24V IO Board (AC/DC) – “Hubo Opto”
Motivation
Auch wenn die bisherigen Hubo-Modelle die meisten analogen Meßaufgaben erfüllen, mit ihrem 1wire-Bus den Anschluß der beliebten DS18x20 Temperatursensoren ermöglichen und mit Optionen für FM-Sendemodulen und RTC-Modulen weitere sinnvolle Schnittstellen besitzen, so reichen deren digitale Schaltereingänge und Relaisausgänge nicht in jedem Fall, größerer Installationen „aus einem Guß“ bedienen zu können.
So ergaben sich in der Vergangenheit häufiger Fragen der folgenden Art:
- Wie überprüfe ich, ob mein Klingeltrafo Spannung abgibt oder der Klingelknopf gedrückt wurde?
- Ich möchte 24V Koppelrelais betreiben, um stärkere Verbraucher zu steuern – wie geht das?
- Meine Gartenbewässerung benutzt 24V Magnetventile – wie steuere ich die am besten bzw. wie kann ich deren Signal zurücklesen, damit mir der Garten nicht absäuft?
- Der Hubo kann „nur“ 32 digitale Eingänge und Ausgänge bedienen. Ich würde für die Zukunft aber gern erweiterbar bleiben wollen, weil ich schon jetzt 28 Eingänge nutze.
- Ich habe mit Erdschleifen zu kämpfen und meine unter Putz verlegten Kabel fangen sich allerlei Störsignale ein. Was kann ich tun?
- Ich habe da noch eine SPS mit 24V Ausgängen, deren Signale ich gern weiterverarbeiten möchte.
- Ich würde gern „verschleißfrei“ schalten – die Relais brauche ich nicht.
- Wie kann ich die Signale von Modelleisenbahnen zurücklesen?
Die Antwort lautete dann oft. Geht, ist aber umständlich… Genau diese Lücke schließt nun der „Hubo Opto“ (Bild 1). Er ersetzt die bestehende Produktpalette nicht, er ergänzt sie.
Bild 1: „Hubo Opto“ mit DS3231 RTC-Modul im Unterteil des Hutschienengehäuses
„Hubo Opto“ – 24V IO und mehr
Eingänge
Ein wesentliches Merkmal des „Hubo Opto“ sind dessen optoelektronisch getrennten 24V Eingänge, die gleichermaßen für DC wie für AC verwendet werden können. Die Eingänge sind überspannungstolerant und verpolungssicher.
Somit lassen sich Signale beliebiger Quellen einlesen, ohne daß es dabei zu Problemen mit Erdschleifen oder Wechselwirkungen der Signale untereinander kommt. Ein garantierter Mindeststrom für das High-Signal und dedizierte Eingangsfilter wirken Störungen entgegen. Die Filter sind so bemessen, daß softwareseitiges Entprellen angeschlossener Schalter i.d.R. nicht mehr notwendig ist. Dennoch lassen sich Abtastraten von >=10Hz erzielen. Bild 2 zeigt auszugsweise die Spezifikation der Eingänge.
Bild 2: Spezifikation der digitalen Eingänge des „Hubo Opto“ – Hardware Rev. 3.00
Ausgänge
Die Ausgänge sind ebenfalls 24V geeignet und erlauben den direkten Anschluß von Koppelrelais, Magnetventilen und anderen kleineren Aktoren. Der Ausgangskreis ist wiederum optoelektronisch vom Rest der Schaltung getrennt und erlaubt die Verwendung eigenständiger Netzteile von 5V-24V DC. Bild 3 zeigt wiederum auszugsweise die Spezifikation der Ausgangskanäle.
Bild 3: Spezifikation der digitalen Ausgänge des „Hubo Opto“ – Hardware Rev. 3.00
Optionen und Formfaktor
Die Platine wurde um weitere RTC-Module und weitere FM-Sendemodule erweitert. Insbesondere kleinere Uhrenmodule erlauben es nun, alle Komponenten (Raspi, Hubo, Uhren- und Funkmodul in ein und demselben Gehäuse unterzubringen). Der Formfaktor bleibt unverändert. So paßt der „Hubo Opto“ nach wie vor in dasselbe Hutschienengehäuse, wie seine Vorgänger. Bild 4 zeigt einige der neu unterstützten RTC-und FM-Module, sowie das bereits in früheren Versionen unterstützte höhere RTC-Modul.
Bild 4: Auswahl einiger von „Hubo Opto“ unterstützten Zusatzmodule.
Kompatibilität, Erweiterbarkeit, Heimautomation und Softwaresupport
Der „Hubo Opto“ ist (bis auf seine 24V Ein- und Ausgänge) pin- und softwarekompatibel zu den anderen Modellen der Hubo-Reihe. Mittels des I2C-Buses erlaubt er jedoch eine Erweiterung auf bis zu 8 Module, womit sich 64 Eingänge und ebenso viele Ausgänge realisieren lassen.
Wenngleich der I2C-Bus des Raspi mit 1,8k bereits relativ niederohmig ausgeführt ist und so hohe Buskapazitäten treiben kann, so bietet der "Hubo Opto" dennoch die Möglichkeit, dedizierte Pullups für SDA/SCL (bei Bedarf) nachzurüsten. Dies erlaubt zudem den „direkten“ Einsatz dieses Hubos in Kleincomputern, die keine eigenen Pullups mit sich bringen (wie z.B. der Nano Pi Neo von FriendlyARM).
Softwareseitig wird der Hubo entweder mehr oder weniger direkt von Automationssystem unterstützt oder kann in Python oder in C++ mittels der Hubo-C++ Library angesprochen werden. Die Bibliothek enthält viele Demoprogramme, unter anderem auch Beispiele zur Verwendung über die Konsole:
-
GetDigitalInput (liest einen dedizierten digitalen Eingang und liefert dessen Wert zurück)
-
SetDigitalOutput (setzt oder löscht einen dedizierten digitalen Ausgang)
- GetAnalogInput (liest einen dedizierten analogen Eingang und liefert dessen Wert zurück)
- RCSocket(schaltet Funksteckdosen per FM-Transmitter)
Dies eröffnet die Möglichkeit der Einbindung der Hubo-Hardware in Applikationen, welche die Chips Hubos nicht direkt von Haus aus unterstützen.
Spezifikation
Die vollständige technische und mechanische Spezifikation des „Hubo Opto“ ist Bestandteil der Dokumentation der Hubo Produktfamilie. Einen Überblick über die weiteren Modelle der Hubo-Familie vermittelt der Hardwarevergleich.
Ausblick, da geht noch mehr…
Zuweilen kamen Fragen auf, ob es die Hubos nicht vollständig vorbestückt in SMD gäbe. Die klare Antwort lautet jein. Eine vollständige Bestückung (wenngleich das die billigste Option wäre) scheitert an EU-Gesetzen und Normen. Zumeist geprägt von der Elektro Großindustrie. Eine Teilbestückung ist teuer (sie vereint die logistischen Nachteile der verbleibenden Bauteile und die anfallenden Bestückungskosten) und ist nur in wenigen Fällen notwendig.
Aber wie so oft, birgt jeder Nachteil auch eine Chance. Damit ist weniger der durchaus gegebene Lerneffekt des Lötens gemeint (manch ein „Grenzgänger“ mag vielleicht nicht von Grund auf „fädeln“, aber dennoch selbst ein wenig mehr zur Wertschöpfung als „3, 2, 1, meins“ beitragen), nein, es erlauben sich mittels alternativer Bestückung erhebliche Erweiterungen und Anpassungen an Sonderfälle (erweiterter Meßbereich, höhere Abtastraten, größerer Signalabstand H/L, bessere Wärmeableitung, …). So es meine Zeit erlaubt, werde ich dazu noch ausführlicher berichten.
Last but not least…
… möchte ich mich an dieser Stelle bei all jenen bedanken, die durch Ihre Forenbeiträge und PN‘s bzw. durch eMail, Telefonate oder Gespräche dazu beitrugen, daß der „Hubo Opto“ in seinem jetzigen Funktionsumfang das Licht der Welt erblicken konnte!
schnasseldag