HCAN Hausautomatisierung Handbuch. Martin Haller

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1 HCAN Hausautomatisierung Handbuch Martin Haller August 2007

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3 Inhaltsverzeichnis I Aufbau, Betrieb und Wartung 9 1 Einführung Ziele und Anforderungen Die einzelnen Komponenten Das Konzept dahinter: IDs und Gruppen Unterschied von Gruppen und IDs telican und andere Werkzeuge Verwendung von telican Diagnose-Möglichkeiten mit telican hcan-discover telican: Kommunikation mit einem Board Controller Inbetriebnahme Konfiguration Einführung in die EDS Konfiguration Hardware Details Stromversorgung und CAN Bus Ein- und Ausgänge EDS EDS Konfigurationen im Detail taster powerport rolladen heizung temp sensor reed kontakt time service licht zone zeit zone dunstabzugport zeitschaltuhr poti multitaster userpanel shortcuts screensaver page dir page heiz page rolladen page taster page powerport page lcd light settings

4 4 INHALTSVERZEICHNIS 5 Inbetriebnahme der Boards Fuses setzen und Bootloader flashen Der Bootloader Firmware flashen Bedienfelder Ein Konfigurationsbeispiel Hostinterface Anschlüsse Firmware Stromversorgung und USV Aufbau der USV Firmware Zeitdienste im HCAN Netz Die HCAN Protokollfamilie Aufbau eines CAN Frames Kollisionsverhalten des CAN Busses Wie die Priorität verwendet wird HCAN Adressen Aufbau des HCAN Protokollstapels HCAN Protokoll-Referenz HMS - HCAN Management Service (1) SLS - Syslog Service (4) HES - Haus-Elektrik Service (5) RTS - Real Time Service (6) EDS - EEPROM Data System Service (7) USVS - USV Service (8)

5 Abbildungsverzeichnis 1.1 Der Controller mit den Sensoren und Aktoren Gesamtübersicht der Hausautomatisierung Taster und Lampen: das Gruppenkonzept Taster, Lampen und die Lichtzone Controller-1612, Hardware Version Controller-1612 Anschlüsse Belegung der Jumperleisten Belegung der ISP Buchse Controller-1612: Belegung der ISP Buchse ISP Kabel am Controller Bedienfeld in 10x10cm Unterputzdose, ohne Frontplatte Tastenbelegung der Bedienfelder Beispiel einer Menüstruktur USB Hostinterface Platine Gesamte USV Hardware USV Zusatzmodul geöffnet GLC 230/ V-Netzteil, Hersteller: Block Aufbau eines HCAN Frame

6 6 ABBILDUNGSVERZEICHNIS

7 Terminologie 1Wire.... ein einfaches Hardware-Protokoll von Dallas/Maxim, welches hier zum Auslesen der Dallas DS18B20 Temperatur-Sensoren benotigt wird Aktor... Gerat, das etwas macht (z.b. ein Relais schaltet) Board... hier: Platine eines Moduls bootloader.... sehr kleines Ladeprogramm, das die Firmware lad und startet; hier: HCAN bootloader Bus-Arbitrierung... Mechnismus, um Buszugriffskollisionen zu vermeiden CAN.... Controller Area Network - Automotive Bus, entwickelt von Bosch destination... siehe Zieladresse dst.... siehe Zieladresse dump mode... telican: HCAN Frame-Mitschneide-Modus EDS... EEPROM Data System; ein Dateisystem im EEPROM der Boards EEPROM.... elektrisch loschbarer, programmierbarer Nur-Lese-Speicher EIB... Europaeischer Intstallationsbus - eine Hausautomatisierungs- losung fur grosse Gebaude Firmware... Systemsoftware fur Mikrocontroller Frame.... auch CAN-Frame; siehe auch Paket; ein CAN Paket mit bis zu 8 Bytes Daten HCAN.... HouseCAN, CAN Protokoll-Stapel fuer die Hausautomatisierung HCAN bootloader... 2KB grosses Ladeprogramm, das unter anderem eine neue Firmware uber den CAN Bus empfangen und in das Flash des Mikrocontrollers brennen kann hcan-discover... ein telican-basiertes Script zum Erkunden eines HCAN Netzes HCAN-Frame..... ein CAN-Frame, das der HCAN Protokoll-Spezifikation entspricht hcanaddressd.... HCAN Address Damon - weist dynamisch HCAN Addressen zu hcand... HCAN Damon - ist Kommunikationsmittelpunkt hcanhidd.... HCAN Hostinterface Damon hcanrobot.... HCAN Robot - eine Python Script Umgebung hcantimed..... HCAN Time Damon - sendet Zeit- und Datumsinfos HES.... HCAN Protokoll: House Elektric Service HMS.... HCAN Protokoll: HCAN Management Service Hostinterface.... ein Gerat, das den PC (Host) mit dem CAN Bus verbindet Modul.... hier: HCAN Busteilnehmer: Controller-1612, Bedienfeld Paket.... hier: gleichbedeutend mit Frame ping.... in der Netzwerkwelt: Senden und Empfangen von Testpaketen, um Verbindung zu testen powerport.... ein Ausgang zum Schalten von 230V Verbrauchern uber Relais: Steckdosen und Lampen Prozess (Rechner)... ein Programm, das lauft Python... eine Scriptsprache Quelladresse... Adresse des Absenders eines Pakets Reedkontakt... Magnetsensor fuer Turen und Fenster RTS.... HCAN Protokoll: Realtime Service Sensor.... Gerat, das etwas misst (z.b. Temperatur) 7

8 8 ABBILDUNGSVERZEICHNIS SFP.... HCAN Protokoll: Simple Frame Protokoll source... siehe Quelladresse src... siehe Quelladresse SYSLOG.... HCAN Protokoll: System Logging Service telican.... Administrationswerkzeug uptime... Begriff aus der Server-Welt: die Zeitspanne, die der Server ununterbrochen lauft USV.... unterbrechungsfreie Stromversorgung; ein Geraet, das mit Akkus moglichen Stromausfallen begegnet Zieladresse.... Adresse des Empfangers eines Pakets

9 Teil I Aufbau, Betrieb und Wartung 9

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11 Kapitel 1 Einführung Dieses Handbuch beschreibt die HCAN Hausautomatisierung. Die Begriffe, die in diesem Handbuch verwendet werden, können im Anhang Terminologie nachgelesen werden. 1.1 Ziele und Anforderungen Funktionen: Schalten von Licht und einzelnen Steckdosen Erkennen von offenen Fenstern und Türen durch Reedkontakte Steuerung der Heizung, separat pro Raum, kombiniert mit Reedkontakten, Zeit etc. Steuerung der Rolläden, kombiniert mit Heizung, Tageszeit, Aussentemperatur/Sonneneinstrahlung etc. Steuerung der Umwälzpumpen für Heizung und Warmwasser, optimiert auf Nutzungsverhalten, Temperatur etc. Günstig - d.h. günstiger als z.b. EIB die Arbeitszeit wird nicht gerechnet keine Kosten fuer Aprobationen wie EMV, CE etc keine Kosten fuer einen Vertriebs- und Schulungsaparat Lange wartbar, flexibel erweiterbar Standard-basiert (CAN) beliebig erweiterbar durch neue, auf Anwendung zugeschnittene CAN-Kommunikationsprotokolle einfache, gut verfügbare Komponenten bedrahtete ICs in Sockeln (somit leicht auszutauschen) ausführliche Dokumentation ;-) Ersatzteillager kann selbst eingerichtet werden Konsequenz: Wenn ICs abgekündigt werden, müssen Ersatzteile eingelagert werden Robust und ausfallsicher die Bauteile werden nicht am Rand ihrer Leitungsfähigkeit gefahren (d.h. es besteht ohne Kostendruck kein solcher Bedarf) Busbetrieb ist ohne Switch (d.h. eine aktive Kommunikationsstelle) ausgelegt - der Bus ist eine rein passive Leitung, über die Komponenten auch noch kommunizieren können, wenn andere Komponenten ausgefallen sind 11

12 12 KAPITEL 1. EINFÜHRUNG CAN überträgt differentiell und hat eine im Protokoll eingebaute Kollisionsvermeidung (durch Bus-Arbitrierung) und Prüfsummenüberwachung. Dadurch werden Einflüsse von aussen z.b. durch elektrische Felder reduziert (differentielle Üebertragung), eine Fehlübertragung bemerkt und ggfls ein Frame erneut übertragen USV Betrieb für viele Stunden autonomen Busbetrieb aus Autobatterien mehrstufiger Überspannungsschutz Überspannungsschutz auf Ebene der Hauselektrik nötig (innerer Blitz- und Überspannungsschutz nach VDE, Klasse B, C und D) 24V Netzteil, bestehend aus Trafo, Gleichrichter-Dioden und Sieb-Elkos - gegenüber normalen Schaltnetzteilen gibt es hier eine galvanische Trennung zum 230V Netz auf jeder Platine ist ein 30V Varistor (und durch den Schaltregler eine 330uH Spule) eingebaut auf galvanische Trennung der digitalen Ein- und Ausgänge der Controller wurde bewusst verzichtet, da die verwendeten Controller günstig (z.z. ca. EUR 3.20 pro Stück) und im Schadensfalle durch die DIL-Sockel leicht austauschbar sind einzige Datenverbindung des Busses zu Aussenwelt besteht über das sogenannte Hostinterface. Dieses trennt den CAN-Bus galvanisch über Optokoppler und ist per USB an den Rechner gebunden gesetzeskonform: die Module schalten nur Niederspannung (5V bis 24V); alle 230V Verbraucher werden durch Relais geschaltet und nicht zuletzt: Spass an der Sache :-) 1.2 Die einzelnen Komponenten Die Hausautomatisierung besteht aus einer Reihe von Modulen, die über den CAN Bus miteinander kommunizieren. Die eigentliche Arbeit erledigen die Controller-Module: hier sind Relais zum Schalten von 230V-Lasten und Sensoren wie Taster, Reedkontakte, Temperatur-Sensoren etc angeschlossen. Bedient wird die Hausautomatisierung über die Bedienfelder, kleine Unterputz- Module mit einen LCD-Display und ein paar Tastern. Hier kann man z.b. die Raumtemperatur einstellen, Stati abfragen etc. Triviale Dinge wie Licht einschalten o.ä. kann natürlich weiterhin per Taster gemacht werden. Zur Wartung und komfortableren Bedienung ist der CAN-Bus über das oben bereits erwähnte Hostinterface an einen Linux-Rechner angebunden. Komplexere Einstellungen können somit z.b. über ein Webinterface vorgenommen, Temperatur-Kurven aufgezeichnet oder Firmware-Updates auf die Module aufgespielt werden. Für den eigentlichen Busbetrieb ist aber kein PC nötig - die Module sind völlig autark funktionsfähig. Sollte also der Rechner ausfallen, so funktionieren Licht, Rolläden, Heizung etc weiterhin. Die in Abbildung 1.2 eingekreisten Objekte in den Rechnern A und B stellen Prozesse dar. Die Pfeile, die sie verbinden, beschreiben, wer mit wem kommuniziert. Es folgt eine kurze Aufstellung, welche Prozesse welche Aufgaben haben: telican (Administrationswerkzeug): Mit telican kann der Admininistrator Diagnosen, Konfigurationsänderungen etc durchführen. telican kommuniziert standardmässig mit hcanaddressd und verwendet eine dynamisch zugewiesene Adresse. hcand (HCAN Dämon) stellt einen virtuellen CAN Switch dar; alle Prozesse senden und erhalten HCAN Frames von ihm hcanhid (HCAN Hostinterface Dämon): Dieser Prozess ist für den HCAN Frame Transport vom und zum Hostinterface via USB (Virtual Serial Port) zustaendig telican timed (telican s Time Dämon Modus) sendet in regelmässigen Abständen Zeit- und Datumsinformationen. Alle Module (Controller-1612, Bedienfelder etc.) stellen ihre interne Uhr danach.

13 1.3. DAS KONZEPT DAHINTER: IDS UND GRUPPEN 13 Abbildung 1.1: Der Controller mit den Sensoren und Aktoren hcanaddressd (HCAN Adress-Dämon): Da alle HCAN Teilnehmer eine eindeutige Absender- Adresse benötigen, stellt der hcanaddressd für alle Teilnehmer, die nur für kurze Zeit mal schnell eine Adresse benötigen, einen dynamischen Adress-Zuweisungsdienst bereit. Ein Teilnehmer verbindet sich via TCP und erhält für die Dauer der TCP Verbindung eine eindeutige Adresse zugeteilt 1.3 Das Konzept dahinter: IDs und Gruppen Die Konfigurationen, die Lampen, Taster, Heizungen, Rolläden usw repräsentieren, werden im HCAN Jargon als Devices bezeichnet. Fast alle einfachen Devices verwenden Gruppen: Alle Devices, die auf die gleiche Gruppe hören, reagieren gleich. Wenn also beispielsweise ein Taster Button down Botschaften der Gruppe 18 sendet, reagieren alle Powerports (Lampen, Steckdosen), die auf die Gruppe 18 hören, indem sie ihren Zustand wechseln (an - aus oder aus - an). Abbildung 1.3 soll das verdeutlichen. Linker Controller: An Eingansport 0 ist der Taster angeschlossen; es existiert eine Konfiguration, die in der Blase dargestellt ist. Rechter Controller: Hier ist das Relay, das die Lampe schaltet, an Ausgangsport 0 angeschlossen; auch hier gibt es eine entsprechende Konfiguration.

14 14 KAPITEL 1. EINFÜHRUNG Abbildung 1.2: Gesamtübersicht der Hausautomatisierung Wird nun der Taster gedrückt, so sendet das Taster-Device eine Taster down Botschaft mit der Gruppe 14 an alle Busteilnehmer. Jeder Controller empfängt diese Botschaft - ob er darauf reagiert, hängt von seiner Konfiguration ab. Der rechte Controller hat in unserem Falle eine passende Konfiguration, nämlich die des Powerports: Als Gruppe0 ist hier auch die 14 eingetragen. Das Device reagiert auf die Taster down Botschaft, indem es das Relais, falls es aus war, einschaltet oder umgekehrt. Zur Erläuterung: Manche Devices können mehreren Gruppen zugeordnet werden. In diesem Falle heissen die Gruppen dann Gruppe0, Gruppe1 usw. Für etwas komplexere Taster/Lampen Konfigurationen kann ein Lichtzonen- Device angelegt werden. Auf welchem Controller es sich befindet, ist egal. Das Lichtzonen-Device kann auf verschiedene Botschaften hören und entsprechend unterschiedlich reagieren. Es wird an dieser Stelle nur eine der Möglichkeiten, die off-gruppe vorgestellt. Weitere Details können im Referenz-Teil nachgelesen werden. Wird eine Taster down Botschaft empfangen, derern Gruppe mit einer off-gruppe übereinstimmt, so wird eine off Botschaft an die Action Gruppe gesendet - in diesem Fall die Gruppe 32. Alle Powerports, die auch auf die Gruppe 32 hören, schalten dann aus, egal, welchen Zustand sie zuvor hatten. Eine Anwendung ist z.b. ein zentraler Taster neben der Tür, der alle Lampen im Haus ausschaltet. Somit bleibt keine Lampe brennen, wenn man aus dem Hause geht. Manche Devices haben eine eindeutige Nummer, anhand derer sie unterschieden werden können: die ID (Identifikationsnummer). Später folgen Beispiele von Devices, die eine ID verwenden.

15 1.4. UNTERSCHIED VON GRUPPEN UND IDS 15 Abbildung 1.3: Taster und Lampen: das Gruppenkonzept 1.4 Unterschied von Gruppen und IDs Wichtig: Einer Gruppe können mehrere Devices zugeordnet sein, einer ID ist nur ein Device zugeordnet. Abbildung 1.4: Taster, Lampen und die Lichtzone

16 16 KAPITEL 1. EINFÜHRUNG

17 Kapitel 2 telican und andere Werkzeuge Mit telican werden sämtliche administrative Arbeiten verrichtet. Dazu gehören: zur Diagnose HCAN Frames auf dem Bus mitschneiden Boards anpingen, d.h. Test-Frames schicken. Auch dies ist eine Diagnose-Methode neuen Modulen bzw. Boards eine HCAN Adresse zuweisen Board-Firmware updaten/aktualisieren für Spezial-Fälle: den EEPROM per Hand editieren Konfigurationen auf die Boards spielen, Konfigurationen auf dem Board direkt editieren Konfigurationen auf den Rechner sichern Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass bereits eine funktionierende HCAN Software Installation auf einem Linux-PC existiert. Eine tiefgehende Beschreibung zur Installation und Inbetriebnahme erfolgt im Kapitel PC-basierte Software Umgebung. 2.1 Verwendung von telican Mit dem Parameter help werden die Optionen angezeigt: $ telican --help telican options: -h [ --help ] : shows the available options -a [ --ip-address ] arg : IP adress of hcand (default ) -d [ --dump ] : dump mode; dump all messages -n [ --numeric ] : in dump mode, print frame data as numbers -p [ --ping ] arg : sends ping frames to the given destination -c [ --connect ] arg : connect to given destination $ --ignore-type -e [ --exec ] arg : execute the given command(s) -s [ --src ] arg : use given hcan source address : ignore the remote type if device does not answer -r [ --read ] arg : read commands from given file --syslog : syslog mode; logs all syslog messages on the bus Wie bereits erwähnt, kommuniziert telican (wie alle anderen Prozesse auch) mit hcand. Sofern hcand nicht auf dem selben Rechner läuft, muss dessen IP Addresse explizit angegeben werden. Das geschieht mit der Option --ip-address. 17

18 18 KAPITEL 2. TELICAN UND ANDERE WERKZEUGE Sofern telican den hcanaddressd nicht erreichen kann (er muss auf der gleichen Maschine wie hcand laufen), so ist man gezwungen, eine explizite Quell-Adresse anzugeben, die telican für die Kommunikation verwenden soll. Beispiel: $ telican -s 900 -p 310 sending ping packets from 900 to [1] 16 msec [2] 20 msec [3] 14 msec [4] 18 msec [5] 22 msec $ 2.2 Diagnose-Möglichkeiten mit telican Da wären zuerst einmal der sogenannte Dump Modus zu nennen. Im Dump Modus verhält sich telican passiv und zeigt alle HCAN Frames an, die er von hcand bekommt. (Normalerweise ist das gleichbedeutend mit allen Frames, die auf dem pysikalischen CAN Bus laufen, kann aber natürlich im Störungsfalle anders sein.) telican interpretiert alle HCAN Frames und gibt die Frame-Namen und die Paramter im Klartext aus. Sofern man nur die rohen Zahlen sehen möchte, helfen die Optionen -n, --numeric. Beispiel: $ telican -d > 0310 :SFP HMS PING_REQUEST > 0900 :SFP HMS PING_REPLAY > 0310 :SFP HMS PING_REQUEST > 0900 :SFP HMS PING_REPLAY > 0310 :SFP HMS PING_REQUEST > 0900 :SFP HMS PING_REPLAY > 0310 :SFP HMS PING_REQUEST > 0900 :SFP HMS PING_REPLAY > 0310 :SFP HMS PING_REQUEST > 0900 :SFP HMS PING_REPLAY > 0040 :SYSLOG [ 0x04 0x6b 0x65 0x79 0x5f 0x64 0x6f 0x77 ] > 0040 :SYSLOG [ 0x6e 0x20 0x33 0x0a 0x0a ] > 0035 :SFP HES HEIZUNG_DETAILS_REQUEST id: > 0035 :SFP HES HEIZUNG_TIST_REQUEST id: > 0040 :SYSLOG [ 0x04 0x6b 0x65 0x79 0x5f 0x64 0x6f 0x77 ] > 0040 :SYSLOG [ 0x6e 0x20 0x32 0x0a 0x0a ] > 0033 :SFP RTS TIME_INFO level:0 day_of_week:4 hour:13 minute:5 second: > 0033 :SFP RTS DATE_INFO level:0 day_of_month:17 month_of_year:8 year:6 $ telican -d -n > 0310 :1 [ 0x01 0x01 ] > 0900 :1 [ 0x01 0x02 ] > 0310 :1 [ 0x01 0x01 ] > 0900 :1 [ 0x01 0x02 ] > 0040 :3 [ 0x04 0x6b 0x65 0x79 0x5f 0x64 0x6f 0x77 ] > 0040 :3 [ 0x6e 0x20 0x33 0x0a 0x0a ] > 0035 :1 [ 0x05 0x32 0x0a ] > 0035 :1 [ 0x05 0x3b 0x0a ] > 0035 :1 [ 0x05 0x32 0x0a ] > 0035 :1 [ 0x05 0x3b 0x0a ] $ Hinweis: telican -d (und andere Linux-Programme auch) bricht man mit Strg-c ab!

19 2.3. HCAN-DISCOVER 19 Man sieht den Unterschied: -n bewirkt, dass TELICAN nichts mehr interpretiert. Die genaue Bedeutung der HCAN Frames, die im Beispiel mitgeschnitten wurden, wird im Kapitel 10 ausführlich beschrieben. Um festzustellen, ob ein Board (d.h. eine Platine eines Controller-1612 Moduls oder eines Bedienfeldes) über den CAN Bus erreichbar ist und prinzipiell funktioniert, kann man das Board anpingen. Dabei werden besondere ping Pakete gesendet, die das Board beantwortet. Werden alle Pakete (es werden je 5 Stück gesendet) beantwortet und liegen die Zeiten zwischen Versand und Empfang nicht zu sehr auseinander, so ist der Bus funktionsfähig und nicht stark ausgelastet. Beispiel: $ telican -p 310 sending ping packets from 512 to [1] 16 msec [2] 20 msec [3] 14 msec [4] 18 msec [5] 22 msec $ Ping-Zeiten im Bereich bis 50 msec sind normal. Tip: Falls die Ping Pakete nicht beantwortet werden, parallel dazu in einem Fenster telican -d laufen lassen, und schauen, ob sie denn sichtbar sind, oder ob das Board irgendwelche anderen Infos sendet. 2.3 hcan-discover HCAN-DISCOVER ist ein auf telican basierendes (Shell-)Script, das einen schnellen Überblick über angeschlosse und erreichbare Boards/Module liefert. Dazu wird es einfach aufgerufen; es läuft ein paar Sekunden und meldet dann die gefundenen Boards: $ hcan-discover 0137: Typ: Versuchsboard1 v02 Up: 5 days, 22: : Typ: Controllerboard-1612 v01 Up: 10 days, 21: : Typ: USV Controller (Hardware: Controllerboard-1612 v01) Up: 14 days, 17: : Typ: Userpanel-v01 Up: 38 days, 18:40 $ Den Typ der Boards kann das Script (bzw. telican) aus der Board-Typ-ID ziehen. Sofern kein zu neues Board am Bus hängt, kann telican alle Board-Typen einwandfrei identifizieren. Zu jedem Board fragt das Script dann noch die Uptime, d.h. die Zeit, seit der das Board ununterbrochen läuft, ab. 2.4 telican: Kommunikation mit einem Board Der häufigste Einsatzzweck von telican ist die direkte Kommunikation mit einem Board. Dazu wird der Parameter -c, --connect verwendet. TELICAN pingt das Board kurz an; wenn es antwortet, geht es davon aus, dass Befehle und Anfragen angenommen werden und bietet eine Eingabeaufforderung:

20 20 KAPITEL 2. TELICAN UND ANDERE WERKZEUGE $ telican -c 305 > show system Board : USV Controller (Hardware: Controllerboard-1612 v01) MCU : AVR Atmega32 Build #: 1 > show state application is active. > show uptime 14 days, 17:35 > help send <d0> <d1>... show system show uptime show time show address show state show ee <address> dump ee <address> set ee <address> <value> set address <hcan-address> bootloader loadapp reset sends this raw frame to peer prints info about peer prints the uptime prints the time/date get the stored hcan address bootloader, booting, app shows a eeprom value dumps a eeprom range save value to eeprom save a new hcan address boot into bootloader load the application generated a reset flash <filename> show usvstate reset-usvstats > quit $ Mit dem Befehl help bekommt man immer eine Übersicht, welche Befehle das Board, mit dem man verbunden ist, annimmt. telican verwendet je nach Board-Typ-ID einen passenden Treiber, um alle Features des Boards verwenden zu können. Sofern telican ein Board noch nicht kennt, passiert folgendes: $ telican -c 299 warning: unknown board type id 255, using generic atmega32 driver... > help send <d0> <d1>... show system show uptime show time show address show state show ee <address> dump ee <address> set ee <address> <value> set address <hcan-address> bootloader loadapp reset sends this raw frame to peer prints info about peer prints the uptime prints the time/date get the stored hcan address bootloader, booting, app shows a eeprom value dumps a eeprom range save value to eeprom save a new hcan address boot into bootloader load the application generated a reset flash <filename>

21 2.4. TELICAN: KOMMUNIKATION MIT EINEM BOARD 21 > show system Board : unknown MCU : AVR Atmega32 Build #: 1 > quit $ Man sieht: In einem solchen Falle erkennt er den MCU-Typ (Microcontroller) und stellt einen Minimal-Befehlssatz zur Verfügung.

22 22 KAPITEL 2. TELICAN UND ANDERE WERKZEUGE

23 Kapitel 3 Controller-1612 Der Controller-1612 ist das zentrale Element in der HCAN Hausautomatisierung steht für 16 Eingänge und 12 Ausgänge. Abbildung 3.1: Controller-1612, Hardware Version 01 Abbildung 1.1 zeigt, was alles an den Controller angeschlossen werden kann. 3.1 Inbetriebnahme Die Inbetriebnahme eines Controller-1612 unterscheidet sich nicht von anderen Boards. Die Details sind im Kapitel Inbetriebnahme neuer Boards beschrieben. 3.2 Konfiguration Einführung in die EDS Konfiguration EDS steht für EEPROM Data System - ein rudimentäres Objekt-Ablagesystem im EEPROM der Boards. Damit ist es möglich, Konfigurationen direkt auf dem Board per telican zu editieren. Das EDS System wird im Kapitel EDS genauer beschrieben. Die Konfiguration kann per Texteditor vorbereitet und dann als Ganzes auf den Controller übertragen werden. Wenn nur Kleinigkeiten an der Konfiguration zu ändern sind, so macht es mehr Sinn, dies direkt auf dem Controller vorzunehmen und dann die Konfiguration zu sichern. Als Beispiel wollen wir eine Lampe an Port 4 und zwei Taster, je einer an Port 0 und Port 3, konfigurieren. Dazu wird mit einem beliebigen Texteditor eine Datei namens neue-config.cf mit folgendem Inhalt erstellt: Format create powerport set port 4 23

24 24 KAPITEL 3. CONTROLLER-1612 set gruppe0 1 set gruppe1 255 set gruppe2 255 set gruppe3 255 exit create taster set port 0 set gruppe 1 exit create taster set port 3 set gruppe 1 exit Die Datei enthält nun alle Befehle, die man auch manuell in telican eingeben könnte. Format formatiert den Konfigurationsbereich des EEPROMs. Danach legen die folgenden Befehle die entsprechende Konfiguration an: $ telican -c 301 -r neue-config.cf creating new powerport, type id = creating new taster, type id = creating new taster, type id = > show conf create powerport set port 4 set gruppe0 1 set gruppe1 255 set gruppe2 255 set gruppe3 255 exit create taster set port 0 set gruppe 1 exit create taster set port 3 set gruppe 1 exit > reload > quit $ Mit show conf wird die aktuelle Konfiguration angezeigt - man sieht, sie ist übernommen worden. Der Format Befehl davor hat dafür gesorgt, dass keine alten Konfigurationsreste übernommen wurden und alles zuvor gelöscht. Mit reload wird die Konfiguration, die sich bisher im EEPROM befindet, geladen. Ab jetzt sollte das Licht an- und ausgehen, wenn man die Taster drückt. Jetzt soll eine kleine Änderung gemacht werden: der zweite Taster soll von Port 3 auf Port 7 umgestellt werden. Dazu machen wir folgendes: $ telican -c 301 > list powerport@34 taster@41 taster@45 > edit 45 taster@45 > list uint8_t port 3

25 3.2. KONFIGURATION 25 uint8_t gruppe 1 taster@45 > set port 7 taster@45 > list uint8_t port 7 uint8_t gruppe 1 taster@45 > exit > show conf create powerport set port 4 set gruppe0 1 set gruppe1 255 set gruppe2 255 set gruppe3 255 exit create taster set port 0 set gruppe 1 exit create taster set port 7 set gruppe 1 exit > reload > quit $ Die konfigurierten Devices (ein Powerport, zwei Taster) werden von list in der gleichen Reihenfolge angezeigt, wie sie auch show conf ausgibt. Mit edit 45 editiert man das Device an der Adresse 45 - diese sieht man anhand der list Ausgabe. Auf diesem Wege kann man sämtliche Devices verändern. Ein weiteres Beispiel: Es soll nun der erste Taster (an Eingang 0) entfernt werden. Dafuer soll ein weiterer Powerport an Ausgang 11 angeschlossen werden; der Taster soll nun beide Powerports zugleich schalten. $ telican -c 301 > list powerport@34 taster@41 taster@45 > edit 41 taster@41 > list uint8_t port 0 uint8_t gruppe 1 taster@41 > exit > delete 41 > list powerport@34 taster@45 > create powerport creating new powerport, type id = powerport@49 > list uint8_t port 2 uint8_t gruppe0 4 uint8_t gruppe1 1 uint8_t gruppe2 10 uint8_t gruppe3 2 powerport@49 > set port 11

26 26 KAPITEL 3. CONTROLLER-1612 > set gruppe0 1 powerport@49 > set gruppe1 255 powerport@49 > set gruppe2 255 powerport@49 > set gruppe3 255 powerport@49 > list uint8_t port 11 uint8_t gruppe0 1 uint8_t gruppe1 255 uint8_t gruppe2 255 uint8_t gruppe3 255 powerport@49 > exit > show conf create powerport set port 4 set gruppe0 1 set gruppe1 255 set gruppe2 255 set gruppe3 255 exit create taster set port 7 set gruppe 1 exit create powerport set port 11 set gruppe0 1 set gruppe1 255 set gruppe2 255 set gruppe3 255 exit > reload > quit $ Zur Erläuterung: Zuerst wird beim Taster an der Adresse 41 geschaut, ob er auch der Taster an Port 0 ist ( list ). Da er es ist tatsächlich ist, wird er mit delete gelöscht. Dann wird ein neuen Powerport angelegt, die Gruppen angepasst. Zum Schluss wird nocheinmal die gesamte Konfiguration angezeigt und danach neu geladen. Die Variante, die Konfiguration direkt auf dem Board vorzunehmen, ist aufwändiger als eine neue Konfiguration in eine Datei zu schreiben. Alternativ soll hier noch abschliessend noch die Backup- Variante gezeigt werden: Man erstellt ein Config Backup, editiert diese Datei und schreibt sie ins Board zurueck: $ hcan-backup-config 301 Erstelle Backup der Konfiguration von Board fertig. $ An dieser Stelle wird nun die Datei, die das Backup Script erzeugt hat (backup-board cf) mit einem beliebigen Texteditor geladen und die Konfiguration editiert. Nach Abspeichern kann sie wieder eingespielt werden: $ hcan-restore-config backup-board cf 301 Pruefe Backup Datei backup-board cf ok. Beim Zurueckspielen der Backup Config auf das Board

27 3.3. HARDWARE DETAILS 27 werden ALLE Konfigurationsdaten ueberschrieben. Soll das Backup WIRKLICH eingespielt werden? (j/n)? j Konfiguration wird uebertragen... creating new powerport, type id = creating new taster, type id = creating new powerport, type id = fertig. Bitte Konfiguration manuell pruefen und neu laden ( reload ). $ Weitere Informationen zu den Devices des Controller-1612 finden sich im Kapitel EDS ab Seite Hardware Details Abbildung 3.2: Controller-1612 Anschlüsse Stromversorgung und CAN Bus Wie in Abbildung 3.2 zu sehen, wird links unten die Stromversorgung mit 24V Gleichspannung und links oben der CAN Bus angeschlossen. Hier einige Kennwerte:

28 28 KAPITEL 3. CONTROLLER-1612 Anschluss Grösse Wertebereich Versorgung U vcc 24V U vcc min 9V U vcc max 30V I typ@24v 16mA P typ@24v 385mW Eingänge U min 0V U max 5.5V I min 0V I max 20mA R pullup 20KΩ Ausgänge U min 0V U max U V cc CAN Hi/Lo U min 8V U max 18V Ein- und Ausgänge In der unteren Klemmenreihe befinden sich die Ausgänge, in der oberen Klemmenreihe sind die beiden Jumperleisten herausgeführt. Im Normalbetrieb werden Jumper- Brücken auf die Jumperleisten gesteckt, so dass 16 IO Ports des Atmega32 auf die Klemmen geführt sind. Die Ausgänge steuern 12 Darlington-Transistorpaare, um kleine 24V Lasten zu schalten. Sie sind Open-Collector geschaltet, d.h. sie werden in die Rückfluss-Leitung des Verbrauchers geschaltet. Wichtig: Als Versorgung des Verbrauchers darf nicht mehr als 24V verwendet werden. Der Grund dafür ist, dass der verwendete IC ULN2803 eine Freilauf- Dioden Schaltung hat. Würden mehr als 24V (die Versorgungsspannung) am Darlington-Array anliegen, so gäbe es einen Kurzschluss! Abbildung 3.3: Belegung der Jumperleisten Achtung: beim Jumperstecken auf die genaue Position achten - durch Stecken des Jumpers ganz links (5V/GND) wird ein Kurzschluss verursacht! Dabei beginnt die 330uH Drossel zu schmelzen. Abbildung 3.4: Belegung der ISP Buchse Über diese ISP Buchse kann der Atmega32 initial mit dem CAN Bootloader programmiert und die Fuses gesetzt werden. Details dazu befinden sich in im Kapitel Inbetriebnahme eines Boards.

29 Kapitel 4 EDS EDS steht für EEPROM Data System und ist ein sehr rudimentäres Datenablage- System für EEPROMs. Das EDS kann Objekte mit variabler Grösse unabhängig voneinander speichern und löschen. Da nach einigen Lösch- und Speicher- Vorgängen der Platz fragmentiert sein kann, bietet es eine Defragmentier- Funktion (siehe telican Befehl defragment). EDS Objekte werden mit dem telican Befehl create angelegt und mit delete gelöscht. Änderungen können mit edit vorgenommen werden. Das Beispiel aus Kapitel 2 sei hier erwähnt. 4.1 EDS Konfigurationen im Detail Im Folgenden wird die EDS Konfiguration genauer beschrieben; sie betrifft mehrere Boards und ist daher als eigenes Kapitel ausgegliedert taster Block: Datentyp: Feld: taster uint8 t port taster uint8 t feature taster uint8 t gruppe Ein Taster-Device kann z.z. zum Schalten von Powerports (Lampen,Steckdosen) oder Steuern von Rolläden verwendet werden. Ist Bit 0 des feature Bytes gesetzt, so wird anstatt der normalen Entprellzeit von 30msec eine Entprellzeit von einer Sekunde verwendet powerport Block: Datentyp: Feld: powerport uint8 t port powerport uint8 t feature powerport uint8 t gruppe0 powerport uint8 t gruppe1 powerport uint8 t gruppe2 powerport uint8 t gruppe3 Ein Powerport schaltet ein Relais, das wiederum 230V Verbraucher schaltet. Im Normalfall ist das entweder eine Lampe oder eine Steckdose. Ist das LSB beim feature gesetzt, so ist das gesteuerte Relais ein bistabiles Relais (Ingo s Bistable Patch). 29

30 30 KAPITEL 4. EDS rolladen Block: Datentyp: Feld: rolladen uint8 t port power rolladen uint8 t port dir rolladen uint8 t taster ab rolladen uint8 t taster auf rolladen uint8 t feature rolladen uint16 t laufzeit rolladen uint16 t max rekalib rolladen uint8 t gruppe0 rolladen uint8 t gruppe1 rolladen uint8 t gruppe2 rolladen uint8 t gruppe3 Ein Rolladen wird über zwei Relais gesteuert (port power, port dir). Der Powerport schaltet den Motor ein/aus, der Dirport (Direction Port) schaltet zwischen den Laufrichtungen um. Im Feature- Byte ist codiert, ob der Rolladen mit einem Taster oder mit zwei Tastern gesteuert wird: Ist das LSB gesetzt, so werden beide Taster verwendet; ist es nicht gesetzt, so ist der Ein-Taster-Betrieb aktiv. Der Rolladen reagiert auf Botschaften einer/beider Tastergruppe(n). Über den Parameter laufzeit wird die Gesamtlaufzeit in 10tel Sekunden angegeben. max rekalib gibt an, nach wievielen zurückgelegten 10tel Sekunden der Rolladen sich neu kalibrien (d.h. ganz hoch oder runter fahren) muss. Jeder Rolladen kann bis zu 4 Rolladengruppen zugewiesen werden heizung Block: Datentyp: Feld: heizung uint8 t id heizung uint8 t port heizung uint8 t pwm periode heizung uint8 t sensor id heizung uint8 t zeitzone0 id heizung uint16 t zeitzone0 temp heizung uint8 t zeitzone1 id heizung uint16 t zeitzone1 temp heizung uint8 t zeitzone2 id heizung uint16 t zeitzone2 temp heizung uint8 t zeitzone3 id heizung uint16 t zeitzone3 temp heizung uint8 t zeitzone4 id heizung uint16 t zeitzone4 temp heizung uint8 t zeitzone5 id heizung uint16 t zeitzone5 temp heizung uint8 t zeitzone6 id heizung uint16 t zeitzone6 temp heizung uint8 t zeitzone7 id heizung uint16 t zeitzone7 temp Das Heizungsdevice, definiert über die ( id), steuert einen Ausgang mit 24V PWM (Pulsweitenmodulation). Es wird mit pwm periode die Periode in Sekunden eingestellt. Die Ist-Temperatur wird vom sensor id Sensor verwendet, die Soll-Temperatur kann je nach Zeitzone anders vorgegeben werden.

31 4.1. EDS KONFIGURATIONEN IM DETAIL temp sensor Block: Datentyp: Feld: temp sensor uint8 t io pin temp sensor uint8 t gruppe temp sensor uint8 t modus temp sensor uint8 t interval temp sensor char ow id Ein Temperatur-Sensor vom Typ Dallas DS18B20 ist an Pin/Port io pin angeschlossen. Die Sensor Gruppe ist gruppe. Der Modus kann entweder 0 (d.h. deaktiviert) oder 1 (automatisch senden) sein. Im Automatik-Modus gibt interval das Interval in Sekunden an, in dem die Messwerte versendet werden sollen. Da mehrere DS18B20 an einem 1Wire Bus hängen können, ist in ow id die 1Wire-ID zu hinterlegen. Diese ID kann über den telican Befehl discover-1wire herausgefunden werden reed kontakt Block: Datentyp: Feld: reed kontakt uint8 t port reed kontakt uint8 t gruppe reed kontakt uint8 t modus reed kontakt uint8 t feature Ein Reedkontakt wird zum Erkennen von offenen Türen und Fenstern verwendet. Wenn der Kontakt offen ist, so sendet das Device in regelmässigen Abständen mit der Reedkontakt-Gruppen ID gruppe, sofern modus 1 ist (siehe modus beim temp sensor) time service Block: Datentyp: Feld: time service uint8 t level time service uint8 t takeover time time service uint8 t interval Ein Time Service Device sendet Zeit- und Datumsinformationen, damit alle Boards mit der gleichen Zeit arbeiten. Die Details zum Zeit-Dienst können im Kapitel Time Services nachgelesen werden licht zone Block: Datentyp: Feld: licht zone uint8 t toggle gruppe0 licht zone uint8 t toggle gruppe1 licht zone uint8 t toggle gruppe2 licht zone uint8 t toggle gruppe3 licht zone uint8 t off gruppe0 licht zone uint8 t off gruppe1 licht zone uint8 t on gruppe0 licht zone uint8 t on gruppe1 licht zone uint8 t timer delay licht zone uint8 t action gruppe0 licht zone uint8 t action gruppe1 Eine Lichtzone ermöglicht es, komplexere Lichtschalt-Szenarien zu realisieren. Es wird der Status der zu schaltenden Lichter/Lampen im RAM gehalten. Auf Botschaften der toggle gruppex Gruppen wechselt der RAM Status von on auf off oder umgekehrt, d.h. er toggled. Im Falle einer Botschaft an die off gruppex wird der Status auf off, im Falle einer on Botschaft auf on gesetzt. In jedem Falle sendet das Lichtzonen-Device nach Status-Änderung eine on oder off Botschaft an die beiden Action Gruppen.

32 32 KAPITEL 4. EDS Wenn timer delay ungleich 0 ist, dann wird dieser Wert als Zeitschaltwert verwendet. Nach Verstreichen dieser Zeit schaltet das Licht aus. Die Einheit (Sekunden oder Minuten) hängt vom MSB ab: ist der Wert grösser als 128, so wird der Wert abzüglich der 128 als Sekunden interpretiert. Ist er kleiner als 128, so wird er als Minuten interpretiert. Beispiel: timer delay = Minuten timer delay = = 1 Sekunde timer delay = = 13 Sekunden zeit zone Block: Datentyp: Feld: zeit zone uint8 t gruppe zeit zone uint8 t day pattern zeit zone uint8 t from hour zeit zone uint8 t from minute zeit zone uint8 t to hour zeit zone uint8 t to minute Eine Zeitzone ist eine allgemein gehaltene Information; sie wird z.b. von den Heizungen verwendet, um festzulegen, wann welche Soll-Temperatur gilt. Wichtig ist: Die Zeitzone muss auf dem Board konfiguriert sein, auf dem auch die Devices konfiguriert sind, die sie verwenden. Die gruppe wird als Zeitzonen-ID verwendet und macht im Moment nur als ID (eindeutig) Sinn. Das day pattern ist eine 8Bit breite Zahl, deren Bits für die Wochentage stehen: Ist ein Bit gesetzt, so gilt die Zeitzone an diesem Wochentag, andernfalls nicht. Bit1 = Montag, Bit7 = Sonntag; Achtung: Bit 0 wird nicht verwendet. Beispiel: Mo,Mi => 0x0a Di,Do => 0x14 Mo,Do,Mi,Do,Fr,Sa,So => 0xfe Sa,So => 0xc dunstabzugport Block: Datentyp: Feld: dunstabzugport uint8 t port dunstabzugport uint8 t reed gruppe Ein Dunstabzug-Port lauscht auf Meldungen des gegebenen Reedkontakts und schaltet ein Relais, das eine Dunstabzugslueftung schaltet. Diese wird aber weiterhin per Hand aktiviert - sie muss nur, solange das Fenster zu ist, stromfrei geschaltet sein. Dies ist bei einem offenden Kamin Vorschrift zeitschaltuhr Block: Datentyp: Feld: zeitschaltuhr uint8 t power gruppe zeitschaltuhr uint8 t zeitzone0 id zeitschaltuhr uint8 t zeitzone1 id zeitschaltuhr uint8 t zeitzone2 id zeitschaltuhr uint8 t zeitzone3 id zeitschaltuhr uint8 t zeitzone4 id zeitschaltuhr uint8 t zeitzone5 id zeitschaltuhr uint8 t zeitzone6 id zeitschaltuhr uint8 t zeitzone7 id Die Zeitschaltuhr schaltet die Verbraucher der power gruppe in den konfigurierten Zeitzonen ein.

33 4.1. EDS KONFIGURATIONEN IM DETAIL poti Block: Datentyp: Feld: poti uint8 t port poti uint8 t gruppe poti uint8 t feature Der Mittelabgriff eines Potis wird an einem der AD Ports angeschlossen. Im Zusammenspiel mit dem Multitaster koennen dann viele Tast-Events auch mit nur 1-2 Tastern realisiert werden. Erweiterung von Ingo Lages multitaster Block: Datentyp: Feld: multitaster uint8 t poti gruppe multitaster uint8 t taster port0 multitaster uint8 t taster port1 multitaster uint8 t feature multitaster uint8 t gruppe0 multitaster uint8 t gruppe1 multitaster uint8 t gruppe2 multitaster uint8 t gruppe3 multitaster uint8 t gruppe4 multitaster uint8 t gruppe5 multitaster uint8 t gruppe6 multitaster uint8 t gruppe7 multitaster uint8 t gruppe8 multitaster uint8 t gruppe9 Der Multitaster sendet, wenn einer der beiden Taster (taster port0 oder taster port1) gedrueckt werden, je nach Stellung der Potis (welches in der poti gruppe definiert ist) mit einer seiner Gruppen (gruppe0.. gruppe9). Die Skaleneinteilung ist im feature Byte codiert. Erweiterung von Ingo Lages userpanel shortcuts Block: Datentyp: Feld: userpanel shortcuts uint8 t F1 userpanel shortcuts uint8 t F2 userpanel shortcuts uint8 t F3 userpanel shortcuts uint8 t F4 userpanel shortcuts uint8 t F5 userpanel shortcuts uint8 t F6 userpanel shortcuts uint8 t F7 userpanel shortcuts uint8 t F8 Dieses EDS Objekt dient den Userpanels zur Ablage der Shortcut Page-IDs. Es sind mehr F-Tasten fuer groessere Userpanel vorgesehen screensaver page Block: Datentyp: Feld: screensaver page uint8 t page id screensaver page uint8 t parent id screensaver page uint8 t next id screensaver page uint8 t prev id

34 34 KAPITEL 4. EDS Die screensaver page ( Bildschirmschoner-Seite ) ist die Seite, die normalerweise im inaktiven Betrieb des Bedienfeldes angezeigt wird. Sie zeigt den Wochentag, das Datum und die Uhrzeit an. Der Parameter page\_id definiert die ID der Seite, also eine eindeutige Nummer, anhand der sie identifiziert werden kann. Die Parameter parent\_id,next\_id und prev\_id beschreiben, wie die Seite in der Baumstruktur eingeordnet wird. Sie sollte als Wurzel ganz oben stehen dir page Block: Datentyp: Feld: dir page uint8 t page id dir page uint8 t parent id dir page uint8 t next id dir page uint8 t prev id dir page char name dir pages ( Verzeichnis/MenuSeiten ) sind Menüseiten, über die man zu den verschiedenen Funktionen des Bedienfeldes navigiert. Der Parameter page\_id definiert die ID der Seite, also eine eindeutige Nummer, anhand der sie identifiziert werden kann. Die Parameter parent\_id,next\_id und prev\_id beschreiben, wie die Seite in der Baumstruktur eingeordnet wird. Der Parameter name ist der String, der als Menüintrag angezeigt wird heiz page Block: Datentyp: Feld: heiz page uint8 t page id heiz page uint8 t parent id heiz page uint8 t next id heiz page uint8 t prev id heiz page char name heiz page uint8 t heiz id Eine heiz page ( Heizungssteuerungsseite ) ist eine Seite, mit der eine Heizung/Heizzone gesteuert wird. Der Parameter page\_id definiert die ID der Seite, also eine eindeutige Nummer, anhand der sie identifiziert werden kann. Die Parameter parent\_id,next\_id und prev\_id beschreiben, wie die Seite in der Baumstruktur eingeordnet wird. Der Parameter name ist der String, der angezeigt wird. Mit heiz\_id wird die ID der Heizung angegeben, die die Heiz-Seite steuern soll rolladen page Block: Datentyp: Feld: rolladen page uint8 t page id rolladen page uint8 t parent id rolladen page uint8 t next id rolladen page uint8 t prev id rolladen page uint8 t feature rolladen page uint8 t gruppe rolladen page uint8 t pos rolladen page char line0 rolladen page char line1

35 4.1. EDS KONFIGURATIONEN IM DETAIL taster page Block: Datentyp: Feld: taster page uint8 t page id taster page uint8 t parent id taster page uint8 t next id taster page uint8 t prev id taster page uint8 t feature taster page uint8 t gruppe taster page char line0 taster page char line powerport page Block: Datentyp: Feld: powerport page uint8 t page id powerport page uint8 t parent id powerport page uint8 t next id powerport page uint8 t prev id powerport page uint8 t feature powerport page uint8 t gruppe powerport page char line0 powerport page char line lcd light settings Block: Datentyp: Feld: lcd light settings uint8 t zeitzone id lcd light settings uint8 t backlight lcd light settings uint8 t contrast Wenn die inaktive Beleuchtung eines Bedienfeldes z.b. nachts dunkler sein soll, so kann in diesem EDS Objekt die passende Info hinterlegt werden.

36 36 KAPITEL 4. EDS

37 Kapitel 5 Inbetriebnahme der Boards 5.1 Fuses setzen und Bootloader flashen Ein fabrikneuer Atmega32 Mikrocontroller muss, nachdem er in den Sockel gesteckt wurde, zuerst mit einem Bootloader versehen werden. Der Bootloader ist ein 2KB kleines Programm, das es ermöglicht, über den CAN Bus eine neue Firmware auf den Mikrocontroller zu flashen. Desweiteren müssen ein paar Einstellungen (die sogn. Fuses) am Atmega32 gesetzt werden: als Clock wird der externe Quarz verwendet der Clockschwingkreis wird auf die Einstellung noisy gesetzt, dadurch schwingt er stabiler, ist unempfindlicher gegen äussere Einflüsse, verbraucht aber auch minimal mehr Strom (ca. 0,5 ma mehr) die Bootloader Funktionalität wird aktiviert; der Atmega32 springt nach jedem Reset direkt an den Anfang des Speicherbereichs des Bootloaders der Bootloader Speicher wird geschützt; dadurch ist ein versehentliches Überschreiben des Bootloaders nicht möglich der Watchdog wird aktiviert - ein Watchdog ist eine Schaltung, die, wenn nicht innerhalb einer bestimmten Zeit ein bestimmter Maschinenbefehl aufgerufen wird, den Mikrocontroller zurücksetzt. Dadurch bootet der Controller einfach neu, sollte er durch einen Softwarefehler oder einem äusseren Einfluss abstürzen die Brown-Out Detection wird aktiviert - das ist eine Schaltung, die den Controller, solange die Versorgungsspannung unter 4V ist, im Reset-Status hält. Dadurch ist gewährleistet, dass der Controller nach einem Stromausfall (Brown-Out) immer sauber resettet wird Zuerst muss die Stromzufuhr und der CAN Bus angeschlossen werden. Die Position der Klemmen sind im jeweiligen Kapitel zum Device (für das Controller-1612 Board beispielsweise im Kapitel 3) beschrieben. Sobald das Board Strom erhält, leuchtet (sofern vorhanden) die kleine gelbe LED. Zum Programmieren der Fuses und des Bootloaders wird das ISP-Programmierkabel in den ISP Sockel auf dem Board gesteckt. Dabei ist das graue Kabel an Pin 1, das grüne Kabel an Pin 5 zu stecken. Auf dem Linux-Rechner, an dessen Parallelport das ISP Kabel angschlossen ist, werden nun die Kommandos $ uisp -dlpt=/dev/parport0 -dprog=dapa --wr_fuse_h=0xc0 $ uisp -dlpt=/dev/parport0 -dprog=dapa --wr_fuse_l=0x0f $ uisp -dlpt=/dev/parport0 -dprog=dapa --wr_lock=0x2f abgesetzt. Genauere Infos zu den Fuse Registern finden sich im Atmega32 Datenblatt und in der Datei hcan/doc/atmega32-initial-setup des Quelltext- Verzeichnisses. Achtung: Das Hostinterface-v02 wird kein Bootloader verwendet. Details finden sich im Kapitel 7, Hostinterface. 37

38 38 KAPITEL 5. INBETRIEBNAHME DER BOARDS Abbildung 5.1: Controller-1612: Belegung der ISP Buchse Abbildung 5.2: ISP Kabel am Controller-1612 $ uisp -dlpt=/dev/parport0 -dprog=dapa --wr_fuse_l=0x03 Wenn bei den Aufrufen keine Fehler gemeldet wurden, so kann jetzt der Bootloader geflashed werden. Dazu im Verzeichnis hcan/hcanbl32 eingeben: $ make all $ make load Dadurch wird der Bootloader gegebenenfalls compiliert (übersetzt) und dann auf den Mikrocontroller geflashed. Jetzt sollte das Board, sofern zuvor nichts im EEPROM stand, unter der HCAN- Adresse 1023 erreichbar sein. Ein ping gibt Aufschluss: $ telican -p 1023 sending ping packets from 512 to [1] 17 msec [2] 16 msec [3] 20 msec [4] 13 msec [5] 17 msec $ Um nun dem Controller eine neue Adresse zu verpassen, wird per telican die Adresse im EEPROM geändert und das Board resetet (zuruckgesetzt). $ telican -c 1023 > show address 1023 > set address 382 > reset > quit $ telican -p 382 sending ping packets from 512 to [1] 13 msec [2] 16 msec [3] 32 msec [4] 13 msec [5] 12 msec $

39 5.2. DER BOOTLOADER Der Bootloader Allgemein kann ein Board in zwei verschiedenen Programmbereichen aktiv sein: im Bootloader oder im Anwendungsprogramm (Firmware). Der Controller springt nach einem Reset immer zuerst in den Bootloader; hier wird max 5 Sekunden auf externe Befehle via CAN gewartet und dann die Anwendung gestartet. Sofern die Anwendung noch nicht geflashed wurde oder zerstört ist, wird der Controller innerhalb von ca. 2 Sekunden durch den Watchdog zurückgesetzt. Wenn also, wie im oberen Beispiel beschrieben, der Controller, nachdem der Bootloader geflashed und die Fuses gesetzt wurden, angepingt wird, so kann es passieren, dass er gerade wieder einen Reset durch den Watchdog erfährt. Daher ist es möglich, dass er nicht immer auf einen Ping oder Connect-Versuch antwortet. Das ist nicht weiter schlimm - man versucht es dann 1-2 Sekunden später noch einmal. Um den Controller im Bootloader anzuhalten, kann man im telican, wenn man verbunden ist, den bootloader Befehl absetzen. Dann bleibt er im Bootloader und wartet auf weitere Befehle - es ist möglich, mit: show ee X das EEPROM an Speicherstelle X auszulesen set ee X Y den Wert Y in die EEPROM Speicherstelle X zu schreiben show address die im EEPROM gespeicherte HCAN Adresse anzuzeigen set address Y die HCAN Adresse Y ins EEPROM zu speichern reset den Controller neu zu starten (Achtung: er wird nach dem Reset nicht nach den 5 Sekunden im Bootloader verbleiben, sondern versuchen, die Firmware zu laden) flash thenewfirmware die Firmware (die Datei thenewfirmware ) in den Flash zu schreiben loadapp den Bootloader zu verlassen und die Anwendung (Firmware) zu laden Hinweis: Sollte der Controller nicht über die Adresse 1023 erreichbar sein, so kann man mit telican -d mitschneiden, welcher Controller nach einem Reset bootet. Wenn man also dem neuen Controller z.b. die Stromversorgung kurz wegnimmt oder den Bootloader neu flashed, so schickt er, wenn das Board keine Hardware-Defekt hat, eine Boot-Botschaft: > 0040 :SFP SLS BOOT_RESETFLAG_LOG flag:8 Details: 1: Power-on Reset 2: External Reset 4: Brown-Out Reset 8: Watchdog Reset Dadurch weiss man jetzt, welche Adresse der Controller verwendet. 5.3 Firmware flashen Um den Controller zu seiner eigentlichen Aufgabe fit zu machen, muss man natürlich die Anwendung (Firmware) aufspielen. Dies geschieht folgendermassen: $ telican -c 301 > bootloader > flash controllerboard hex controllerboard hex read; size = bytes. ************************************************************************** ****************************** > quit Dabei führt der flash Befehl implizit den loadapp Befehl aus.

40 40 KAPITEL 5. INBETRIEBNAHME DER BOARDS

41 Kapitel 6 Bedienfelder Die Bedienfelder (auch Bedienpanels oder Userpanel genannt) sind Unterputzbusknoten mit einem 16x2 Zeichen LCD und 8 Tastern. Sie werden für verschiedene Dinge verwendet, wie z.b. Einstellen von Heizungsparameter, Auslösen von Rolläden-Bewegungen, Anzeigen von offenen Fenstern oder Aktivieren und Deaktivieren einer einfachen Alarmanlage. Die Bedienfelder sind Doppeldecker aus einer unteren Platine mit dem Atmega32 Controller,der CAN Bus Anbindung, der Stromversorgung etc und einer oberen Platine mit dem LCD und den Tastern. Beide Platinen sind über ein Flachbandkabel verbunden. Die Hintergrundbeleuchtung des LCD kann per Software gedimmt werden. Abbildung 6.1 zeigt ein Bedienfeld in einer Unterputzdose (Breite x Höhe x Tiefe: 10cm x 10cm x 6cm). Die Frontplatte kann aus unterschiedlichen Materialen gefertigt sein und ist massgeblich für die Optik im eingebauten Zustand verantwortlich. Abbildung 6.1: Bedienfeld in 10x10cm Unterputzdose, ohne Frontplatte Die Tastenbelegung ist in Abbildung 6.2 zu sehen. Von der Software her ist ein Bedienfeld einem Controller-1612 sehr ähnlich: der Grossteil des EEPROM des Atmega32 wird für das EDS verwendet; per telican kann dann eine Konfiguration editiert werden. Details dazu können im Kapitel 3 und 4 nachgelesen werden. Die Konfiguration beschreibt eine Baumstruktur aus sogenannten Pages (Seiten). Eine Page wird vom Bedienfeld angezeigt. Durch Dücken von Tasten kann eine andere Seite aufgerufen und angezeigt werden. Die zur Zeit implementierten Seiten können im Kapitel EDS nachgelesen werden. Die Steuerung mit den Tasten sieht im Normalfall folgendermassen aus: OK: bei einer Menüseite wird auf die Seite gesprungen, deren Name das Display gerade anzeigt. Diese Links sollten per Konvention immer Seitename.. sein. Der.. soll signali- 41

42 42 KAPITEL 6. BEDIENFELDER Abbildung 6.2: Tastenbelegung der Bedienfelder sieren, dass es hier weitergeht. Falls ein Paramter editierbar ist, so beginnt OK die Editierung bzw. schliesst sie ab ESC: springt auf die nächst höhere Seite in der baumartigen Hirarchie oder verwirft eine Parameterveränderung UP: springt einen Eintrag in einer Menüliste nach oben oder veringert den Wert eines Parameters DOWN: springt einen Eintrag in einer Menüliste weiter nach unten oder erhöht den Wert eines Parameters 6.1 Ein Konfigurationsbeispiel Die dazugehörige EDS Konfiguration sieht so aus: create screensaver_page set page_id 1 set parent_id 0 set next_id 0 set prev_id 0 exit create dir_page set page_id 2 set parent_id 1 set next_id 3 set prev_id 0 set name Wohnen exit create dir_page set page_id 3 set parent_id 1 set next_id 0 set prev_id 2 set name Kueche

43 6.1. EIN KONFIGURATIONSBEISPIEL 43 Abbildung 6.3: Beispiel einer Menüstruktur exit create heiz_page set page_id 4 set parent_id 2 set next_id 0 set prev_id 0 set name Wohnen set heiz_id 10 exit create heiz_page set page_id 5 set parent_id 3 set next_id 0 set prev_id 0 set name Kueche set heiz_id 11 exit

44 44 KAPITEL 6. BEDIENFELDER

45 Kapitel 7 Hostinterface Das Hostinterface verbindet den CAN Bus mit einem PC bzw. Server per USB oder RS232. Die aktuelle Version des Hostinterface zeigt Abbildung 7.1. Abbildung 7.1: USB Hostinterface Platine Im Folgenden wird nur noch das Hostinterface-v02 beschrieben, da die Hardware- Version 01 (RS232) nicht mehr verwendet wird. 7.1 Anschlüsse 7.2 Firmware Das Hostinterface selbst ist zum jetztigen Zeitpunkt nicht per CAN erreichbar, d.h. es fungiert als reiner Level2/3 Switch zwischen dem PC (USB) und dem CAN Bus. Da hier nicht so haeufig mit Firmware Updates gerechnet wird, wird hier kein Bootloader verwendet. Die Fuses werden, wie im Kapitel 5 schon beschrieben, folgendermassen gesetzt: $ uisp -dlpt=/dev/parport0 -dprog=dapa --wr_fuse_h=0xc1 $ uisp -dlpt=/dev/parport0 -dprog=dapa --wr_fuse_l=0x03 $ uisp -dlpt=/dev/parport0 -dprog=dapa --wr_lock=0x2f Nun kann die Firmware des Hostinterfaces aufgespielt werden: $ cd firmwares/hostinterface-v02 $ make load 45

46 46 KAPITEL 7. HOSTINTERFACE Mit ıhcanhid, dem HCAN Hostinterface Daemon, wird getestet: $ cd hcanhid $ hcanhid hcanhid[27153]: hcanhid connected to /dev/ttyusb0 hcanhid[27153]: resetting HI... hcanhid[27153]: HI has rebooted, reset flag is 8 hcanhid[27153]: hcanhid ready. Details zur Vorgehen der Inbetriebnahme eines HCAN Netzes finden sich im Kapitel Inbetriebnahme des HCAN Netzes.

47 Kapitel 8 Stromversorgung und USV Die HCAN Module und die Peripherie (Relais, therm. Heizungssteller etc) verwenden 24V unstabilisierte Gleichspannung. Die Module besitzen Schaltregler (z.b. LM2574-N5), die aus der 20-30V Versorgung eine stabile 5V Versorgung bereitstellen. Details dazu können im Kapitel Controller nachgelesen werden. Da die Stromversorgung eine Single-Point-of-Failure ist, muss diese robust und ausfallsicher sein. Im Produktiv-Betrieb sollte mindestens ein redundantes Netzteil cold-spare (d.h. ausgeschaltet, aber vorbereitet) oder hot-spare (angeschlossen und aktiv) zur Verfügung stehen. Für den Fall eines Stromausfalls sorgt die USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung) für ein automatisches Umschalten auf Akku-Betrieb. Dafür stehen zwei 12V Autobatterien mit je 36Ah bereit, die in Reihe geschaltet 26-27V Versorgungsspannung liefern. Die verwendeten Netzteile der Reihe GLC (siehe Abbildung 8.3) sind mit Trafos, einer Diodengleichrichterbrücke und einem Siebelko ausgestattet. Sie sind somit einfacher aufgebaut als Schaltnetzteile und dadurch hoffentlich im Dauerbetieb robuster. Ein weiterer Vorteil: Sie trennen die Busversorgung galvanisch vom 230V Netz. Abbildung 8.1: Gesamte USV Hardware 8.1 Aufbau der USV Die USV besteht, wie in Abbildung 8.1 gezeigt, aus 2 Teilen: der Steuereinheit, welche bis auf die LEDs baugleich mit einem Controller-1612 Modul ist, und dem Zusatzmodul (rechts in Abbildung 8.1). Abbildung 8.2 zeigt den Aufbau des Zusatzmoduls: Man erkennt den grossen Elektrolyt- Kondensator ( uf), der die Busspannung zum Zeitpunkt des Umschaltens von Netzbetrieb auf Batteriebetrieb puffert. Hinter dem grossen Elko befindet sich (nicht sichtbar) die 24V Versorgungszuführung. Vier einzelne Stromkreise für die Bus-Module sind über einzelne Schmelzsicherungen gesichert; die Ausgangsklemmen sind oben neben dem Elkro zu sehen. Die Anschlussklemmen unten führen die Mess-Signale (Spannungen an verschiedenen Stellen und die Gesamt-Stromstärke) heraus, welche dann an die Steuereinheit (AD-Wandler Inputs) ange- 47

48 48 KAPITEL 8. STROMVERSORGUNG UND USV Abbildung 8.2: USV Zusatzmodul geöffnet Abbildung 8.3: GLC 230/ V-Netzteil, Hersteller: Block schlossen sind. 8.2 Firmware Die Firmware der USV verwendet kein EDS, da es keine Konfiguration in dem Sinne gibt. Es gibt zwei Befehle, die die USV unterstützt: > show usvstate USV Status: Netz-Betrieb U(Netzteil): min : max : U(Bat 1): min : max : U(Bat 1+2): min : max : U(Puffer): min : max : 27.0 V 23.8 V 27.5 V 13.8 V 12.8 V 13.9 V 25.9 V 25.4 V 26.2 V 26.6 V 23.6 V 27.2 V