Technische Dokumentation und Integrations-Guide für metratec UDB1 Development-Board Stand: Juni 2015 Version: 1.4 Technische Dokumentation metratec UDB1 Seite 1 von 18
Inhaltsverzeichnis 1. Allgemeine Hinweise/Sicherheitshinweise...3 1.1. Hinweise zur Benutzung der Dokumentation...3 1.2. Sicherheitshinweis...3 1.3. Exporthinweis...3 1.4. Weiterführende Dokumente...4 2. Produktbeschreibung...5 2.1. Bestimmungsgemäßer Gebrauch...5 2.2. Technische Spezifikation...5 2.3. Systemübersicht...5 2.4. Lieferumfang...6 3. Netzteil...7 4. Kommunikation...9 5. Prototyping Area...11 6. Mux (Multiplexer-Bereich)...13 7. Zertifizierung...15 7.1. CE / ETSI (EU)...15 7.2. FCC (USA)...15 7.3. IC (Kanada)...15 8. Sonstige Hinweise...16 9. Versionsübersicht...17 Technische Dokumentation metratec UDB1 Seite 2 von 18
1. Allgemeine Hinweise/Sicherheitshinweise 1.1. Hinweise zur Benutzung der Dokumentation In der Benutzeranleitung werden zur Kennzeichnung von Gefahren bzw. Hinweisen die folgenden Symbole und Signalwörter benutzt. Die Sicherheitshinweise stehen jeweils vor einer Handlung. ACHTUNG Bezeichnet eine möglicherweise gefährliche Situation. Wenn sie nicht gemieden wird, kann das Produkt oder etwas in seiner Umgebung beschädigt werden. HINWEIS Bezeichnet Anwendungstipps und andere besonders nützliche Informationen, wobei keine gefährlichen oder schädlichen Situationen auftreten. 1.2. Sicherheitshinweis Das UDB1 und alle passenden Module wurden nicht für den Einsatz in gefährlichen Umgebungen entwickelt, sondern sind ausschließlich zur Evaluation der metratec Aufsteckmodule bestimmt. Ein Einsatz des UDB sowie der passenden Module in Applikationen, bei denen ein Ausfall der Technik (Hardware sowie Software) direkt zu Tod oder schweren Verletzungen führen könnte ( High Risk Activities ), z.b. in Nukleareinrichtungen, Flugsteuerungen, Lebensunterstützungsgeräte der Medizintechnik oder in Waffensystemen, ist nicht vorgesehen. Der Hersteller weist jegliche Gewährleistung für die Tauglichkeit der Geräte für den Einsatz in solchen Szenarien ab. 1.3. Exporthinweis Sowohl das USB1 wie auch sämtliche Aufsteckmodule beinhalten Bauteile, die US Exportrestriktionen unterliegen. Es ist daher nicht erlaubt, die Geräte in Länder zu exportieren, die US-Exportrestriktionen unterliegen. Gleiches gilt naturgemäß auch für Länder, die EU-Exportrestriktionen unterliegen. Technische Dokumentation metratec UDB1 Seite 3 von 18
1.4. Weiterführende Dokumente Diese Dokumentation beschreibt die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des UDB1 Development-Boards. Für Informationen zum DwarfG2 XR lesen Sie bitte die entsprechende Technische Dokumentation des Moduls. Es empfiehlt sich, auch den metratec Protokoll-Guide zu lesen, der die Steuerung des DwarfG2 XR Moduls im Detail erläutert. Die weiterführenden Dokumente finden Sie auf der metratec Homepage, unter http://www.metratec.com Support Downloads Dokumentation Technische Dokumentation metratec UDB1 Seite 4 von 18
2. Produktbeschreibung Das UDB1 ermöglicht die Evaluation von metratec RFID OEM-Modulen wie Readern, HF Multiplexern und Antennen. Es stellt hierfür diverse Kommunikationsmöglichkeiten bereit und stellt die benötigte 5 V Spannung für den Reader sowie (bei Verwendung des mitgelieferten Steckernetzteils) eine 24 V Spannung für ein optionales HF Multiplexer-Modul zur Verfügung. So können einfache RFID-Szenarien im Embedded Bereich getestet werden, ohne dass eigene Platinen entwickelt werden müssen. Eine Prototyping Area gibt außerdem die Möglichkeit, eigene Schaltungen auf dem Board zu entwickeln. Dabei werden ebenfalls 5 V und 24 V zur Verfügung gestellt. Außerdem kann über die entsprechenden Pads direkt auf die acht GPIOs des Readermoduls zugegriffen werden. 2.1. Bestimmungsgemäßer Gebrauch Das UDB1-Development-Board dient zur Evaluation des metratec RFID-Moduls DwarfG2 XR. Es ist für den Einsatz in Laborumgebung und die Benutzung durch entsprechend ausgebildetes Fachpersonal ausgelegt. 2.2. Technische Spezifikation Spannungsversorgung Kommunikation Digitale Inputs/Outputs Aufsteck-Slots 9 30 V DC; 24 V DC falls HF Mux-Modul genutzt wird USB, RS232, UART (über Klemmleiste) 8 x 5 V DC, 1 x externes MUX-In 1 x Readermodul, 1 x HF Multiplexer-Modul Betriebstemperaturbereich -20 C bis +70 C Abmessungen 125 x 95 mm 2.3. Systemübersicht Das Board hat vier Unterbereiche, denen die folgenden Funktionen zugeordnet sind: Kommunikation - hier befinden sich Steckverbinder und Treiber für USB, RS232 sowie eine Klemmleiste für das UART Interface des Readermoduls Reader - hier kann ein metratec Readermodul aufgesteckt werden Technische Dokumentation metratec UDB1 Seite 5 von 18
MUX - hier kann ein metratec HF Multiplexer-Modul aufgesteckt werden. Unter dem HF Multiplexer-Modul befindet sich außerdem ein Weitbereichsnetzteil für die 5 V Versorgung des Boards. Prototyping Area - hier kann der Nutzer das UDB um eigene Schaltungen erweitern. Sowohl die Versorgungsspannungen als auch die GPIOs des Readermoduls können hier komfortabel verbunden werden. Der Status der GPIOs wird über acht LEDs angezeigt. Abb. 1: UDB1 mit aufgestecktem Readermodul 2.4. Lieferumfang Das UDB1 wird standardmäßig als UHF RFID Development-Kit mit folgenden Komponenten ausgeliefert: DwarfG2 XR UHF RFID-Modul auf UDB-Adapter 24 V Netzteil USB-Kabel Technische Dokumentation metratec UDB1 Seite 6 von 18
3. Netzteil Das Modul verfügt über ein Schaltnetzteil. Die Versorgungsspannung liegt bei 24 V. Nach dem Verbinden der Versorgungsspannung über die zweipolige Buchse zeigen die beiden grünen LEDs die korrekte Funktion des Netzteils an. Leuchtet die +5 V LED nicht während die 24 V LED an ist, liegt eine Abschaltung des Netzteils vor (z.b. Überstromabschaltung durch Kurzschluss in der Prototyping-Area). Ist die Versorgungsspannung extern korrekt verbunden, aber beide LEDs aus, muss die Sicherung F1 geprüft und gegebenenfalls getauscht werden. Abb. 2: Netzteilbereich RFID Systeme erfordern eine sehr hohe Versorgungsspannungsqualität. Wenn möglich sollten Linearregler mit hoher Präzision und Regelgeschwindigkeit verwendet werden. Bei Schaltnetzteilen sollten eine Schaltfrequenz > 500 khz und ein EMV gerechtes Layout verwendet werden. Die folgende Abb. 3 zeigt den Schaltplan des Netzteils des UDB1. Technische Dokumentation metratec UDB1 Seite 7 von 18
HINWEIS Es handelt sich bei dem eingesetzten Netzteil um ein Weitbereichsnetzteil, das die 5 V Versorgung des Boards aus Eingangspannungen von 9 V bis 30 V erzeugen kann. Beachten Sie jedoch, das bei der Verwendung von HF Multiplexern eine Versorgung mit 24 V erforderlich ist, da das HF Multiplexer- Modul dieses Spannungsniveau benötigt. Abb. 3: Schaltplan des Netzteils HINWEIS Das Urheberrecht an der oben genannten Schaltung für das Netzteil liegt allein bei metratec. Beim Kauf eines Development-Kits mit UDB1 darf die Schaltung lizenzkostenfrei und ohne weitere Beschränkungen für eigene Projekte genutzt werden, solange sie in Verbindung mit einem metratec- Produkt eingesetzt wird. Technische Dokumentation metratec UDB1 Seite 8 von 18
4. Kommunikation Das UDB1 kann mit externen Controllern oder PCs über RS232, USB oder UART (über die Klemmleiste an der Seite) verbunden und gesteuert werden. Abb. 4: Kommunikationsteil Die beiden Jumper bestimmen die Auswahl der Schnittstelle. Werden beide Jumper rechts (im Bild weiß) gesteckt, ist die interne UART des Readermoduls mit dem RS232 SubD9 Stecker verbunden. Werden beide Jumper links (im Bild gelb) gesteckt, ist die UART des Readermoduls mit der USB Buchse verbunden. Werden die Jumper entfernt, kann über die seitliche 3-polige Schraubklemmleiste kommuniziert werden. Diese stellt die 5 V UART Schnittstelle des Controllers auf dem Readermodul direkt zur Verfügung. Als USB Interface IC wird der FTDI FT232RL verwendet. Dieser wird bei erstmaliger Verbindung mit dem Host PC als virtueller COM Port installiert. Treiber für Ihr Windows- Technische Dokumentation metratec UDB1 Seite 9 von 18
System erhalten Sie von metratec (http://www.metratec.com). Treiber für andere Betriebssysteme finden Sie direkt bei FTDI (http://www.ftdichip.com). Unabhängig vom Interface lauten die Verbindungsdaten: 115.200 Baud, 8 Datenbits, kein Parity, 1 Stopbit, keine Hardwareflusskontrolle. Technische Dokumentation metratec UDB1 Seite 10 von 18
5. Prototyping Area Die Prototyping Area erlaubt den Anschluss bzw. den Aufbau zusätzlicher Schaltungsteile auf dem UDB1. Es stehen +5 V vom Ausgang des Schaltnetzteils mit bis zu 1 A Gesamtstrom bereit. Auf der 24 V Leiste kann die Spannung des externen Netzteils abgegriffen werden. Die GPIOs des Readermoduls sind links vom Feld mit den Lochraster-Pads angeordnet. Diese sind direkt mit dem Controller des Readermoduls verbunden. Hierüber ist es möglich, direkt über die Firmware des Readermoduls externe Bauteile (wie Buzzer, Lampen, etc.) auf der Prototyping-Area zu steuern. ACHTUNG Beim Verbinden von Signalen auf diese Pins muss darauf geachtet werden, dass die zulässigen Signalpegel (5 V DC) nicht überschritten und nicht mehrere Ausgänge gleichzeitig auf einem Signal arbeiten. Insbesondere muss vermieden werden, dass die 5 V Pins mit 24 V beaufschlagt werden, da dies zu einer umgehenden Zerstörung des UDB1 und evtl. aufgesteckten Modulen führen könnte. Die Status-LEDs zeigen über einen Buffer den Status der acht GPIO-Leitungen an, unabhängig davon, ob diese als Input oder Output betrieben werden. Technische Dokumentation metratec UDB1 Seite 11 von 18
Abb. 5: Prototyping-Bereich Technische Dokumentation metratec UDB1 Seite 12 von 18
6. Mux (Multiplexer-Bereich) RFID Systeme mit vielen Lesestellen (Antennen) lassen sich bei geringen Echtzeitanforderungen kostengünstig mit Multiplexern realisieren. Das UDB1 ermöglicht den Test von HF Multiplexer-Modulen auf einem dafür vorgesehenen Steckplatz. Reader GPIO auf MUX Abb. 6: Multiplexer-Bereich Das HF Multiplexer-Modul von metratec verfügt über optisch isolierte Eingänge, mit denen die aktive Antenne ausgewählt wird. Diese Eingänge können entweder direkt mit den GPIOs 0 und 1 des Readermoduls verbunden werden oder über die 4-polige Schraubklemmmleiste mit externen Steuersignalen beaufschlagt werden. Für die Verwendung der internen Reader-GPIOs müssen die beiden oberen Pins der zwei Jumper gesetzt sein. Soll ein externes Signal zur HF-Multiplexer-Steuerung verwendet werden, müssen die beiden unteren Pins der zwei Jumper gesetzt sein. ACHTUNG Beachten Sie unbedingt die vorgegebenen Spannungsniveaus für die Eingangsleitungen des HF-Multiplexer-Moduls, wenn externe Signale genutzt werden! Im Falle des metratec HF MUX4-Moduls ist dies 5 V. Werden die externen Eingänge mit 24 V beaufschlagt, führt dies mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einer Zerstörung des HF Multiplexer-Moduls oder des gesamten UDB1. Technische Dokumentation metratec UDB1 Seite 13 von 18
HINWEIS HF Multiplexer-Module wie z.b. das MUX4-Modul von metratec erfordern häufig recht hohe Betriebsspannungen, um HF-Signale mittlerer Leistung übertragen zu können. Deshalb wird der MUX4 direkt aus der externen 24 V Spannungsversorgung versorgt. Es ist in diesem Fall daher darauf zu achten, dass wirklich ein 24 V DC Netzteil verwendet wird. Technische Dokumentation metratec UDB1 Seite 14 von 18
7. Zertifizierung Das UDB1 Development-Board ist ein Entwicklungsboard AUSSCHLIESSLICH für den ZWECK DER TECHNISCHEN ENTWICKLUNG, DEMONSTRATION ODER EVALUATION. Es handelt sich hierbei nach Auffassung der metratec nicht um ein fertiges Produkt zur Benutzung durch einen Endkunden. Bedienung und Verwendung nur bei vorliegender elektrotechnischer Fachausbildung und fachgerecht unter Beachtung der einschlägigen Regeln der Technik. 7.1. CE / ETSI (EU) Das UDB1 Development-Board und alle Originalkomponenten des Embedded RFID Starter-Kits erfüllen die relevanten EN- / ISO-Standards. Bei veränderter bzw. angepasster Verwendung obliegt es dem Nutzer, die Einhaltung der entsprechenden Anforderungen zu gewährleisten. Der Nutzer bzw. Integrator ist selbst dazu verpflichtet, für sein Produkt eine Konformitätserklärung abzugeben. Wir empfehlen, die hierfür nötigen Messungen von einem auf EMV-Messungen spezialisierten Anbieter durchführen zu lassen. 7.2. FCC (USA) Das UDB1 Development-Board und alle Originalkomponenten des Embedded RFID Starter-Kits erfüllen die FCC-Richtlinien, Part 15. Bei veränderter bzw. angepasster Verwendung obliegt es dem Nutzer, die Einhaltung der entsprechenden Anforderungen zu gewährleisten. Um alle Anforderungen der FCC zu erfüllen, ist der Nutzer bzw. Integrator vor Erklärung der Konformität mit den FCC-Richtlinien dazu verpflichtet, sein Endprodukt auf Einhaltung der FCC-Richtlinien bzgl. der intendierten und nicht-intendierten Strahlungsquellen testen zu lassen. 7.3. IC (Kanada) Technische Zertifizierungsanforderungen der IC (Industry Canada) sind ähnlich denen der FCC, so dass Messergebnisse für Zertifizierungsmessungen übernommen werden können. Der Nutzer bzw. Integrator ist dazu verpflichtet, für sein Endprodukt die Einhaltung der IC- Richtlinien nachzuweisen. Die in ICES-003 definierten Grenzen für Strahlungsemissionen sind vergleichbar mit den in FCC Part 15 angegebenen Formaten, so dass die Industry Canada die FCC oder CISPR 22 Testergebnisse akzeptiert, um die Konformität nach ICES-003 nachzuweisen. Technische Dokumentation metratec UDB1 Seite 15 von 18
8. Sonstige Hinweise Elektronische Geräte wie das UDB1 Development-Board fallen unter das deutsche Elektroschrottgesetz (ElektroG) sowie unter die europäische WEEE Richtlinie. Das Gerät darf daher nicht über den normalen Hausmüll entsorgt werden. Sollte ein Gerät nicht mehr gebraucht werden oder nicht mehr funktionieren, können Sie dieses einfach an metratec zurück schicken. Wir kümmern uns um die fachgerechte Entsorgung, ohne dass Ihnen dafür Kosten entstehen. Unsere WEEE-Reg.-ID lautet DE 56060482. Bei der Auswahl aller Komponenten des UDB1 Development-Boards wurde zudem darauf geachtet, dass nur Bauteile verwendet werden, welche weitgehend frei von umweltschädlichen Schwermetallen sind, wie von der RoHS Richtlinie gefordert. So stellen wir sicher, dass unsere Produkte so umweltfreundlich wie möglich hergestellt werden. Technische Dokumentation metratec UDB1 Seite 16 von 18
9. Versionsübersicht Version Änderung Bearbeitet durch Datum 1.0 erstellt KD 26.1.2009 1.1 kleine Verbesserungen KD 27.3.2009 1.2 Korrektur MIFARE CS 20.01.2014 1.3 kleinere Korrekturen, Lesbarkeit der Bilder, Punkt 7 Zertifizierung eingefügt, Korrektur des zugehörigen RFID Moduls CS 27.04.2015 1.4 kleinere Korrekturen Punkt Zertifizierung CS 16.06.2015 Technische Dokumentation metratec UDB1 Seite 17 von 18
Kontakt metratec GmbH Werner-Heisenberg-Str. 1 D-39106 Magdeburg Tel.: +49 (0)391 251906-00 Fax: +49 (0)391 251906-01 Email: support@metratec.com Web: http://www.metratec.com Copyright 2015 metratec GmbH Nachdruck, Vervielfältigung oder Übersetzung dieser Benutzeranleitung, auch auszugsweise, sind ohne schriftliche Genehmigung der metratec GmbH nicht gestattet. Alle Marken sind Eigentum ihrer jeweiligen Inhaber. MIFARE Classic, MIFARE Ultralight und MIFARE Plus sind gesetzlich geschützte Marken der NXP B. V. und unterliegen der Lizensierung. Alle Rechte vorbehalten. Wir arbeiten ständig an der Weiterentwicklung unserer Produkte. Änderungen in Form, Ausstattung und der Konstruktion unserer Produkte behalten wir uns ausdrücklich vor. Technische Dokumentation metratec UDB1 Seite 18 von 18