Acht vielseitige Kanäle ELV LoRaWAN® Modulplatine Open Collector – 8fach ELV-LW-OC8
ELV erweitert seine LoRaWAN®-Familie mit dem ersten Klasse-C-Modul mit durchgehender Empfangsbereitschaft, dem ELV-LW-0C8. Das innovative Gerät bietet acht individuell ansteuerbare Open-Collector-Ausgänge und ist eine ideale Lösung für zahlreiche Anwendungen in der Steuerung und Automation von Lichtanlagen, Bewässerungsventilen oder Pumpen aus der Ferne.
Infos zum Bausatz ELV-LW-0C8 | |
Schwierigkeitsgrad: | leicht |
Bau-/Inbetriebnahmezeit: | ca. 0,5 h |
Besondere Werkzeuge: | keine |
Löterfahrung: | nein |
Programmierkenntnisse: | nein |
Elektrofachkraft: | nein |
Das erste LoRaWAN®-Klasse-C-Modul für maximale Erreichbarkeit
Die Modulplatine ELV-LW-OC8 ist das erste LoRaWAN®-Klasse-C-Gerät in der ELV Produktwelt und setzt neue Maßstäbe in der drahtlosen Steuerung. Die LoRaWAN® Klasse C zeichnet sich durch eine kontinuierliche Empfangsbereitschaft aus. Dies ermöglicht eine sofortige Reaktion auf Steuerbefehle und eine zuverlässige Kommunikation. Während Klasse-A-Geräte nur in festgelegten Zeitfenstern nach dem Senden eines Uplinks erreichbar sind und Klasse-B-Geräte mit synchronisierten Empfangsfenstern arbeiten, bleiben Klasse-C-Geräte jederzeit empfangsbereit. Dies erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit und macht sie ideal für Anwendungen, die eine sofortige Steuerung oder schnelle Statusaktualisierungen erfordern.
ELV-LW-OC8 in Betrieb nehmen
Der Betrieb des Empfangsmoduls erfolgt mit einer Gleichspannung von 2,6-3,5 V oder 4,5-12 V.
Unbedingt zu beachten: Die Betriebsspannung muss polrichtig angeschlossen werden.
Wichtiger Hinweis
Das ELV-LW-OC8 niemals gleichzeitig an beiden Spannungsschienen versorgen! Zur Auswahl stehen:
- 4,5-12 VDC: Pin 16 an Stiftleiste J1
- 2,6-3,5 VDC: Pin 14 an Stiftleiste J1
Bild 1 zeigt die Anschlussbelegung des Moduls, die Sie beim Anschluss an die eigene Schaltung unbedingt beachten müssen.
Die acht Schaltausgänge sind als Open-Collector ausgeführt, was bedeutet, dass beispielsweise ein angeschlossenes Relais gegen Masse geschaltet wird. In Bild 2 ist dargestellt, wie Sie die Ausgänge beschalten können.
Der Ausgangstreiber U2 verfügt über acht identische Open-Collector-Ausgänge, die jeweils mit bis zu 100 mA belastet werden können. Dies reicht aus, um gängige Relais oder andere Lasten anzusteuern. Die internen Freilaufdioden der Ausgänge sind am Anschluss „COM“ zusammengefasst. Wird das Modul mit Relais betrieben, kann dieser Anschluss mit der Versorgungsspannung verbunden werden. Die Schutzdioden in U2 verhindern negative Spannungsspitzen, die durch die Selbstinduktion der Relais entstehen können. Alternativ kann jedes Relais auch separat mit einer Schutzdiode versehen werden.
Zusätzlich zeigt Bild 2, wie Sie einen nachgeschalteten Mikrocontroller ansteuern können. In der Regel wird hierzu ein Port-Eingang eines Controllers verwendet, der intern mit einem Pull-up-Widerstand beschaltet ist. Auch Leuchtdioden (LEDs) lassen sich mit den Open-Collector-Ausgängen schalten, verwenden Sie dabei einen entsprechenden Vorwiderstand.
Anmeldung im LoRaWAN®-Netzwerk
Das ELV-LW-OC8 lässt sich wie jedes andere LoRaWAN®-Gerät in ein Netzwerk integrieren. Auf ganz einfache Weise ist das möglich über unser Device Repository for LoRaWAN® im The Things Network, nachzulesen im Fachbeitrag „Schnell integrieren – Einfache Einbindung von LoRaWAN®-Geräten in das The Things Network“.
Sollte das Device Repository nicht verwendet werden, ist darauf zu achten, dass es sich beim ELV-LW-0C8 um ein Klasse-C-Gerät handelt und es als solches im Netzwerk angemeldet werden muss.
Uplinks und Downlinks
Das ELV-LW-OC8 sendet in der Werkskonfiguration einen Uplink alle 15 Minuten. Übertragen werden dabei die App- und Bootloader-Version, der Zustand der Channel eins bis acht (ch1 entspricht OUT1 etc.), die Versorgungsspannung und der auslösende Grund der Übertragung.
Regulär sind die Tastereingänge IN1 bis IN8 mit den Ausgängen OUT1 bis OUT8 gekoppelt. Wird nun IN1 mittels externen Tasters betätigt, schaltet der Ausgang OUT1 durch. Diese Kopplung lässt sich mittels Downlinks lösen und die Tastereingänge fungieren danach als Kontaktinterface.
Up- und Downlinks werden auf dem Port 10 übertragen. Die aktuelle Konfiguration des Moduls lässt sich mittels Downlink mit dem Wert 0x0B abfragen. In diesem Fall erweitern sich die Informationen im Uplink um die Kopplung Ein- zu Ausgängen und dem aktuellen Intervall. Jeder Downlink wird zudem mit einem Uplink bestätigt, auch im Fehlerfall bei ungültigen Downlinks. Der Aufbau eines Uplinks wird in Tabelle 1 dargestellt und alle möglichen Downlinks werden in Tabelle 2 aufgeführt und erläutert.
Durch die Verwendung von Datentypen können verschiedene Downlinks miteinander kombiniert werden. Beispielsweise lässt sich das Intervall anpassen und gleichzeitig kann ein Ausgang geschaltet werden. Wird über Port 10 die Payload 020F060201 an das Modul gesendet, wird das Intervall auf 15 Minuten gesetzt und OUT2 schaltet durch.
Neben dem üblichen zyklischen Senden kann eine Sendung auch asynchron erfolgen. Dies wird durch Betätigen der Konfigurationstaste kürzer als 5 Sekunden ausgelöst. Zudem löst jede Betätigung an einem Eingang (IN1 bis IN8) eine Sendung aus.
Für einen Werksreset wird die Konfigurationstaste zwischen 5 und 8 Sekunden betätigt. Bei einem Werksreset nehmen alle Einstellungen wieder ihre Defaultwerte an.
Ein Beispiel für einen Uplink ist in Bild 3 zu sehen.
Die tx_reason gibt den Grund des Uplinks an. In diesem Fall ist der Grund ein INPUT_2_EVENT. Es wurde also an IN2 ein Event ausgelöst und deshalb OUT2 durchgeschaltet. Weitere Gründe für einen Uplink und ihre Bedeutung sind in Tabelle 3 aufgeführt.
Payload: { app_version: "V1.0.1", bl_version: "V3.0.7", ch1: 0, ch2: 1, ch3: 0, ch4: 0, ch5: 0, ch6: 0, ch7: 0, ch8: 0, supply_voltage: 4929, tx_reason: "INPUT_2_EVENT" }
Bild 3: Uplink des ELV-LW-OC8
Bytes des ELV-LW-0C8 im Uplink | ||
Byte | Beschreibung | Wert |
|---|---|---|
Byte 0 | Datentyp app_version | 0x01 |
Byte 1 | Version Main (App-Version) | |
Byte 2 | Version Sub1 (App-Version) | |
Byte 3 | Version Sub2 (App-Version) | |
Byte 4 | Datentyp bl_version | 0x02 |
Byte 5 | Version Main (Bootloader-Version) | |
Byte 6 | Version Sub1 (Bootloader-Version) | |
Byte 7 | Version Sub2 (Bootloader-Version) | |
Byte 8 | Datentyp tx_reason | 0x03 |
Byte 9 | Cyclic-, User-Button-, Input-X-, Downlink-ACK, Downlink-Error-Event (TX-Reason) | |
Byte 10 | Datentyp supply_voltage | 0x04 |
Byte 11 | High Byte (Supply Voltage) | |
Byte 12 | Low Byte (Supply Voltage) | |
Byte 13 | Datatype output states (ch1… ch8) | 0x07 |
Byte 14 | Anzahl der Bytes mit aktiven Kanälen (OC8: immer 1) | 0x01 |
Byte 15 | Kanalstatus bitweise codiert: bit 0 = ch1 etc. | |
Byte 16 | Datentyp interval | 0x08 |
Byte 17 | Bsp: 15 = 15 Minuten (Intervall) | |
Byte 18 | Datentyp contact_interface_en | 0x09 |
Byte 19 | 0 = IN/OUT gekoppelt, 1 = Kontaktinterface aktiv (Kontaktinterface bzw. Kopplung IN/OUT aktiv/inaktiv) |
Einstellbare Parameter des ELV-LW-0C8 im Downlink | |||
Datentyp | Payloadgröße (Byte) | Beschreibung | Beispiel |
|---|---|---|---|
Intervall (0x02) | 2 | setzt das Intervall in Minuten | 020F → entspricht einem Intervall von 15 Minuten |
Einen Kanal schalten (0x06) | 3 | schaltet den gewählten Ausgang | 060201 |
Mehrere Kanäle gleichzeitig schalten (0x08) | 3 | bietet die Möglichkeit, einen oder mehrere Ausgänge gleichzeitig zu schalten | 080102 |
Intervall sofort setzen (0x09) | 2 | setzt das Intervall in Minuten | 0x02 → entspricht einem Intervall von 2 Minuten |
IN als reines Kontaktinterface (0x0A) | 2 | trennt IN von OUT | 0A01 |
Info (0x0B) | mittels 0x0B werden Informationen vom Gerät bzgl. der aktuellen Einstellungen angefordert |
Uplink-Gründe des ELV-LW-0C8 | |
tx_reason | Bedeutung |
|---|---|
CYCLIC_EVENT | Intervall abgelaufen und Sendung erfolgt |
USER_BUTTON_EVENT | Die Konfigurationstaste hat einen Uplink ausgelöst |
INPUT_1_EVENT… INPUT_8_EVENT | An einem der Eingänge (IN1… IN8) wurde eine fallende Flanke erkannt |
DOWNLINK_ACK_EVENT | Ein korrekter Downlink wurde empfangen und hiermit bestätigt |
DOWNLINK_ERROR_EVENT | Ein fehlerhafter Downlink wurde empfangen und hiermit der Fehler gemeldet |
Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten des ELV-LW-0C8
Das ELV-LW-OC8 bietet durch seine acht Open-Collector-Ausgänge und die permanente Empfangsbereitschaft als LoRaWAN®-Klasse-C-Gerät zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in Steuerung und Automation. Dank der flexiblen Spannungsversorgung und der Möglichkeit, verschiedene Lasten direkt oder über Relais anzusteuern, eignet es sich für verschiedenste Einsatzbereiche.
Beleuchtungsanlagen steuern
Mit dem ELV-LW-0C8 können Lichtanlagen aus der Ferne geschaltet werden, auch dort, wo z. B. keine Internetverbindung verfügbar ist, wohl aber das LoRaWAN®-Netzwerk. Durch die Open-Collector-Ausgänge lassen sich sowohl LED-Leisten als auch herkömmliche Lampen über Relais ansteuern. Dies ist besonders nützlich für die Gebäudeautomation oder den Außenbereich, z. B. zur Steuerung von Garten- oder Wegebeleuchtung in abgelegenen Schreber- oder Kleingärten.
Pumpen und Motoren steuern
Das Modul ermöglicht die drahtlose Ansteuerung von Pumpen oder kleinen Motoren. So können Sie beispielsweise eine Gartenpumpe in ein automatisiertes Bewässerungssystem integrieren.
Gartenbewässerung mit dem ELV-SH-GVI – Bewässerungsventile steuern
In Kombination mit dem ELV-SH-GVI (Garten-Ventil-Interface) kann das ELV-LW-0C8 die Steuerung von bis zu acht Bewässerungsventilen übernehmen. Dies ermöglicht eine flexible Anpassung an individuelle Bewässerungspläne, gesteuert über ein zentrales System oder Sensordaten. Durch Einbau in ein wettergeschütztes IP65-Gehäuse erhalten Sie eine ideale Lösung für den Außeneinsatz.
Bild 4 zeigt das ELV-LW-OC8 zusammen mit dem ELV-SH-GVI in solch einem IP65-Gehäuse.
Hinweis: Die Antenne des OC8 ist kürzer als die des HmIP-MOD-0C8, daher kann der zweite Antennenhalter auch weggelassen werden.
Weitere Informationen zur Inbetriebnahme des ELV-SH-GVI finden Sie im zugehörigen Fachbeitrag.
Sensorsteuerung – Schaltvorgänge auslösen
Das ELV-LW-OC8 kann auf Sensordaten reagieren und damit Schaltvorgänge auslösen. Wird beispielsweise ein Temperatursensor oder ein Bodenfeuchtesensor in das System eingebunden, kann das Modul bei bestimmten Messwerten automatisch eine Aktion auslösen wie etwa das Aktivieren eines Ventils oder das Schalten einer Heizung.
Bestehende Steuerungen erweitern
Das Modul kann auch als Ergänzung in bestehenden Automatisierungssystemen eingesetzt werden. Bestehende Steuerungen lassen sich durch die Open-Collector-Ausgänge einfach erweitern und ermöglichen eine drahtlose Ansteuerung zusätzlicher Komponenten.
Leistungsstarke Schaltanwendungen mit dem Relais-Schaltmodul RSM1
Für das Schalten größerer Lasten kann das ELV-LW-0C8 mit dem Relais-Schaltmodul RSM1 (Bild 5) kombiniert werden.
Während die Open-Collector-Ausgänge direkt nur begrenzte Ströme schalten können, ermöglicht das RSM1 den Einsatz eines leistungsfähigen, potentialfreien Relais-Wechslerkontakts. Dadurch lassen sich höhere Spannungen und Ströme sicher und zuverlässig schalten, z. B. für leistungsstarke Pumpen, elektrische Heizungen oder Beleuchtungen.
Wichtiger Hinweis
Sollen mit dem Relais höhere Spannungen als 35 V geschaltet werden, wie z. B. Netzspannung, sind einige wichtige Regeln zu beachten:
- Die an Klemme KL3 angeschlossenen Leitungen müssen mit Kabelbindern auf der Platine gegen Lösen gesichert werden (Bild 5).
- Das Gerät muss entsprechend den VDE-Richtlinien sicher in ein dafür zugelassenes Gehäuse eingebaut werden, wobei unbedingt alle Isolationsabstände inkl. der Luft- und Kriechstrecken einzuhalten sind. Ebenso ist bei allen spannungsführenden Teilen ggf. auf doppelte Isolation zu achten.
- Arbeiten an Netzspannung führenden Teilen dürfen nur durch dafür ausgebildete und berechtigte Personen ausgeführt werden!
Schaltung
Die Schaltung des Geräts (Bild 6) ist sehr übersichtlich, sie besteht aus der Spannungsversorgung, dem Mikrocontroller-Funkmodul A1, dem Open-Collector-Treiber U2 und weiteren Komponenten, die nachfolgend Schritt für Schritt behandelt werden.
Das ELV-LW-0C8 kann auf zwei unterschiedliche Weisen mit Spannung versorgt werden. An Pin 14 (+2,6-3,5 V) an der Stiftleiste J1 wird das OC8 direkt mit einer im genannten Bereich befindlichen Spannung betrieben. An Pin 16 (+4,5-12 V) an der Stiftleiste J1 ist ein Spannungsregler VR1 zwischengeschaltet. Dieser regelt die Eingangsspannung auf 3,0 V.
Den beiden Versorgungsschienen gemein ist der Verpolungsschutz bestehend aus den PMOS 01 und 02 und den Pull-down-Widerständen R9 und R12. Zudem ist in beiden Schienen eine sich selbst zurückstellende PTC-Sicherung, RT1 und RT2, zum Schutz der Schaltung zu finden.
Die Kondensatoren C7 bis C14 und der Ferrit L1 dienen der Filterung und der Stabilisierung der Spannung. Die „Ideale Diode“ U3 verhindert beim Verwenden von Pin 14 zur Versorgung des Systems mit Spannung ein Zurückspeisen in den Regler VR1.
Achten Sie unbedingt darauf, dass Sie niemals beide Spannungsschienen gleichzeitig verwenden!
Am Spannungsteiler R10 und R11 lässt sich die angelegte Spannung an +4,5-12 V per ADC messen und als Uplink versenden.
An A1 angeschlossen ist, zur Signalisierung von z. B. des Joinings, die DUO-LED DS1, begleitet von den jeweiligen Vorwiderständen R1 und R2. Die Zustände der LEDs sind gleichzeitig an die Stiftleisten herausgeführt: Pin 15 an J1 für Grün und Pin 17 an J2 für Rot. Leuchtet beispielsweise die grüne LED, wird die Basis von dem PMOS Q3 auf Masse gezogen und der PMOS schaltet +VDD über den Vorwiderstand R5 an den eben genannten Pin durch. R4 ist ein Pull-up-Widerstand, der für einen definierten Zustand an 03 sorgt, wenn die grüne LED aus ist.
Analog dazu der gleiche Schaltungsaufbau für die rote LED mit den Komponenten 04, R6 und R7. Bei der roten LED ist darauf zu achten, dass hier für die Verwendung zunächst die Verbindung der Pads 2-3 an J3 getrennt wird und die Verbindung der Pads 1-3 an J3 durch einen Lötpunkt hergestellt werden muss.
Die Konfigurationstaste S1 dient dem Auslösen eines Uplinks und dem Zurücksetzen des Systems auf Werkseinstellung.
Der Widerstand R3 dient zur Sicherheit der Strombegrenzung, falls über Pin 13 an J1 ein externer Taster angeschlossen werden soll.
Der Kondensator C1 dient der Entprellung eines Tastendrucks und die Kondensatoren C3 bis C5 dienen der Filterung von Störungen und dem Puffern der Betriebsspannung von A1.
Die acht zur Verfügung stehenden Schaltausgänge, die das IC U2 zur Verfügung stellt, sind als Open-Collector-Ausgänge ausgeführt. Wird nun ein Ausgang vom Controller geschaltet, schaltet der Ausgangstransistor den Ausgang nach Masse durch.
Da der Controller nicht mit genügend GPIOs ausgestattet ist, um U2 direkt anzusteuern, ist U2 ein sogenannter Port-Expander U1 vorgeschaltet, der die Möglichkeiten des Controllers mittels I2C erweitert. R13 und R14 sind die Pull-up-Widerstände der I2C-Leitungen. C6 stabilisiert die Versorgungsspannung von U1.
In Bild 7 sind die Platinenfotos und Bestückungsdrucke der Modulplatine ELV-LW-OC8 zu sehen. Da alle Bauteile bereits bestückt sind, sind keine Lötarbeiten notwendig.
Stückliste
Widerstände:
100 Ω/SMD/0201 | R2 |
220 Ω/SMD/0402 | R5, R7, R8 |
470 Ω/SMD/0201 | R1 |
1ΚΩ/SMD/0201 | R3 |
2,2 ΚΩ/SMD/0402 | R13, R14 |
100 ΚΩ/SMD/0201 | R4, R6, R9, R12 |
180 ΚΩ/SMD/0201 | R11 |
1,2 ΜΩ/SMD/0201 | R10 |
PTC/0,2 A/30 V/SMD | RT1 |
PTC/0,5 A/6 V/SMD | RT2 |
Kondensatoren:
22 pF/25 V/SMD/0201 | C5 |
100 pF/25 V/SMD/0201 | C13 |
1 nF/50 V/SMD/0402 | C2 |
100 nF/25 V/SMD/0201 | C1, C4, C6, C7, C10, C11, C12 |
1 µF/16 V/SMD/0402 | C8, C9 |
10 µF/16 V/SMD/0603 | C3, C14 |
Halbleiter:
PCA9554DB/SMD/TI | U1 |
TBD62083AFNG/SMD | U2 |
LM66100/SMD | U3 |
MCP1804T3002/3,0 V | VR1 |
IRLML6401/SMD | 01-04 |
Duo-LED/rot/grün/SMD | DS1 |
Sonstiges:
Chip-Ferrit, 800 bei 100 MHz, 0402 | L1 |
dnt-TRX-ST2 | A1 |
Taster mit 0,9 mm Tastknopf, 1x ein, SMD, 2,5 mm Höhe | S1 |
Stiftleisten, 1x 16 polig, gerade | J1, J2 |
Aufkleber mit DevEUI-Adresse, Matrix-Code |
Technische Daten
Geräte-Kurzbezeichnung: | ELV-LW-0C8 |
Spannungsversorgung: | 2,6-3,5 VDC |
Stromaufnahme: | Idle: 6,10 mA @ 2,6 VDC/5,70 mA @ 12,0 VDC |
Anzahl Input-Kanäle: | 8 |
Anzahl Output-Kanäle: | 8 |
Max. Strom pro Open-Collector-Kanal: | 100 mA |
Umgebungstemperatur: | -10 bis +55 °C |
Abmessung (B x H x T): | 42 x 23,8 x 13,5 mm |
Gewicht: | 8 g |
Funkmodul: | dnt-TRX-ST2 |
Frequenzband: | L-Band 865,0-868,0 MHz |
Duty-Cycle: | L-Band <1% pro h |
Typ. Funk-Sendeleistung: | +10 dBm |
Empfängerkategorie: | SRD category 2 |
Typ. Funk-Freifeldreichweite: | > 10 km |