (A0-A2) seine Geräteadresse im Bus. Somit würden sich auch mehrere Geräte des gleichen Typs in einem Bus betreiben lassen. Für das Projekt ConvCtrl sind die Adressen via Jumper konfigurierbar.
Der gewählte Baustein ST24C512 besitzt nur zwei Adressleitung A0 und A1. Die Adressleitung A2 wie im obigen Schaltbild dargestellt (Pin3) ist beim ST24C512 not connected (NC).

Zum Betrieb des externen EEPROM wird die Adresse 0b00 gewählt. Daraus ergibt sich folgende Jumper-Stellung:

Jumper JP3 auf Position GND (1-2)

Jumper JP4 auf Position GND (1-2)

Jumper JP5 auf Position GND (1-2) (nicht relevant)

Im Gesamtdokument zum Projekt welches ja als Download auch hier auf dieser Seite bereitgestellt wird befinden sich ausführliche Oszillogramme welche die Kommunikation mit dem EEPROM beschreiben und erklären. Weiter habe ich wichtige Informationen als Zusammenfassung aus den Datenblättern aufgenommen. Alle diese Themen hier mit aufzunehmen würde den Rahmen sprengen, aus diesem Grund verweise ich darauf.

Beispiel einer Datensequenz im Projekt:

Oszillogramm einer I2C-Schreibsequenz

Unterschiede bei der Beschaltung der Abschlusswiderstände:

Die folgenden Oszillogramme zeigen den Unterschied bei einer Beschaltung der I2C-Buss Abschlusswiderstände mit 5kΩ und 10kΩ.

Oszillogramm I2C mit 10kΩ bei 400k Baud

Oszillogramm I2C mit 5kΩ bei 400 kBaud

Bustaktrate 100k Baud gegenüber 400k Baud:

Oszillogramm I2C bei 100 kBaud	Oszillogramm I2C bei 400 kBaud
Ch1 (gelb) dargestellt ist die Datenleitung SDA. Ch2 (hellblau) dargestellt ist die Clockleitung SCL.

Adressraum und Datenfestlegung EEPROM:

Der Adressraum des 24C512 umfasst die Adressen 0x0000 bis 0xFFFF (0 - 65.535). Es ist vorgesehen die Tabelle für die Initialisierung und die Basisdaten im internen EEPROM des ATmega128 abzulegen. Für Das Datenlogging der Umweltdaten dient das externe EEPROM.

Datenstrukturen und Datenfelder im EEPROM (intern und extern)

Software - Zeit und Datum

Wie oben beschrieben, verfügt das Gesamtsystem über die Möglichkeit, das DCF77-Funkuhrsignal zu empfangen. Zur Laufzeit wurde im System eine SoftClock implementiert welche Zeit- und Datumsinformationen bereithält.
über diese Zeit- und Datumsinformationen wurde eine Timersteuerung für die Beschattung realisiert welche unten noch etwas genauer beschrieben ist. Die SoftClock erzeugt einen Sekundentakt welcher zum Scheduling von Zeitfunktionen, Timeouts usw. verwendet wird.

Um sofort nach Systemstart aktuelle Zeit- und Datumsinformation zur Verfügung zu haben, wurde neben dem DCF77-Empfang noch eine RTC eingesetzt.

Beschaltung der RTC DS1307

Für die Verwaltung / Berechung der Urzeit im Projekt ConvCtrl wir der externe RTC-Baustein DS 1307 (Echtzeituhr) mit Stützbatterie eingesetzt. Diese Vorgehensweise dient zur Entlastung des Gesamtsystem gegenüber der ursprünglichenVorgehensweise bei der die Zeitrechung über SW und Timer-Interrupt geplant war.
über diesen Weg muss der RTC nur einmal bei Systemstart über den DCF77-Empfänger aktualisiert werden. Als weitere Synchronisation wird optional alle 24 Stunden einmal neu synchronisiert.
Die RTC wird über eine 3V Stützbatterie mit Spannungs versorgt so dass die Urzeit auch gehalten werden kann wenn die Steuerung selbst abgeschaltet ist.

Die RTC DS1307 verfügt über einen I2C-Bus so dass hier keine weiteren Ressourcen benötigt werden. Die Uhr kann parallel zum I2C-EEPROM adressiert und betrieben werden.

Detailinformationen zum DS1307:

TWI (I2C)-Schnittstelle
100 kHz Protokoll
Echtzeituhr für Jahr, Monat, Stunde, Minute und Sekunde
geringe Stromaufnahme
batteriegestützte Datenhaltung, weniger als 500 nA im Batteriebetrieb
Daten liegen im BCD Format vor
Register 0 = Sekunde, BCD, Bit7 Stop/Run RTC
Register 1 = Minute, BCD
Register 2 = Stunde, BCD
berücksichtigt Schaltjahre bis 2100
GeräteID 0B1101xxxx = 0xD0
keine Adresserweiterung, also nur eine RTC in einem Bus

Die Beschaltung des DS1307 RTC:

Aufschaltung des DS1307 an ATmega

Die RTC DS1307 wurde im Rahmen der DCF77 Anbindung in Betrieb genommen.

Software - Selbstcheck

Kurz ein paar Gedanken zum Selbsttest...

Während der Initialisierungsphase wird bereits das Display initialisiert und der StartUp-Bildschirm angezeigt. Danach werden alle weiteren Datenstrukturen geladen, PIN's initialisiert und Module aktiviert. Nach erfolgreicher Initialisierung kann ein kurzer Dreifach-Beep ausgegeben werden. Dieser Beep ist aber abhängig von der Systemeinstellung mittels derer die Akustikausgabe ein- und ausgeschaltet werden kann. Nach dem Selbscheck und der Initialisierung wird für 3 Sekunden das aktuelle Datum und die Uhrzeit angezeigt. Danach schaltet das Display in das Hauptmenü und das System ist bereit über Tasten bedient zu werden.

Erkannte Fehler und Fehlerzustände im System sollen abgefangen und zyklisch auf dem Display angezeigt werden. Zum aktuellen Implementierungsstand der Software ist die Funktion jedoch noch nicht vollständig umgesetzt bzw. konnten keine geeigneten Funktionen festgelegt und gefunden werden für des es sinnvoll wäre Fehlermeldungen auszugeben. Bei Erkennung eines Fehler könnte auch ein Warnton ausgegeben werden. Aber auch diese Funktion ist nicht umgesetzt. Zusätzliche HW für Eigendiagnose und Selbstüberwachungwurde nicht umgesetzt.

Software - Timersteuerung

Die Timer im Gesamtsystem haben der Priorität nach der Reihenfolge Timer2, Timer1, Timer0, Timer3.
Im Projekt werden die Timer 1, 2 und 3 verwendet.

Timer1:

Der Timer1 wird für die Konfiguration und Ansteuerung der DCF77 Funkuhr verwendet.

Timer2:

Der Timer2 hat die höchste Priorität im System. Mit ihm wird der Dimmer, genauer gesagt der TRIAC-Zündimpuls gerechnet. Nach einer Nulldurchgangserkennung des Netzspannung-Sinus wird der Timer2 mit dem zur Helligkeit korrespondierenden Wert geladen. Sobald der Timer abgelaufen ist wird über die Timer-ISR der Triac gezündet.

Timer3:

Der Timer3 wird für die Puls-Weiten-Modulation (PWM) verwendet. OC3A: Er dient zur Steuerung der Display-Helligkeit. Genauere Erläuterungen und Beschreibungen sowie der Beispielcode ist im Kapitel zum LCD-Display enthalten. OC3B: Er dient zur Steuerung der Lüftergeschwindigkeit. Genauere Erläuterungen und Beschreibungen sowie der Beispielcode ist im Kapitel zum Lüfter enthalten.

Weitere Timerfunktionen:

In der Software wurden vom Benutzer programmierbare Timer eingebaut mittels derer es möglich ist, die Beschattung zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Tag automatisch auf- und zufahren zu lassen. Die Funktionen selbst sind niederprior und werden durch Umweltbedingungen überlagert. Ein Timer löst nicht aus falls der Regensensor oder der Windsensor ansprechen. Eine einmalig nicht ausgelöst Funktion wird nicht gebuffert und zu einem späteren Zeitpunkt ausgelöst. Für weitere Details verweise ich auf den Sourcecode und die darin in ausreichender Anzahl enthaltenen Kommentare sowie auf die Menüstrukturen.

Sonstiges - Gehäuse

Trotz langer Suche konnte ich kein geeignetes Gehäuse für meinen Bedarf finden und ermitteln. Somit entschied ich mich nach einer Bauhausmeditation für den Weg, aus vorgefertigten Aluminiumprofilen ein eigenes Gehäuse zu bauen. Heute muss ich sagen, die Entscheidung war richtig und das maßgefertigte Gehäuse erfüllt seine Zwecke hervorragend. Aber der Weg dort hin war mühsam und Schweißtreibend.

Das Gehäuse wurde aus Aluminium gefertigt, mit speziellem Porenfüller grundiert und mit cremweißer Frabe passend zur Fasadenfarbe lackiert. 1/3 der Oberfläche ist geschlossen. Die Bedienelemente sind mit Acrylglas abgedeckt.

Nun folgen einige Impressionen zum Gehäuse als auch die Konstruktionszeichnungen im Details.


Gesamtansicht	Gesamtansicht Front geschlossen	Gesamtansicht Deckel und Boden

Rückseite	Linke und rechte Seite	Materialauswahl

Fertigstellung und Einbau

So, und hier abschließend noch einige Eindrücke von der Fertigstellung und vom Einbau der Steuerung:


Verkabelung bei Einbau	Fertiger Einbau

Geschlossene Front	Fertiges Gesamtsystem

Stücklisten

Die folgenden Teile und Baugruppen wurden für die Wintergartensteuerung ConvCtrl verarbeitet:

Menge	Bauteile	Beschreibung	Lieferant	Bestellnummer	Maße	Preis
Stückliste für PCB1: Controller-Board
1	--	Axiallüfter 12V 40x40+	Conrad Electronic	53 73 14 - 62	40x40mm	14,95 €
1	--	Kippschalter R13-405AL-05 RT LED	Conrad Electronic	70 10 47 - 62	--	1,50 €
1	--	Kleinwindgeber Schalenkreuzanemometer	rb-messtechnik	RE177858	--	50,00 €
1	--	Crimpsockelgehäuse, einreihig, grün	RS Online	233-1817	2-polig	4,15
1	--	Crimpkontakt, Snap-In, 32-28AWG, 0.63mm, vergoldet	RS-Online	233-1889	0.63mm	9,70 €
1	--	Kippschalter, 2-polig, 3A-25, Ein-Ein	Reichelt Elektronik	MS 500F	--	1,70 €
2	--	Aufsteckkühlkürper TO-220	Reichelt Elektronik	V FI342	TO-220	2,30 €
2	--	D-SUB Buchse, 9-polig f. Flachbandkabel	Reichelt Elektronik	D-SUB BU 09FB	--	0,92 €
1	--	Lithium-Knopfzelle, 3 Volt, 38 mAh	Reichelt Elektronik	BR 1225	12,5x2,5mm	0,85 €
2	--	Pfostenbuchse, 10-polig mit Zugentlastung	Reichelt Elektronik	PFL 10	--	0,182 €
2	--	Pfostenbuchse, 40-polig, mit Zugentlastung	Reichelt Elektronik	PSL 40	--	1,30 €
1	--	Flachbandkabel AWG28, 40-pol	Reichelt Elektronik	AWG 28-40F 3M	3m	11,80 €
1	--	Flachbandkabel AWG28, 10-pol., grau, 3m-Ring	Reichelt Elektronik	AWG 28-10G 3M	3m	2,05 €
1	J2	0R Brücke	--	--	--	--
5	D1, D2, D3, D4, D5	Diode 1N4148	Reichelt Elektronik	1N 4148	--	0,10 €
1	OC1	Optokoppler 4N25	Reichelt Elektronik	4N 25	DIL-8	0,17 €
4	RL1, RL2, RL3, RL4	Steckrelais, 1x UM, 250V/10A, 12V, RM 5,0mm	Reichelt Elektronik	FIN 40.51.9 12V	RM5,0	64,0 €
1	IC4	AND-Gatter 74HCT08N	Reichelt Elektronik	74HTC 08	DIL-14	0,18 €
1	IC7	Hex inv. Schmitt-Trigger 74HCT14N	Reichelt Elektronik	74HTC 14	DIL-14	0,21 €
1	IC5	XOR-Gatter 74HCT86N	Reichelt Elektronik	74HTC 86	DIL-14	0,22 €
1	IC10	NAND-Gatter 74HCT132N	Reichelt Elektronik	74HTC 132	DIL-14	0,28 €
1	IC2	Octal Driver 74HCT245N	Reichelt Elektronik	74HTC 245	DIL-20	0,31 €
3	X3, X4, X6	Anreihklemme 2-polig, RM5,0	Reichelt Elektronik	AKL055-02	RM5,0	0,42 €
1	X5	Anreihklemme 3-polig, RM5,0	Reichelt Elektronik	AKL055-03	RM5,0mm	0,14 €
1	X2	Anreihklemme 3-polig, RM7,5	Reichelt Elektronik	AKL171-03	RM7,5mm	0,42 €
1	X1	Anreihklemme 4-polig, RM7,5	Reichelt Elektronik	AKL171-04	RM7,5mm	0,59 €
1	IC6	CMOS seriell EEPROM	Reichelt Elektronik	ST 24C512 BN6	DIP-8	2,60 €
1	B2	DIL-Gleichrichter B250C800	Reichelt Elektronik	B250C800DIP	DIL-8	0,48 €
4	Q2, Q3, Q4, Q5	Transistor BC546B	Reichelt Elektronik	BC 546B	--	0,16 €
1	Q6	BD139	Reichelt Elektronik	BD 139	--	0,12 €
1	BAT1	Knopfzellenhalter für 12 mm	Reichelt Elektronik	KZH 12-1	12 mm	1,75 €
2	C20, C21	1,2nF CAPACITOR025-025X050	Reichelt Elektronik	KERKO 1,2N	--	0,082 €
2	C8, C9	22pF CAPACITOR025-025X050	Reichelt Elektronik	KERKO 22P	--	0,10 €
1	C11	47nF CAPACITOR050-025X075	Reichelt Elektronik	KERKO 47N	--	0,14 €
2	C24, C26	100 nF CAPACITOR050-025X075	Reichelt Elektronik	KERKO 100N	--	0,144 €
14	C1, C2, C4, C5, C6, C7, C10, C12, C13, C19, C22, C27, C28, C29	100nF CAPACITOR050-025X075	Reichelt Elektronik	MKS-2 100N	--	0,98 €
1	C25	10nF 230V CAPACITOR102-043X133	Reichelt Elektronik	MKS-4-630 10N	--	0,11 €
1	Q1	16,0000 MHz CRYTALHC49U-V	Reichelt Elektronik	16,0000-HC49U-S	--	0,24 €
1	Q7	32,768 kHz CRYTALTC26V	Reichelt Elektronik	7,3728-HC49U-S	--	0,24 €
1	IC8	Real-Time-Clock RTC DS1307	Reichelt Elektronik	DS 1302	DIP-8	4,50 €
1	L1	Drosselspule 10µH INDUCTOR0207/12	Reichelt Elektronik	SMCC 10µ	axial	0,16 €
4	JP2, JP4, JP5, JP6	Jumper JP1E	Reichelt Elektronik	SL 1X50W 2,54	RM2,54	0,56 €
1	JP3	Jumper JP2E	Reichelt Elektronik	-- siehe JP2 --	RM2,54	0,00 €
1	LED1	LED3MM rot low current	Reichelt Elektronik	LED 3MM 2MA RT	3 mm	0,09 €
1	IC9	Operationsverstärker LM358N	Reichelt Elektronik	LM 358 DIP	DIP-8	0,092 €
1	SV5	MA03-2 für ISP06	Reichelt Elektronik	SL 2X50G 2,54	RM2,54	0,68 €
1	SV4	MA05-2 für ISP10	Reichelt Elektronik	-- siehe SV5 -	RM2,54	0,00 €
1	SV7	MA05-2 für RS232	Reichelt Elektronik	-- siehe SV5 -	RM2,54	0,00 €
1	SV3	PinHeader Male 2x13 (Power) MA13-2W	Reichelt Elektronik	SL 2X13W 2,54	RM2,54	0,26 €
1	SV2	PinHeader Male 2x13 (Supply) MA13-2W	Reichelt Elektronik	SL 2X13W 2,54	RM2,54	0,26 €
1	SV1	PinHeader Male 2x20 MA20-2	Reichelt Elektronik	-- siehe SV5 --	RM2,54	0,00 €
1	IC3	RS232 Interface MAX232	Reichelt Elektronik	MAX 232 EPE	DIL-16	1,90 €
1	IC1	ATMega AVR 128-16 TQFP64	Reichelt Elektronik	ATMEGA 128-16 TQ	TQFP64	7,25 €
1	OC2	Optokoppler MOC3020M	Reichelt Elektronik	MOC 3020	DIL-8	0,29 €
4	C15, C16, C17, C18	1µF POLARIZEDCAPACITORE2.5-5	Reichelt Elektronik	RAD 1/63	5x11mm, RM2,0mm	0,16 €
1	C3	47µF POLARIZEDCAPACITORE2.5-6	Reichelt Elektronik	RAD 47/35	6,3x11mm, RM2,5mm	0,04 €
1	C23	470µF POLARIZEDCAPACITORE5-10.5	Reichelt Elektronik	RAD 470/25	10x16mm, RM5,0	0,11 €
1	R32	1k5 RESISTOR0207/10	Reichelt Elektronik	METALL 1,50K	--	0,08 €
1	R3	4k7 RESISTOR0207/10	Reichelt Elektronik	METALL 4,70K	--	0,08 €
14	R1, R2, R6, R12, R15, R16, R18, R20, R22, R23, R25, R31, R33, R34	10k RESISTOR0207/10	Reichelt Elektronik	METALL 10,0K	--	1,12 €
4	R7, R8, R9, R10	15k RESISTOR0207/10	Reichelt Elektronik	METALL 15,0K	--	0,32 €
2	R21, R24	22k RESISTOR0207/10	Reichelt Elektronik	METALL 22,0K	--	0,16 €
1	R17	39R RESISTOR0207/10	Reichelt Elektronik	METALL 39,0	--	0,08 €
1	R26	39k RESISTOR0207/10	Reichelt Elektronik	METALL 39,0K	--	0,08 €
1	R14	220R RESISTOR0207/10	Reichelt Elektronik	METALL 220	--	0,08 €
1	R13	330R RESISTOR0207/10	Reichelt Elektronik	METALL 330	--	0,08 €
2	R27, R28	330k RESISTOR0207/10	Reichelt Elektronik	METALL 330K	--	0,16 €
3	R4, R5, R19	470R RESISTOR0207/10	Reichelt Elektronik	METALL 470	--	0,24 €
1	R29	500R RESISTOR0207/10	Reichelt Elektronik	METALL 499	--	0,08 €
1	R11	100k 1W RESISTOR0411/15	Reichelt Elektronik	METALL 100K	--	0,08 €
1	SP1	Piezo Schallwandler RMP-14SP	Conrad Electronic	71 01 07 - LN	--	1,87 €
1	L2	Funk-Entstördrossel, 50 Windungen, 100µH	Reichelt Elektronik	FED 100µ	--	1,60 €
1	F2	Feinsicherung 2,00 A träge	Reichelt Elektronik	TRAEG 2,0A	5x20mm	0,072 €
1	F1	Feinsicherung 3,15A träge	Reichelt Elektronik	MTR 3,15A	5x20mm	0,072 €
4	--	Sicherungshalter, 5x20mm, max. 6,3A-250V	Reichelt Elektronik	PL 120000	5x20mm	0,20 €
1	SHT1	Feuchtigkeitssensor Sensirion SHT71	Farnell	4130686	--	22,30 €
1	T1	Triac TIC225S	Reichelt Elektronik	TIC 225D	TO-220	0,79 €
1	R30	Einstellpotentiometer stehend 5k TRIM_EU-PT10S	Reichelt Elektronik	PIHER 10-S 5,0K	10mm	0,38 €

Stückliste für PCB1: Controller-Board

Menge	Bauteile	Beschreibung	Lieferant	Bestellnummer	Maße	Preis
Stückliste für PCB2: Konsolen-Board
2	J1, J2	0R Brücke	--	--	--	-- €
3	D1, D2, D3	Diode 1N4148	Reichelt Elektronik	1N 4148	--	0,06 €
1	IC5	Inverter 74HCT04N	Reichelt Elektronik	74HCT 04	--	0,18 €
1	IC2	Dreifach-AND-Gatter 74HCT11N	Reichelt Elektronik	74HCT 11	--	0,18 €
2	IC3, IC4	Dual-4Bit-Latch SN74116N	ELW Elektronik Handels GmbH	00085106	--	5,42 €
1	IC1	Präzisions-OpAmp AD623	Farnell	9603700	--	6,45 €
2	Q1, Q2	Transistor BC547B	Reichelt Elektronik	BC 547B	--	0,062 €
1	C2	10 µF Tantal CAPACITOR025-024X044	Reichelt Elektronik	TANTAL 10/25	--	0,25 €
1	C1	100 nF Keramik CAPACITOR050-024X044	Reichelt Elektronik	KERKO 100N	--	0,072 €
1	C3	100 nF CAPACITOR050-025X075	Reichelt Elektronik	MKS-2 100N	--	0,07 €
3	C4, C5, C6	100nF CAPACITOR050-025X075	Reichelt Elektronik	MKS-2 100N	--	0,21 €
1	DCF1	DCF77	Conrad Electronic	64 11 38 - 62	--	10,21 €
5	RN1, RN2, RN3, RN4, RN5	1k5 E4R Widerstand-Netzwerk	Reichelt Elektronik	SIL 8-4 1,5K	4Wid./8Pins	2,80 €
1	LCD1	EA_DOG-M_DISPLAY DOG-Serie 3,3V Hintergrund: weiss	Reichelt Elektronik	EA DOGM163W-A	--	12,60 €
1	--	Led-Beleuchtung für EA DOGM..Farbe: weiss	Reichelt Elektronik	EA LED55X31-W	--	10,20 €
2	JP1, JP2	Jumper JP2E	Reichelt Elektronik	SL 1X50W 2,54	RM2,51	0,56 €
15	LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7, LED9, LED10, LED12, LED14, LED15, LED18, LED19, LED20	LED 3mm gelb low current	Reichelt Elektronik	LED 3MM 2MA GE	3mm	1,35 €
2	LED8, LED11	LED 3mm grün low current	Reichelt Elektronik	LED 3MM 2MA GN	3mm	0,18 €
3	LED13, LED16, LED17	LED 3mm rot low current	Reichelt Elektronik	LED 3MM 2MA RT	3mm	0,27 €
1	SV1	PinHeader 2x20 Male gewinkelt MA20-2W	Reichelt Elektronik	SL 2X50W 2,54	RM2,54	1,10 €
1	S1	Kurzhubtaster MJTP1230	Reichelt Elektronik	Taster 3301	--	0,082 €
2	R1, R2	1k2 RESISTOR0207/10	Reichelt Elektronik	METALL 1,20K	--	0,16 €
8	R4, R6, R7, R8, R9, R11, R13, R14	1k5 RESISTOR0207/10	Reichelt Elektronik	METALL 1,50K	--	0,64 €
1	R5	6k RESISTOR0207/10	Reichelt Elektronik	METALL 6,00K	--	0,08 €
1	R10	10k RESISTOR0207/10	Reichelt Elektronik	METALL 10,0K	--	0,08 €
1	R3	30R RESISTOR0207/10	Reichelt Elektronik	METALL 30,0	--	0,08 €
1	R12	400k RESISTOR0207/10	Reichelt Elektronik	METALL 402K	--	0,082 €
2	S2, S3	Eingabetaster schwarz, Schaltspannung: 24V,fürLED	Reichelt Elektronik	DTL 2 SW	--	3,70 €
2	S8, S9	Eingabetaster gelb, Schaltspannung: 24V, für led, ge	Reichelt Elektronik	DTL 2 GE	--	3,70 €
1	S6	Eingabetaster rot, Schaltspannung: 24V, für led, ge	Reichelt Elektronik	DTL 2 RT	--	1,85 €
4	S4, S5, S7, S10	Eingabetaster blau, Schaltspannung: 24V, für led, ge	Reichelt Elektronik	DTL 2 BL	--	7,40 €
1	TSL1	Lichtsensor TSL250R	Farnell	1182346	--	4,69 €

Stückliste für PCB2: Konsolen-Board

Menge	Bauteile	Beschreibung	Lieferant	Bestellnummer	Maße	Preis
Stückliste für PCB3: Schaltnetzteil
2	D1, D2	Diode 1N5821	RS-Online	1N 5821	RM15	1,64 €
1	X2	Anschlussklemme 2-polig, RM7,5mm	Reichelt Elektronik	AKL 171-02	RM7,5mm	0,29 €
1	X1	Anschlussklemme 3polig, RM7,5mm	Reichelt Elektronik	AKL 171-03	RM7,5mm	0,43 €
2	BR1, BR2	Gleichrichter B40C1500	Reichelt Elektronik	B40C1500-WW-	--	0,52
1	B1	DIL-Gleichrichter B250C800DIP	Reichel Elektronik	B250C800DIP	DIL8	0,48 €
1	C7	220nF / 275V CAPACITOR225-087X268	Reichelt Elektronik	MKP-10-630 220N	--	0,94 €
2	SV1, SV2	2x13pol. Buchsenleiste, gewinkelt, RM 2,54	Reichelt Elektronik	BL 2X13W8 2,54	RM2,54	1,28 €
1	TR1	Trafo 30VA, 2x 15V, 2x 1000mA	Reichelt Elektronik	UI 39/21 215	--	11,20 €
1	JP1	JP1E für LED in Hauptschalter	Reichelt Elektronik	SL 1X50W 2,54	RM2,54	0,56 €
2	LED1, LED2	LED3MM grün low current	Reichelt Elektronik	LED 3MM 2MA GN	3mm	0,18 €
1	U1	Schaltregler LM2576T-5 für 5V	Reichelt Elektronik	LM 2576 T5,0	--	1,65 €
1	U2	Schaltregler LM2576T-12 für 12V	Reichelt Elektronik	LM 2576 T12	--	1,95 €
1	D3	Überspannungsschutzdiode 6,8V	Reichelt Elektronik	P6KE 6,8CA	--	0,17 €
1	D4	Überspannungsschutzdiode 15V	Reichelt Elektronik	P6KE 15CA	--	0,17 €
2	L1, L2	Schaltregler Induktivität 220 µH 1,4 A PE-52626	Farnell	1209548	--	19,90 €
2	C3, C4	100µF POLARIZEDCAPACITORE2.5-7	Reichelt Elektronik	RAD 100/35	8x11mm RM3,5mm	0,144 €
2	C5, C6	1000µF POLARIZEDCAPACITORE5-13	Reichelt Elektronik	RAD 1.000/35	12,5x25mm RM5,0mm	0,62 €
2	C1, C2	2200µF POLARIZEDCAPACITORE7.5-16	Reichelt Elektronik	RAD 2.200/35	16x25mm RM7,5mm	0,94 €
2	R3, R4	1M RESISTOR0207/12	Reichelt Elektronik	METALL 1,00M	--	0,16 €
1	R1	1k5 RESISTOR0207/12	Reichelt Elektronik	METALL 1,50K	--	0,08 €
2	R2	6k04 RESISTOR0207/12	Reichelt Elektronik	METALL 6,04K	--	0,16 €
1	R5	100R RESISTOR0207/12	Reichelt Elektronik	METALL 100	--	0,08 €
1	R6	1k / 1W RESISTOR0414/15	Reichelt Elektronik	2W METALL 1,0K	--	0,09 €
1	F1	Feinsicherung 0,16A flink	Reichelt Elektronik	FLINK 0,16A	5x20mm	0,072 €
2	F2, F3	Feinsicherung 1A flink	Reichelt Elektronik	FLINK 1,0A	5x20mm	0,144 €
6	--	Sicherungshalter, 5x20mm, max. 6,3A-250V	Reichelt Elektronik	PL 120000	5x20mm	0,30 €

Stückliste für PCB3: Schaltnetzteil

Hinweis: Bestellnummern und Preise beziehen sich auf den Zeitpunkt der Projektumsetzung Mai 2009 und können abweichen!!

Schaltpläne

Die Schaltpläne zu diesem Projekt liegen als Eagle-SCH-Dateien vor und befinden sich weiter unten im Bereich Dokumente aufgelistet. Für alle welche kein Eagle besitzen anbei die Schaltpläne als PDF-Dateien. Die PDF's befinden sich hier unter den jeweiligen Links zum Download.

Schematic PCB1: Controller-Board	Schematic PCB2: Konsolen-Board	Schematic PCB3: Schaltnetzteil


PCB1 Bestückseite	PCB1 Lötseite

PCB2 Bestückseite	PCB2 Lötseite

Bestückpläne

Die Bestückpläne zu diesem Projekt liegen als Eagle-BRD-Dateien vor und befinden sich weiter unten im Bereich Dokumente aufgelistet. Für alle welche kein Eagle besitzen anbei die Bestückpläne als PDF-Dateien. Die PDF-Dateien sind zusammengefasste Bestückpläne und Layoutansichten in einem Dokumente. Die PDF's befinden sich hier unter den jeweiligen Links zum Download.

Bestückung PCB1: Controller-Board	Bestückung PCB2: Konsolen-Board	Bestückung PCB3: Schaltnetzteil

PCB's

Die Board-Daten zu diesem Projekt liegen als Eagle-BRD-Dateien vor und befinden sich weiter unten im Bereich Dokumente aufgelistet. Für alle welche kein Eagle besitzen anbei die Bilder zum Layout als PDF-Dateien. Die PDF-Dateien sind zusammengefasste Bestückpläne und Layoutansichten in einem Dokumente. Die PDF's befinden sich hier unter den jeweiligen Links zum Download.

Layout PCB1: Controller-Board	Layout PCB2: Konsolen-Board	Layout PCB3: Schaltnetzteil

Software

Die Software zur Wintergartensteuerung wurde in BASCOM-AVR einem Basic Compiler der Firma MCS-Electronics erstellt und hier zum Download zu verlinken!

	BASCOM-AVR Sourcecode zu ConvCtrl			BIN-File zu ConvCtrl
	HEX-File zu ConvCtrl			ConvCtrl Sourcecode als RTF-File

Laborsystem mit funktionierender Software

Dokumentation und Daten

An dieser Stelle befinden sich die Dokumente zur Entwicklung. Speziell befinden sich hier die jeweiligen Eagle-Dateien für Schaltpläne und PCB's.

	PCB3: Eagle-Datei Schematic für das Netzteil			PCB3: Eagle-Datei Board für das Netzteil
	PCB1: Eagle-Datei Schematic für das Controller-Board			PCB1: Eagle-Datei Board für das Controller-Board
	PCB2: Eagle-Datei Schematic für das Konsolen-Board			PCB2: Eagle-Datei Board für das Konsolen-Board
	Gesamtdokumentation Projekt			Dokumentation der Menüstrukturen

Mitgeltende Unterlagen und Sonstiges

Da die einzelnen Bedienungsaneleitungen und Datenblätter im Internetselbst zum freien Download angeboten werden erlaube ich mir, für die von mir verwendeten Module die jeweiligen Bedienungsanleitungen und Datenblätter hier zum Download zu verlinken!

	Datenblatt und Bauanleitung zum Regensensor von Conrad Electronic
	Anschlussplan zum DCF77-Modul von Conrad Electronic
	Datenblatt 2 zum DCF77-Modul von Conrad Electronic
	Datenblatt 2 zum DCF77-Modul von Conrad Electronic

Das Laborsystem

Wintergartensteuerung ConvCtrl:

Motivation und Zielsetzung