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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik uC gesteuerte volldigitale Klingelanlage


Autor: Sven (Gast)
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Hi.

Ich plane gerade den Aufbau einer uC gesteuerten volldigitalen 
Klingelanlage.

Dabei sollen die für eine klassische Klingelanlage verlegten Leitungen 
weiter genutzt werden. Die Klingelleitungen können in den Abzweigkästen 
so geklemmt werden, dass ein sauberer Bus entsteht.

Aufbau:
Es soll ein Türsprechgerät realisiert weren, welches mehrere Tasten 
besitzt, die mit ID's (Anlagennummern) als Klingeltaste belegt werden 
können. Dazu noch ein paar frei belegbare Tasteneingänge. (z.B. Licht)

Die Wohnungssprechgeräte haben verschiedene Tasten, ein Display, 
Lautsprecher, Mikrofon, Telefonhörer. Es hat sowohl akustische als auch 
optische Klingelsignalisierung.
Die Wohnungssprechgeräte sollen über Tasten und Benutzerführung auf dem 
Display auch einstellbar sein. Z.B. Klingellautstärke, Klingelton, 
Nachtmodus etc.

Jedes Gerät hat eine eindeutige ID "Anlagen-Nummer", bei drücken der 
entsprechenden Klingeltaste am Türsprechgerät wird das 
Wohnungssprechgerät mit der jeweiligen ID angesprochen und es klingelt.

Audio wird über einen 8bit/8khz PCM Audiostream übertragen, die Wandlung 
Analog-Audio zu Audiostream muss der Prozessor mithilfe der ADC/DAC 
machen. (oder es wird ein passendes IC verwendet)

Da die Verbindung halbduplex ist, werden einige Audiopakete von der 
Türsprechanlage zur Wohnungssprechanlage übertragen, danach kommt die 
Gegenrichtung dran. Zwischenzeitlich anfallende Audiopakete werden 
zwischengespeichert. (Software-FIFO)


Als Kamera am Türsprechgerät dient eine seriell auslesbare Kamera. Als 
Display am Wohnungssprechgerät dient ein Handy Farbdisplay.

Für die Übertragung des Kamerabildes von der Türsprechanlage zur 
Wohnungssprechanlage wird folgends System benutzt:
Sobald geklingelt wird, wird ein Schnappschuss erstellt. Dieses Bild 
wird mit 24 Bit Farbtiefe erfasst und hat 120x160 Bildpunkte. Die 24 Bit 
Farbtiefe werden auf 8 Bit heruntergerechnet (Farbpalette) Es wird mit 
RLE Komprimierung komprimiert.
Das Bild würd an das Wohnungssprechgerät übertragen.
Danach wird das Bild nur noch aktualisiert, das heisst, es werden nur 
noch Bereiche mit Änderungen im Rahmen der freien Buskapazität 
übertragen. Der Audiostream geht vor.


Bus:
Alles soll über 2 Paare, bzw 4 Drähte laufen.
+24V - 24V, D1, D2

Für die Datenübertragung habe ich mir folgendes überlegt:
Inaktiv: D1 und D2  0V über pulldown
High: D1=+24V, D2=0V, Low: D1=0V, D2=24V. Das heißt, jenachdem ob ein 
high oder low Bit übertragen wird, wird eine der beiden Datenleitungen 
auf 24 V gezogen.
Die Auswertelogik prüft die Polarität zwischen den beiden 
Datenleitungen. Ist D1 gegenüber D2 positiv, ist ein High Signal 
vorhanden, Ist D1 gegenüber D2 negativ, ist ein Low Signal vorhanden.
Sind beide Datenleitungen auf 0 Potential, werden gerade keine Daten 
gesendet.
Hardwaretechnisch ist das realisiert durch Mosfets zum Senden und 
Operationsverstärker zum Empfangen.

Eventuell nehme ich auch einfach RS485 und die passenden Transceiver 
Chips.

Die Busgeschwindigkeit sollte etwa 250 kbit/s betragen.

An den Busabgriffen für die Wohnung soll eine kleine aktive Komponente 
sitzen um 2 sauberere Teilbusse zu erreichen. Sonst hätte ich 
Stichleitungen. Die aktive Komponente muss die Datenpakete jeweils 
zwischen beiden Bussen vermitteln. Dieses Gerät empängt jeweils auf dem 
einen Bus und sendet auf dem anderen Bus weiter. Quasi ein Switch.
Dieser Switch kann auch dazu verwendet werden, einen langen Hauptbus zu 
verlängern.

Der Buszugriff ist softwaregesteuert mit LBT.
Es wird ein Protokoll ähnlich AX25 verwendet.


Sonstiges:
Die Geräte haben alle noch eine Besonderheit: Sie besitzen eine interne 
5V RS232 Schnittstelle, die einen direkten Datenzugang zum Bus 
ermöglicht. Bei entsprechender Ansteuerung kann man dann auch Daten 
direkt zwischen 2 Wohnungssprechgeräten oder mit speziellen 
Dateninterface austauschen.
Über die serielle Schnittstelle ist auch ein Terminalzugang zum Gerät 
möglich, um es zu konfigurieren.

Audio und ein paar I/Os sind ebenfalls auf eine Buchse geführt, für 
spätere Erweiterungen.

Neben Wohnungssprechgeräten soll es auch ein Telefongateway geben, mit 
dem die Klingelanlage an einen analogen Telefonanschluss angeschlossen 
werden kann. Jenachdem weche Anlagennummer angeklingelt wird, wird eine 
passende Telefonnummer dazu gewählt und eine Sprechverbindung 
hergestellt.

Ausserdem gibt es noch ein Data Interface, welches ein RS232 Adapter für 
den Bus ist, und vollen Datenzugriff auf den Bus ermöglicht.

Es gibt auch noch ein Relaisinterface, welches z.B. benötigt wird, um 
den Türöffner zu betätigen oder Beleuchtung zu schalten.


So sieht meine Planung aus. Als Prozessor soll ein ATMEGA zum Einsatz 
kommen.

Im Moment ist das alles nur ein Konzept.
Was meint ihr dazu, eine volldigitale Klingelanlage zu bauen? Habt ihr 
Vorschläge und Anmerkungen für mein Vorhaben?

Grüße

Autor: STK500-Besitzer (Gast)
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Wie sieht die Stromversorung deiner Wohnungssprechgeräte aus?

Autor: Silvan König (silvan) Benutzerseite
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Sven schrieb:
> So sieht meine Planung aus. Als Prozessor soll ein ATMEGA zum Einsatz
> kommen.

...da wirst du wohl mehr als einen benötigen xD

Klingt nach einem schönen Projekt.
Ich sehe einen Knackpunkt: Ist der ADC eines ATMEGA 8KHz schnell? Ich 
habe nämlich noch nie gesehen, dass ein ATMEGA ein Audiosignal 
digitalisiert hat.
Ich bin aber auch noch neu auf dem Gebiet...

Autor: Lehrmann Michael (ubimbo)
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Hmm ich würde dir zum CAN-Bus raten. Auch wenn der vergleichsweise 
kompliziert ist würde er soweit alle deine Anforderungen erfüllen.

Maximale Buslänge 1000m garantiert und 1,irgendwas MBit. Was besseres 
fällt mir im Moment nicht ein ...

Dass die ADC ausreicht wage ich ebenfalls zu bezweifeln ... auch mir 
wäre neu, dass die interne ausreichend ist.
Man bedenke Phänomene wie Frequenzfaltung, etc...

Autor: MaWin (Gast)
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Dein Ansatz bleibt auf halber Strecke stehen, und ist für Erweiterungen 
untauglich.
Obwohl die Integration des Kamerastandbildes über die bestehende 
Klingeldrahtleitung amitioniert ist, würde ich versuchen gleich Video zu 
übertragen.
Wäre die Klingelleitung eine Ethernetleitung, wäre das kein Problem.
So ähnelt sie eher einer Telefonleitung.
Am Zielort (Zentrale) sollte das Kamerabild und die Wechselsprechanlage 
über Internet und UMTS geführt werden können, damit auch nicht-Anwesende 
erreicht werden können.
Die Technik gibt es, du müsstest nichts neu erfinden sondern nur 
kombinieren.
Trotzdem bleibt das anspruchsvoll.

WENN du was basteln willst, was mit 24V betrieben wird, und du dich von 
Ton und Bild trennen kannst (also nur Klingel und Türöffner), dann 
sollte das nur 2 Adern benutzen und auf EIB/KNX aufsetzen.
Da würden sich diese Leute über gebrauchsfertige Module freuen: 
http://www.freebus.org/

Ton und Bild könnte man nämlich auch über Funk übertragen, dazu gibt es 
auch schon preiswert fertige 2.54GHz Module (mit begrenzter Reichweite 
und bei Billigangeboten bescheidener Qualität). Oder WLAN wie Pollin 
710139. Oder 230V Powerline-Modems für deine 24V Leitung anderer 
Impedanz umbauen, ich glauibe Reichelt hatte gerade welche für 29.95.

Autor: Sven (Gast)
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Ob der interne ADC/DAC reicht, weiß ich nicht. Das muss ich mal testen.
Aber ich hab auch kein Problem damit, externe IC's zu verwenden.

Die Spannungsversorgung der Wohnungssprechgeräte erfolgt aus den 24 V 
über die Busleitung. Allerdings habe ich Daten und Spannungsversorgung 
auf getrennten Adern.
Dass ich mehrere ATMEGAS benötige ist auch klar :) Pro Gerät mindestens 
einen :)

Can Bus könnte ich natürlich auch nehmen.
Zu einem späteren Zeitpunkt ist es eventuell geplant, die Klingelanlage 
über ein Gateway auch an den noch zu realisierenden Hausbus anzubinden. 
Da wäre es vielleicht gut, bei beiden System die gleiche Bustechnik zu 
verwenden.

Es ist jedenfalls ein rein privates Projekt, da bin ich relativ frei, 
wie ich es letzten Endes umsetze.

Grüße

Autor: Sven (Gast)
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mawin, auf Funk wollte ich dafür grundsätzlich nicht gehen. Vor allem 
nicht auf 2,4 GHz, da das hier für andere Anwendungen (wlan) reserviert 
ist.

Um zu sehen, wer vor der Tür steht, brauche ich auch kein Video mit 25 
fps in PAL-Auflösung.
Da reicht Standbild, welches alle 1-2 sek geupdatet wird.
Und die Farbdisplays die ich habe,schaffen eh keine 25 Bilder pro 
Sekunde, haben nur 12 Bit Farbe und die Auflösung ist deutlich unterhalb 
der PAL Auflösung.

Eine Forderung, die ich an die Anlage stelle, ist, dass es vollständig 
über die vorhandenen Kabel läuft. Es soll keine Installation von neuen 
Kabeln erforderlich sein, und auch nicht die Verwendung von anderen 
Übertragungswegen wie z.B. Funk, Wlan-Netzwerk usw.
Die Klingelanlage bei mir hat vollständig und ausschließlich die 
Klingelleitungen zu verwenden. Die Klingelanlage muss ohne andere 
Übertragungswege als eigenständiges System funktionsfähig sein.
Ausnahme ist ein optionales Gateway in andere Netze.

Die Anbindung an das Telefonnetz über einen analogen Port meiner 
Telefonanlage ist ja auch geplant. Das dient dazu, überall für die 
klingelnden Personen erreichbar zu sein, in dem die Anlage auf dem Handy 
anruft.
Per Computer kann man über RS232 auf die Anlage zugreifen, z.B. zum 
Konfigurieren. Eine feste Anbindung direkt ans Lan ist aber nicht 
geplant, es ist ja nur eine Klingelanlage.

Autor: STK500-Besitzer (Gast)
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Ich würde mal teseten, ob die Verdrahtung nicht vielleicht doch 
ethernettauglich ist.
Da könnte man dann relativ einfach einen AV-Stream in beide Richtungen 
erzeugen, und Schaltsignale wären auch kein Problem.

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Silvan König schrieb:
> Ich sehe einen Knackpunkt: Ist der ADC eines ATMEGA 8KHz schnell? Ich
> habe nämlich noch nie gesehen, dass ein ATMEGA ein Audiosignal
> digitalisiert hat.

Es gibt sogar ne App-Note von Atmel dazu:

http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/...


Peter

Autor: Sven (Gast)
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Dass man über diese Verkabelung Ethernet drüber bekommt, wage ich zu 
bezweifeln.

Natürlich könnte man Audio und Video auch komprimiert übertragen, die 
Umsetzung einer Kompression mit z.B. dem GSM Codec für Audio und MPEG 2 
für Video überschreitet meine Möglichkeiten aber um ein vielfaches.

Ein ATMEGA wird dafür wohl kaum noch ausreichen, ausserdem reicht mein 
Kenntnisstand dafür nicht.

Mit RLE Komprimierung und Übertragung von Blöcken mit Änderungen bin ich 
am Ende meiner Möglichkeiten angelangt. Alles andere liegt deutlich über 
meinen derzeitigen Fähigkeiten.

Was man noch machen könnte, den Videostream unidirektional über ein 
eigenes Adrernpaar übertragen.
Dann wäre das Videobild schonmal vom Bus runter.

Man könnte Audio und Video natürlich auch ganz klassisch Analog 
übertragen.
Über die paar meter bekommt man ein analoges Pal Signal schon über die 
Leitung, wenn man es differentiell überträgt.
Man müsste in den Etagenverteilern das Videosignal üer eine aktve 
Komponente nochmal verstärken und auf die Wohnungsleitung geben. Einfach 
passiv abzweigen bringt wieder zu viele Reflexionen.

Audio lässt man über 2 eigene Paare laufen, die Steuerung könnte mit 
AFSK digital über den Audiokanal übertragen werden.
Das letzte Paar würde für die Spannungsversorgung draufgehen.

Ton und Bild wäre dann analog und die Steuerung wäre digital.

Es stehen nur 4 Paare zur Verfügung. In der bestehenden Klingelanlage 
sind die Drähre wie folgt verwendet.
Es gibt eine 12 adrige Leitung von unten nach oben, in Abzweigkästen 
sind die Leitungen zu den Wohnungen an diese Leitung angeschlossen.
Anschluss des Wohnungsgerätes:
Paar 1: 0V und 8V AC.
Paar2: Audio Lautsprecher
Paar3: Audio Mikrofon
Paar4 - Draht 1 Klingeldraht
Paar4 - Draht 2 Türöffner

In den Abzweigkästen sind die Leitungen einfach parallel geschaltet, nur 
der "Klingeldraht" ist für jede Wohnung "exklusiv" bis unten 
durchverbunden.

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