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100n
100n
16V
16V
BAT1
3V Lithium
MP20
MP21
Spannungsregler
MP10
S-1206B33-U3T1G
+UB
IC5
IN
OUT
GND
C25
C26
C27
C28
100n
100n
10n
10n
50V
16V
50V
16V
1724414B
Bild 1: Schaltbild der Spannungsversorgung und des USB-Wandlers des KLW1
Der KLW1 ist sozusagen der „kleine Bruder" der ELV Kreis-LED-Uhr
KLU2001, bietet aber ein größeres Portfolio an Möglichkeiten.
Neben den fünf Bedientasten auf der Rückseite verfügt der KLW1 zu-
sätzlich über einen großen Snooze-Taster und zwei an der Seite befind-
liche Schalter, mit denen jeweils direkt eine Weckzeit aktiviert werden
kann. Der Weckzeitpunkt kann dann akustisch über einen Signalgeber
oder auch optisch über den LED-Kreis mitgeteilt werden.
Die Helligkeit der LEDs ist einstellbar, ein Lichtsensor kann die Anzei-
gehelligkeit anhand der aktuellen Umgebungshelligkeit anpassen und
automatisch nachführen. Auch ist es möglich, bei aktivierter Weckzeit
die Helligkeit soweit zu reduzieren, dass man nicht im Schlaf gestört
wird.
Über die auf der Rückseite vorhandene USB-Buchse wird der KLW1
mittels eines geeigneten Netzteils versorgt.
Des Weiteren ist eine Anbindung des 8-Kanal-Sendemodul HM-MOD-
EM-8 möglich, wodurch über die am KLW1 eingestellten Weckzeiten,
oder auch zu anderen Sendezeiten, ein Homematic Befehl gesendet
werden kann. Damit hat man hier eine einfache, zentralenunabhängige
Homematic Schaltuhr zur Verfügung.
In der Grundversion wird die Uhr von einem Quarztakt gesteuert,
eine separate, batteriegepufferte Echtzeituhr (RTC) sorgt für das Nach-
stellen bzw. den Datenerhalt bei ausgefallener Stromversorgung. Durch
dessen internen Kalender entfallen auch alle Zeitumstellungen.
Optional besteht die Möglichkeit zum Einsetzen eines DCF-Moduls,
wodurch jegliche manuelle Zeiteinstellung und Kalibrierung entfallen
kann.
Schaltungsbeschreibung
Beginnen wir mit der Schaltungsbeschreibung, in
die komplette Schaltung des KLW1, in Funktionsblöcke aufgeteilt, dar-
gestellt. Diese Funktionsblöcke werden wir im Folgenden einzeln be-
trachten.
Spannungsversorgung
Für den Betrieb des KLW1 werden zwei Spannungsebenen benötigt. In
Bild 1
ist das Schaltbild zur Erzeugung der einzelnen Spannungsversor-
gungen zu sehen.
Die Eingangsspannungsversorgung +UB des KLW1 wird über die USB-
Buchse BU1 bereitgestellt und beträgt zirka 5 Volt. Mit dieser Spannung
werden dann die eingesetzten LED-Matrix-Module, die bedrahteten
3-mm-LEDs und das HM-Applikationsmodul versorgt.
Der Linearregler IC5 von Typ S-1206B33-U3T1G wird ebenfalls aus
diesen 5 V gespeist. Er erzeugt daraus eine Spannung von 3,3 V, mit
der dann neben dem Mikrocontroller IC1 auch die restliche Peripherie
versorgt wird.
GND
OSCOUT
10u
16V
R2043T
32.768 kHz
C33
2p2
50V
PRG2
7
+UB
8
C2DAT
1
+USB
2
P3.0
3
C2CK
4
/RST
5
C35
C36
GND
+3.3V
6
NC
1u
100n
16V
16V
C29
Tx-Out
10u
16V
Rx-In
Bild 1
SIN
SCLK
BLANK
MP13
C34
G-SCLK
2p2
50V
IC7
6
13
WAKEUP
+UB
9
/RST
2
7
GPIO.0/CLK
VREGIN
1
GPIO.1/RS485
20
8
GPIO.2/TXT
VBUS
19
R66
GPIO.3/RXT
18
4
TxD
D+
1K
17
RxD
1K
16
5
RTS
D-
R67
15
CTS
14
3
SUSPEND
GND
11
12
/SUSPEND
GND2
CP2102N-A01
n.i.p.
n.i.p.
USB-UART-
Wandler
Zur Absicherung des Geräts im Fall eines Kurz-
schlusses befindet sich direkt hinter dem Eingang
von BU1 ein PTC-Element, das den Strom im Bedarfs-
fall begrenzt. Durch den Einsatz der USB-Buchse ist
automatisch ein Verpolungsschutz gegeben.
USB- und USART-Datenschnittstelle
Für die Datenverbindung des KLW1 mit einem Termi-
nalprogramm muss das vom Computer ankommende
differentielle USB-Datensignal in ein für den Mikro-
controller verständliches Format gewandelt werden.
Hierzu wird das Bauteil IC7, ein CP2102N von Sili-
con Labs, als USB-USART-Wandler eingesetzt, siehe
Bild
1. Mit diesem Baustein werden die Daten mit ei-
ner Geschwindigkeit von 115,2 kbit/s zwischen dem
KLW1 und dem Computer ausgetauscht. Die Daten-
verbindung ist auf dem Computer als virtueller COM-
Port definiert, sie erfordert lediglich die Installation
eines VCP-Treibers für den CP2102N auf dem Computer
(wird je nach System auch automatisch installiert).
Mikrocontroller und Bedienelemente
Für die Steuerung und Überwachung der angeschlos-
senen Komponenten wird im KLW1 der Mikrocontrol-
ler IC1 vom Typ STM8L151C8U6 eingesetzt
Dieser bietet trotz seiner kompakten Bauform eine
Fülle an Portpins und Funktionen. Der Mikrocontrol-
ler arbeitet beim KLW1 mit einem internen RC-Oszil-
bis
Bild 4
ist
lator und benötigt aus diesem Grund keinen externen
Quarz.
Die sechs Tasten TA1 bis TA6 und die beiden Schie-
beschalter S1 und S2 sind direkt am Mikrocontroller
über die Portpins 14 bis 18 und 41 bis 43 angeschlos-
sen und werden so auch direkt überwacht. Durch das
Drücken eines Tasters oder das Umlegen eines Schal-
ters wird der Spannungspegel an den jeweiligen Port-
pins von IC1 auf das Massepotential gebracht und der
Controller erkennt so eine Betätigung.
RTC mit Back-up-Batterie
Über die SPI-Schnittstelle des Mikrocontrollers IC1
ist die batteriegestützte Echtzeituhr IC6 angeschlos-
sen und kann so gelesen und beschrieben werden.
Durch den Einsatz einer Lithium-Batterie bleibt im
Falle einer Spannungsunterbrechung die Uhrzeit über
2
1K
BUZZER
3
4
Haustechnik 15
5
6
Stiftleiste
ST8
+UB
R72
MP14
MP15
R69
0R
R68
0R
R70
0R
R71
0R
2
3
4u7
100n
4u7
100n
1
16V
16V
16V
16V
ELV Journal 2/2017
T18
BC847C
↑↑
Selbstrück-
stellende
Sicherung
PTC 6V/0,5A
BU1
1
2
3
4
5
6
4
USB-Buchse
C41
100n
50V
n.i.p.
(Bild
2).
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