.: Christians Technikseite :.
   .: The rotary way of life ...

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
Da die Geräte von Berker und Gira baugleich sind, ist dessen Kompatibilität anzunehmen.

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.

Pinnummern der Schnittstelle zwischen Einsatz und Aufsatz


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.

Schaltplan Version 1.1

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.

Layout Version 1.1

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.

Platine vor dem Bestücken Version 1.1 Bestückungsseite Version 1.1 Leiterbahnseite Version 1.1 Fertiges Gerät Version 1.1 

Download.

Schaltplan, Layout, Firmware

Hardware 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.

Schaltplan Version 2.0Die 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.

Layout Version 2.0Das 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 vom ersten Prototypen:
Prototyp Version 2.0 Prototyp Bestückungsseite Version 2.0 Prototyp Leiterbahnseite Version 2.0
Fotos von der Serienversion:
Komplettes Gerät von vorne Version 2.0 Komplettes Gerät von hinten Version 2.0 Platine von vorne Version 2.0 Platine von hinten Version 2.0 Lieferumfang des Bausatzes Version 2.0 Fräsen des Gehäuses Version 2.0 Programmier- und Testadapter für die Version 2.0

Download.

Schaltplan, Layout, Firmware
Aufbau- 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.



* Alle Bilder und Downloads sind auf www.mikrocontroller.net gehostet und auf meinem dortigen Artikel verlinkt.
 

Kommentare.



Kommentare (155)

Sortierung
5/5 (67)
Facebookdel.icio.usStumbleUponDiggGoogle+Twitter
Gravatar
Full StarFull StarFull StarFull StarFull Star
Michael (Deutschland) sagt...
Hallo Christian,

Kannst du mir bitte auch ein Angebot schicken?

Vielen Dank!
Admin:
Du hast Post.
28 März 2019 09.30
Gravatar
Full StarFull StarFull StarFull StarFull Star
Andreas (Deutschland) sagt...
Hallo Christian,

Respekt für deine Arbeit!!!
Ich hätte auch Interesse an solchen 24V Einsätzen für Jung.

Danke für Rückinfo

Gruß
Andreas
Admin:
Du hast Post.
10 März 2019 09.50
Gravatar
Satron sagt...
Guten Abend!
Ja haben wir auch gedacht, aber konnten keine Spannung messen.(auch nicht mit Oszi). Ist schon komisch, vielleicht auch NS defekt?!
Wenn Deine Platinen funktionieren, würde ich gerne 3 Stück kaufen. Kannst Du mir ein Angebot senden?
Vielen Dank!
14 Februar 2019 22.56
Gravatar
Satron sagt...
Hallo Christian,

Kannst du mir bitte nochmal ein Angebot schicken?

Vielen Dank!
Admin:
Du hast Post.
21 Februar 2019 10.48
Seite 2 von 31

Kommentar Hinzufügen

* Pflichtfeld
(wird nicht veröffentlicht)

 
Bold Italic Underline Strike Superscript Subscript Code PHP Quote Line Bullet Numeric Link Email Image Video
 
Smile Sad Huh Laugh Mad Tongue Crying Grin Wink Scared Cool Sleep Blush Unsure Shocked
 
1000
 
Informiere mich via E-Mail über neue Kommentare.
 
Meine Daten auf diesem Computer speichern (Cookie).
 
Ich habe die Datenschutzrichtlinien gelesen und verstanden. *
 
Ich habe die Bedingungen und Konditionen gelesen und stimme ihnen zu. *
 
 
Powered by Commentics
.: Christians Technikseite 07.01.2018 10:46:05