Low Power Hausbus

Hausbus

Anforderungen

Es soll ein Hausbus entworfen werden, der folgenden Anforderungen entspricht:

- er soll in bestehende Hausinstallationen ohne zusätzliche Kabel installiert werden können

- er soll - mit geringfügigen Schnittstellenmodifikationen - auch in Neubauten eingesetzt werden können. Hierbei darf auch eine zusätzliche Datenleitung verwendet werden.

- er soll eine möglichst geringe Leistungsaufnahme haben

- er soll möglichst preiswert sein

Vorüberlegungen

Topologie

Das Bussystem soll als Multi-Master-System ausgelegt sein. Jedes Modul sendet eine Nachricht an alle, sobald sich ein Ereignis am Modul ergibt. Die anderen Module entscheiden dann, ob sie die Information benötigen oder nicht.

Einzelmodul Es ist denkbar, dass jede Steckdose und jeder Lichtschalter ein eigenes (minimales) Modul bekommt. Das Steckdosenmodul hat nur einen Leistungsausgang, das Schaltermodul nur einen Eingang.

Zimmermodul Jedes Zimmer bekommt ein größeres Modul mit Ein- und Ausgängen. Dieses Modul kann in einer Verteilerdose installiert werden, die es auch bei herkömmlichen Hausinstallationen

Kommunikation

Da das Bussystem in einer bestehenden Hausinstallation ohne zusätzliche Leitungen kommunizieren soll, ergeben sich folgende Möglichkeiten:

1. Modulation auf Netzleitung 
pro / contra:


+ Es gibt bereits ICs für diesen Zweck


- Es wird ein Phasenkoppler benötigt, damit Busteilnehmer auf unterschiedlichen Phasen miteinander kommunizieren können

2. Funk (Bluetooth / Zigbee / WLan ...)
 pro / contra:


+ Es gibt fertige Module


- Module teuer


- Antenne notwendig


- Probleme mit Funkschatten

Netzteil

Das Netzteil muss relativ klein sein und wenig Verlustleistung verbrauchen.

1. AC/DC-Wandler 
pro / contra:


+ Es gibt bereits fertige Module


+ Hoher Wirkungsgrad


+ Galvanische Trennung


- Selbst die kleinsten Module geben eine Leistung von 1/4W ab


2. Herkömmliches Netzteil (Trafo und Brückengleichrichter) 
pro / contra:


+ Einfach aufzubauen


+ Galvanische Trennung


+ Relativ wenige Bauteile


- Trafo hat hohe Verlustleistung, selbst im Leerlauf


- Geringer Wirkungsgrad


3. Schaltregler (Sperrwandler) 
pro / contra:


+ Hoher Wirkungsgrad


+ Galvanische Trennung


- Relativ viele diskrete Bauteile


4. Kondensatornetzteil 
pro / contra:


+ Einfach aufzubauen


+ Relativ wenig Bauteile


+ Für geringe Leistung ausgelegt


- Keine Galvanische Trennung

Mikrocontroller

Der Mikrocontroller soll relativ preiswert sein und einen möglichst geringe Leistungsaufnahme haben.

1. MSP430 
pro / contra:


+ Sehr geringe Leistungsaufnahme


+ Guter Funktionsumfang

+ Entwicklungstools relativ günstig


2. Atmega
 pro / contra:


+ Guter Funktionsumfang


+ Große Community


- Entwicklungstools relativ teuer

Konzept

Aufgrund der Vorüberlegungen ergibt sich folgendes erstes Konzept: Ein Modul besteht aus einem MSP430, der von einem Kondensatornetzteil gespeist wird. Die Kommunikation soll auf die Netzleistung moduliert werden. Vorlage für die Kommunikation ist das Powerline-Modem von Ulrich Radig. Für spätere Hausneuinstallationen kann die aufwendigere Modulation auch wegfallen und die Kommunikation über eine separate Ader gehen. Es soll zuerst je ein Sensor- und Aktor-Einzelmodul entworfen werden (Licht und Schalter). Später soll auch ein Zimmermodul entworfen werden.

Ausblick

Folgende Funktionen sollen in späteren Schritten dem System hinzugefügt werden:

• TCP/IP-Schnittstelle für Fernzugriff
• Terminal zur Visualisierung (auch eine Anbindung an iPad wäre denkbar)
• Weitere Module für Rollläden, Heizung, Wetterstation...

Über Tips, Hinweise und Beiträge würde ich mich freuen. Vielleicht interessiert es ja noch jemanden, der sich an der Entwicklung beteiligen möchte...