Es ist aber nicht ersichtlich, wenn ein Waschvorgang abgeschlossen ist, weil die Statusanzeige bei geschlossener Türe nur schwer sichtbar ist und auch nicht von der Ferne abgelesen werden kann.

Nur ein blinken am Ende des Spülganges der Programm LED signalisiert den Status.

Bild: Spalt zwischen Küchenplatte und Geschirrspüler Front, LED Bild: Spalt zwischen Küchenplatte und Geschirrspüler Front, Magnetschalter

Es wird daher ein „Opto Interface“ entwickelt welches den Status der Türe magnetisch und den Status der 4 Programm LEDs optisch abtasten kann und einer HomeMatic CCU2 Hausautomation meldet welche dann Mails verschickt und auf einem Smart-Phone den Echtzeit Status anzeigen kann.

Bild Status Mail Bild Smart-Phone Echtzeit Anzeige Bild Programm Tabelle

1.1 Geschirrspüler LED Signal Modulation

Es stellt sich die Eigenheit dar, dass die Status LED vom Geschirrspüler nicht konstant leuchtet, sondern mit einer Frequenz von 250Hz, was fürs Auge als dauerleuchten wahrgenommen wird. Nachdem das Signal vom Fototransistor mit dem Operationsverstärker verstärkt ist kommt ein 5V Rechteck Signal an.

Video: LED Signal

2Volt / cm, 0,5ms / cm

1.2 Anforderungen an das Opto Interface

Das Opto Interface soll einer HomeMatic CCU2 Zentrale den Status jedes einzelnen der 4 Spülprogramme in Form von je 2 Signal Kanälen also Programm 1-4 Start und Programm 1-4 Ende = 8 I/O Kanäle übermitteln.

Dabei erkennt die HomeMatic Zentrale, wenn sich das Signal vom Port 1 von 0 auf 1 ändert, dass ein Spülprogramm beginnt und wenn sich das Signal vom nächsten Port 2 von 0 auf 1 ändert, dass das dazugehörige Spülprogramm beendet ist. Das alles je für die 4 Spülprogramme.

Port 1 Signal 1 = Programm Intensiv Ende

Port 2 Signal 1 = Programm Normal Ende

Port 3 Signal 1 = Programm Einweichen Ende

Port 4 Signal 1 = Programm Eco Ende

Port 5 Signal 1 = Programm Intensiv Start

Port 6 Signal 1 = Programm Normal Start

Port 7 Signal 1 = Programm Einweichen Start

Port 8 Signal 1 = Programm Eco Start

Port 1-8 Signal 0 = kein Programm gewählt / keine Aktivität / Türe offen

· Das Opto Interface soll rein mit Hardware Logik aufgebaut werde, dass keine Software Programmierung erforderlich ist.

· Die Abtastung muss optisch erfolgen damit nicht in die Elektronik oder Mechanik der Spülmaschine eingegriffen werden muss.

· Die optische Abtastung soll unempfindlich gegen das Spektrum des Tageslichtes sein.

· Die Signalübertragung soll per Funk erfolgen, weil es nicht möglich ist per Netzwerkleitung anzuschließen.

· Das Opto Interface soll max. 3mm dick sein damit es zwischen Küchenplatte und Türe angebracht werden kann.

· Es sollen keine Batterien erforderlich sein.

· Es soll als Kunststoff Modul Gehäuse mit Befestigungsflansch zur Verschraubung am Küchenschrank gebaut werden.

2 Architektur

Fotosensor und Magnet Sensor am indesit Geschirrspüler, GLAB HomeMatic Opto Interface mit Sendeeinheit, HomeMatic Zentrale und Hausautomation Management Server.

3 Schaltung Haupt Platine

Revision 3.5 (mit Einschalt Stabilisierung Kondensator C7,8,9,10)

4 Schaltung Sensor Platine

5 Schaltung I/O Controller mit Transmitter

6 Block Schaltung Beschreibung

Die Schaltung stellt 4 Kanäle für die Fototransistoren bereit welche das Signal der Spülmaschine abgreifen.

Ein weiterer Kanal ist für den Tür Sensor der mit den Reset Anschlüssen der Zähler und 1bit Speicher verbunden.

Auf der Haupt Platine ist der HomeMatic Funksender als Fertigmodul aufgesteckt.

Die Sensor Platine wird mit einem 6 poligen Kabel mit einem RJ12 Stecker mit der Haupt Platine verbunden.

6.1 Comparator

Das analoge Signal welches von den Fototransistoren kommt wird mit dem Komparator (LM393) und dessen Abgleichpotentiometer so eingestellt, dass wenn die orange LED leuchtet der Komparator schaltet.

Dabei wird erreicht, dass oranges Licht mit 590nm erkannt wird.

Die maximale Lichtempfindlichkeit vom Fototransistor Osram SFH 3410 liegt bei 570nm.

570nm ist allerdings grünes Licht, oranges Licht beginnt ab 590nm, laut der Kennlinie sind wir im oberen Bereich bei ca. 80% was ausreichend ist für eine eindeutige Erkennung.

Video: Abgleich der Fototransistor Empfindlichkeit

Der obere Graf zeigt das Signal welches vom Fototransistor kommt. Die Amplitude ist 2,2 Volt.

Der untere Graf zeigt wie dann der Komparator schaltet und ein Rechtecksignal von 5 Volt erzeugt.

Mit dem Abgleichpoti wird so eingestellt, dass wenn die Flanke die Hälfte erreicht dann wird geschalten.

2Volt / cm, 1ms / cm

6.2 Trueing

Die 4 LEDs der Spülmaschine welche den Status anzeigen

leuchten zwar für das menschliche Auge auf Dauer, aber tatsächlich ist das Licht mit einer Frequenz von 250Hz moduliert.

Das stellt nun ein Problem dar für die digitale Weiterverarbeitung. Es wird ein Dauersignal benötigt um Statusänderungen wie Spülprogramm beginnt und Spülprogramm ist beendet zu erlangen.

Um das zu erreichen wird mit einer Einweg Gleichrichterschaltung das Signal in ein Dauer Signal gewandelt.

Der obere Graf zeigt die 250Hz modulierte Spannung aus dem vorgeschalteten Komparator.

Der untere Graf zeigt dann dieses Signal gleich gerichtet mit einer Welligkeit (4V – 5V) welche aber im TTL Erkennungsbereich auf logisch HIGH liegt.

2Volt / cm, 1ms / cm

6.3 Schmitt-Trigger

Da die Gleichrichter Schaltung mit der geringen Kapazität und dem hochohmigen Entladewiderstand welche für die 250Hz gerechnet ist sehr empfindlich gegen Abgreifströme ist muss ein CMOS Schmitt-Trigger (CMOS Logik) verwendet werden welcher einen sehr hochohmigen Eingang aufweist.

Es ist hier Vorsicht geboten, wenn mit Messgeräten oder Oszilloskopen gemessen wird, es muss mindestens ein Innenwiderstand des Messgerätes von 10MOhm bestehen ansonsten schlägt das Rechteck Signal ungeglättet durch, weil dafür der Wert des Glättungskondensators zu gering ist.

Der Schmitt-Trigger stellt am Ausgang dann ein stabiles und verstärktes TTL Signal bereit welches jetzt einfach von Logikbausteinen genutzt werden kann.

Der obere Graf zeigt dann dieses Signal gleich gerichtet mit einer Welligkeit (4V – 5V) welche aber im TTL Erkennungsbereich auf logisch HIGH liegt.

Der untere Graf zeigt dann das Signal nach dem Schmitt-Trigger welches ein Logisch HIGH darstellt.

2Volt / cm, 1ms / cm

6.4 1bit Memory

Wenn das Spülprogramm beginnt dann leuchtet die orange LED auf Dauer. Diese lange Signaländerung von 0 auf 1 wird im 1bit Speicher gehalten und es wird ein Dauer HIGH an den I/O Controller gelegt und das HomeMatic Funk Modul sendet das Signal 1x an die Zentrale wo dann weiter die Mail verschickt wird „Spülprogramm beginnt“.

Das ist notwendig denn, wenn das Spülprogramm fertig ist beginnt die LED zu blinken dadurch soll aber der Status hier nicht verändert werden.

Erst wenn die Türe geöffnet wird dann wird der 1bit Speicher wieder gelöscht und es kann von neuem beginnen.

Logik:

Solange die Türe zu ist und eine Spülprogramm LED leuchtet wird 1x ein Signal 1 gesendet.

„Spülprogramm beginnt“

6.5 3bit Counter

Wenn das Spülprogramm beendet ist dann blinkt die LED mit ca. 2Hz.

Würde man die 2Hz als 0 und 1 Änderungen per Funksignal senden was erstmal funktioniert dann würden im Sekundentakt Mails verschickt werden bis der Duty Cycle (siehe Punkt 5.3 I/O Computer) erreicht ist was nach ca. 1Minute schon passiert. Dann der Sender seinen Betrieb für 1Stunde ein. So ist das nicht einsetzbar.

Video: Programm Ende (Duty Cycle wird schnell erreicht)

Video: Programm Ende (mit Zähler)

Es muss erkannt werden ob die LED auf Dauer leuchtet (um das Signal „Spülprogramm beginnt“ zu senden) oder ob die LED blinkt (um ein einzelnes Signal „Spülprogramm beendet“ zu senden).

Das wird erreicht indem ein Zähler (TTL Logik) eingebaut wird welcher mit einem 3fach UND Gatter verbunden ist.

Wenn der Zähler somit bis 7 gezählt hat, wird der Ausgang vom UND Gatter auf HIGH gelegt und 1x eine Mail verschickt. Zugleich wird dieses HIGH Signal genutzt um den Zähler Eingang mit einem ODER Gatter dauerhaft auf HIGH zu heben um damit den Zähler anzuhalten und das fortlaufende Blinken nicht weiter zu behandeln.

Es wird also dann der Ausgang vom 3bit Counter verwendet um das Mail „Spülprogramm beendet“ zu senden.

Logik:

Solange die Türe zu ist und eine Spülprogramm LED 7x geblinkt hat wird 1x ein Signal 1 gesendet.

„Spülprogramm beendet“

6.6 Reset Controller

Der Reset Controller (TTL Logik) steuert die Reset Anschlüsse der Zähler Bausteine und löscht den 1bit Speicher, wenn die Türe des Geschirrspülers geöffnet wird.

Dabei wird der Reed Kontakt unterbrochen und der angeschlossene Schmitt-Trigger stabilisiert dieses Signal für die Verwendung von TTL Signalen.

Das LOW Signal vom Reset Controller wird für den Reset der Zähler verwendet.

Das HIGH Signal wird für den Reset des 1bit Speicher verwendet.

Logik:

Wenn die Türe offen ist erhalten die Zähler einen Dauer Reset.

Wenn die Türe offen ist der Steuereingang des 1bit Speichers auf 0 und es erfolgt somit ein Reset.

6.7 Einschalt Stabilisierung

Wenn man die Schaltung mit Spannung versorgt dann wäre Pin 3 vom Komparator sofort auf ca. 1,6V.

Während Pin 2 welcher an den Fototransistor angeschlossen ist etwas langsamer (1ms) von 0-5V anwächst.

Somit würde der Komparator 1x schalten was zur Folge hätte, dass der weiteren Schaltung signalisiert wird das Spülprogramm läuft und es wird der 1bit Speicher schon beschrieben.

(Das sieht man auch optisch, weil ganz kurz die 4 Spülprogramm LEDs aufleuchten und wenn man den 1bit Speicher ausliest der auch auf 1 steht.)

Nun ist aber der Fototransistor hochohmig, weil kein Licht einfällt, erst jetzt soll der Komparator zu arbeiten beginnen.

Das wird mit dem Kondensator C7 erreicht.

Im Einschalt Vorgang wird somit der Pin3 so lange auf 0V liegen bis der Kondensator auf 1,6V aufgeladen ist.

Aufgrund dessen Kapazität und dem Widerstand R2 dauert das länger als der Fototransistor arbeitet.

(R2 = 90KOhm * C7 = 100nF = 9ms)

7 Hardware

7.1 Haupt Platine PCB

· Hersteller PCB-POOL (Beta Layout)

· 2 Layer

· 113mm x 86mm x 1,6mm

· ENIG chemisch Nickel / Gold

· TARGET 3001 V18 mit Multi Autorouter

· Leiterbahn 0,3mm

· Abstand 0,3mm

· Restrings Bohrloch 0,2mm

7.2 Sensor Platine PCB

Als Türsensor wird ein Reed Kontakt (RS Pro Reedkontakt 530-9009) verwendet der von einem Magneten an Türe geschalten wird.

Der Reed Kontakt ist in SMD Ausführung und aus Platzgründen in die Platine eingelassen.

Die Fototransistoren (Osram SFH3410) sind aus Platzgründen in SMD Ausführung.

Es ist eine Maske angebracht um Streulichteinfall abzuschirmen. Die Bohrung in der Maske ist 0,8mm.

Der Türsensor wird mit einem wärme- und feuchtigkeitsbeständigen doppeltem Klebeband an der Unterseite der Küchenplatte angebracht.

Er muss so ausgerichtet sein, dass die LEDs der Spülmaschinentüre exakt auf die Fototransistoren zeigen. Das Flachbandkabel geht zur Haupt Platine.

Der Spalt ist nur 6mm.

7.3 I/O Controller mit Transmitter

Das HomeMatic Sendemodul (HM-MOD-EM-8) verfügt über 8 TTL Eingänge welche die Zustände über das BidCoS Funksignal 868 MHz an die HomeMatic Zentrale übertragen.

Es wird von der Logik auf der Hauptplatine immer nur 1 Signal über einen Änderungszustand des Geschirrspülers übermittelt um den Duty Cycle gerecht zu werden.

Startet das Spülprogramm wird ein Open Signal auf einem Kanal gesendet.

Ist das Spülprogramm zu eine wird ein weiteres Open Signal auf einem anderen Kanal gesendet.

Öffnet man die Türe wird ein Reset ausgelöst und 2 Signale gesendet welche je ein Close Signal enthalten.

Duty Cycle

Der Duty Cycle beschreibt eine gesetzlich geregelte Begrenzung der Sendezeit von Geräten im 868 MHz Bereich. Das Ziel dieser Regelung ist es, die Funktion aller im 868 MHz Bereich arbeitenden Geräte zu gewährleisten. In dem von uns genutzten Frequenzbereich 868 MHz beträgt die maximale Sendezeit eines jeden Gerätes 1 % einer Stunde (also 36 Sekunden in einer Stunde). Die Geräte dürfen bei Erreichung des 1 %- Limits nicht mehr senden, bis diese zeitliche Begrenzung vorüber ist.

7.4 Gehäuse und Frontplatte

· Kunststoffgehäuse ungeschirmt damit Funkwellen austreten können

· Netzteil DC 5V 1A incl. Entstör Ferrit, Leistungsaufnehme jedoch nur 0,5W

· Befestigungsflansch

· Front Status LEDs

· Gehäuse Gesamt Abmessung: 145,9 x 93,6 x 31,5 mm

· Gehäuse Front aus wasserfester Polyester Folie, Avery J4775, bedruckt mit Farb Laser Drucker

· montiert im Spültisch ohne den Spültisch zu verändern

8 Software

Es ist keine eigene Software erforderlich.

8.1 Mail Schnittstelle

Die Mail Schnittstelle der HomeMatic Zentrale kann einfach die 0 oder 1 Signale der 8 Kanäle verwenden um direkt Mails zu verschicken. Es wird pro Text ein Mail Template angelegt und dann im Programm angesprochen.