RS-485 Bus für Steuerungsaufgaben im Haus

Nach ein paar Experimenten mit dem Busprotokoll "eBus" der Zeitschrift "Elektor" und dem nicht unerheblichen Aufwand vieles von Grund auf zu Programmieren, hatte ich mich nach bestehenden Lösungen umgeschaut. Da eine Anbindung an FEHM geplant war, bin ich im FHEM Wiki auf die selbst entwickelten, sogenannten "Homebrew" Geräte gestoßen.
Es gibt eine Arduino Library für das Homematic Wire Protokoll, auf dessen Basis (bzw. der Vorgänger-Library) bereits einige Geräte entwickelt wurden. Die Geräte, die ich einsetzen möchte habe ich auf die aktuelle Library portiert und zum Teil mit neuen Funktionen erweitert. Der Quellcode zu den folgenden Geräten ist auf GitHub zu finden.

Funktionen

Mögliche/Geplante Funktionen und Steuerungsaufgaben

• Licht Steuern (innen, außen, Bewegungsmelder, Helligkeit, „Aufwachlicht“)...?
• Steckdosen schalten (Lampen, Standby erkennen, o.ä.)
• Heizung Regeln (Temperaturmessung, innen, außen, Ventilsteller, etc.)
• Jalousie Steuern (Helligkeit, Sonnenstand, Zeit)
• Rauchmelder, Fenster, Türen Überwachen?

Bus Module

Da die Busmodule mit "echten" Homematic Wired Geräten kompatibel seien sollen, sind neben dem Protokoll auch die elektrische Details wichtig.
Ein paar grundlegende Komponenten sind daher in jedem Busmodul vorhanden. Neben dem RS-485 Bus Treiber (hier ein MAX487), ist eine 5V Spannungsversorgung für den Mikrocontroller mit einem DC-DC Wandler um den Chip MC34063A verbaut. So soll möglichst verlustfrei die 24 Volt Gleichspannung vom Bus dem Mikrocontroller zur Verfügung gestellt werden.
Damit von der gesamten Anlange wenig Energie verbraucht wird gibt es kaum LEDs, die dauerhaft leuchten. Um z.B. den Status der Relais im Schaltaktor anzuzeigen muss ein Taster betätigt werden.

... Dokumentation der Module wird laufend ergänzt...

	USB nach RS-485 Adapter
	Anbindung an FHEM, o.ä. Mit FTDI Chip FT232RL
	HBW-LC-BL-8 / HBW-LC-BL-4
	8 (7) und 4-Kanal Rollladenaktor (Hutschiene)
	HBW-LC-Sw-8
	8-fach Schaltaktor (Mit "normalen" monostabilen Relais - oder als Digitalausgänge nutzbar.) >>> GitHub
	HBW-CC-VD-8
	8-fach Ventilsteller und PID Regler + OneWire Temperatursensoren
	HBW-LC-Sw-12
	12-fach Schaltaktor (Mit bistabilen Relais [und Stommessung auf 6 Kanälen].) (Hutschiene)
	HHBW-SC-10-Dim-6
	6 Kanal PWM/0-10V/1-10V Master Dimmer + 10 digitale Eingänge (Hutschiene)
	HBW-SD6-Multikey
	6-fach Taster (6+6 Taster/Schalter Eingänge, 6+6 PWM LEDs, 6 1-Wire Temperatursensoren, 2 Analogeingänge)
	PIC 1 Testnode (veraltet)
	Microchip Prozessor und Bustreiber, sonst nix.
	Weitere Module >>> GitHub

Busprotokoll

Busaufbau und Protokolldetails.
FHEM Forum Thema: Homematic Wired - Homebrew Devices. Entwicklung eigener Geräte.

Zusätzliche Protokolle

Sofware

Hardware Kernkomponenten

Um den Aufbau der Sensoren und Aktoren zu vereinfachen, wurde die Hardware in ein paar Module unterteilt, welche möglichst unverändert immer wieder zum Einsatz kommen können. Damit sollte der Aufwand zur Erstellung der Platinenlayouts, der Programmierung und auch die Anzahl der unterschiedlichen Bauteile reduziert werden.

Spannungsversorgung

Die Wandlung der Busspannung von 24 auf 5 Volt erfolgt mit einem "Step-down" Wandler. Im Gegensatz zu linear Reglern (wie z.B. µA7805) haben sie einen deutlich besseren Wirkungsgrad, da hier die Spannungsdifferenz nicht einfach "verheizt" wird. Die Kosten liegen etwas höher, spart aber deutlich Standby Leistung ein. Möglich wäre auch "Step-down"/"DC-DC" Wandler als fertiges Modul einzusetzen.

Die hier genutzte Schaltung baut auf einem MC34063A auf, welcher relativ simpel, aber auch günstig ist.
Die Wandlerschaltung ist für einen maximalen Ausgangsstrom von 210mA bei 5V Ausgelegt. Da nur Mikrocontroller, Bustreiber und LEDs (u.ä.) versorgt werden müssen sollte dies mehr als ausreichend sein. Die Relais werden direkt mit 24V geschaltet. Ab einer Eingangsspannung von ca. 18V erreicht die Ausgangsspannung die erforderlichen 5V.

Vin: 23.5V Vout: 5V Iout: 214mA Vripple: 12.4mV(pp) Fmin: 42.9kHz --------------------- Ct (C2)=220 pF Ipk=428 mA Rsc (R3, R4)=0.701 Ohm Lmin=225 uH Co=101 uF R1=1k R2=3k (5V) MC34063A design tool

Busankopplung

Der MAX487 stellt die Verbindung zum RS-485 Bus her. Es ist ein Half-Duplex Baustein. Von diesem Typ können bis zu 128 an einen Bus angeschlossen werden. Der Suffix "ESA", statt "CSA" weist auf einen erweiterten Temperaturbereich hin. Eine weitere Variante ist MAX487E, welcher ESD Geschützt ist (bis 15kV). Der Suffix "ECSA" identifiziert den ESD Geschützten Bautein mit normalen Temperaturbereich (0°C bis +70°C). (MAX487EESA: -40°C bis +85°C, SO-8 Gehäuse)
Wenn ein Busenkoppler ohne ESD Schutz eingesetzt wird, könnte mit zwei Überspannungsschutzdioden z.B. "PESD5V0S1BA" ein Schutz bis 30kV geschaffen werden. (vorausgesetzt der restliche Teil der Schaltung ist ebenfalls geschützt)

Ein sehr einfacher, aber effektiver Schutz (nicht gegen Überspannung) ist die Verpolungsschutzdiode (B140/SB140) – auch "Idioten-Diode" genannt – für den Fall das man versehentlich die Versorgungsspannung falsch angelegt hat.

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