- CONTROL   Funk-Fernschalten über Handys

Version vom 31. Oktober 2007


Erweiterung zur Fernabfrage von Temperaturdaten

   Subject : "GSM-CONTROLsimple 3 Channel-Remote-Switch for use with GSM-Cellular-Radios


Für Funk-Fernschalter gibt es eine Unmenge von Einsatzmöglichkeiten. Die meisten der bisher verfügbaren  Geräte haben aber den Nachteil, dass ihre Funkreichweite sehr begrenzt sind. In der Regel lassen sich mit ihnen  nur maximal einige 100m überbrücken. Für Anwendungen, die eine grössere Distanz erfordern, bietet sich "GSM-CONTROL" als Lösung an. Durch Verwendung der GSM-Netze sind der Entfernung zwischen Geber und Auswerter hierbei weltweit kaum noch Grenzen gesetzt.
Die Steuerung kann von jedem halbwegs modernen Telefon oder Handy in der Regel ohne weitere Zusatzeinrichtungen erfolgen. Die zur Verwendung geeigneten Geräte müssen lediglich in der Lage sein,  auf Tastendruck DTMF-Töne abgeben zu können. Notfalls kann dazu aber auch ein preiswert erhältlicher separater Tongeber benutzt werden.

   separate DTMF-Tongeber

Die Auswertung der Steuerbefehle erfolgt mithilfe des Bausteins "GSM-CONTROL". Er wird dazu mit einem handelsüblichen Handy verbunden. Wie das im Einzelnen geschehen kann und was dabei zu beachten ist, wird weiter unten beschrieben.

"GSM-Control" ist grundsätzlich für den Betrieb von drei Schaltkanälen ausgelegt. Dabei befindet sich auf der Platine allerdings nur das Schaltrelais für den ersten Kanal. Für die Kanäle 2 und 3 werden dagegen lediglich TTL-Steuersignale bereitgestellt und zum Betrieb sind externe Schaltstufen erforderlich.

Die Bedienung ist extrem einfach : Nachdem das mit der Auswerteinheit verbundene Handy angerufen wurde und die Verbindung zustandegekommen ist, kann eine Steuerung mithilfe von neun verschiedenen ( DTMF- ) Tasten erfolgen. Das Ergebnis wird dabei sofort akustisch quittiert. Im Einzelnen sind folgende Funktionen möglich :
 

DTMF-KEY 
SW-CHANNEL
FUNCTION
1
1
Off
2
1
On
3
1
Check 
4
2
Off
5
2
On
6
2
Check
7
3
Off
8
3
On
9
3
Check
Bei "Check" erfolgt die Rückmeldung ohne Änderung des gegenwärtigen Schaltzustandes.

Es gibt zwei verschiedene Möglichkeiten der Quittierung :
In der Basisversion erfolgt die Rückmeldung der AUS-Funktion durch eine Punkt-Strichfolge und für die  EIN-Funktion durch die Aussendung von Punkten.
 
"AUS" : Punkt-Strichfolge ( entspricht  Morsecode für "A" )
"EIN"  : Punktfolge            ( entspricht  Morsecode für "E" ) 

In der alternativ möglichen Komfortversion werden stattdessen Sprachspeicherbausteine benutzt. Diese können dazu mit Begriffen wie z.B. "EINGESCHALTET" und "AUSGESCHALTET" besprochen werden ( siehe unten ).


Schaltungsbeschreibung



Anm: Die Steuerausgänge für die Schaltkanäle 2 und 3 sind in diesem Schaltbild noch nicht bezeichnet..

Am Eingang  "AUDIO-IN" ankommende DTMF-Steuertöne werden in U1 decodiert. Eine erfolgreiche DTMF-Tonerkennung bewirkt "H-Pegel" an Pin 15. Das Signal wird mithilfe von ST4 invertiert und bringt LED 1 dabei  zum Leuchten. Damit besteht eine einfache Möglichkeit zur Kontrolle der DTMF-Eingangssignale für Testzwecke.
Die  Ausgänge Pin 11-14 von U1 repräsentieren die jeweils empfangene DTMF-Tonkombination in BCD-codierter Form. Über die Anordnung ST1-ST3  wird nach jeder Tonerkennung ein kurzer negativer Puls an U2 Pin 6 erscheinen  und die Übernahme des BCD-Wertes in den Microcontroller U2 bewirken. Erkennt die im Flash-Speicher des Controllers abgelegte Software einen für diese Anwendung relevanten BCD-Code, so werden daraufhin entsprechende Steuerbefehle erzeugt. Bei Befehl "KANAL 1-EIN" wird U2 Ausgang Pin7 auf "H-Potential" gehen, während der gleiche Pin bei Befehl "KANAL1-AUS" nach "L" geht. Über diesen Ausgang und Transistor Tr1 wird das Relais Re1 gesteuert. Der "EIN-Zustand" wird dabei durch LED 2 angezeigt.
Die Schaltsignale für die weiteren Kanäle liegen an den Processorausgängen Pin 18 ( Kanal 2 ) und Pin 19 ( Kanal 3 ) an.
Parallel zur Steuerung der AUS- oder EIN-Funktion werden durch kurze negative Pulse ausgehend von U2, Pin 8 bzw.  9 eventuell vorhandene Sprachmoduln aktiviert. Ihre Tonausgänge liefern die in Richtung Handy geschickten Quittungsmessages.
Wenn keine Sprachbausteine verwendet werden, ist Kondensator C4 zu bestücken. Zur Quittierung der Steuerbefehle dienen in diesem Falle die vom Programm an U2, Pin11 jeweils für einige Sekunden ausgegebenen Tonkennungen.
Mit P1 kann der Ton-Ausgangspegel des GSM-Control-Boards an den Mikrofoneingang des angeschlossenen Handys angepasst werden.


Bestückungsplan


U1 : MT8870 / MV8870 u.ä. C9 : 0.1uF
U2 : AT89C2051 progr. C10 : 10uF / 16V
U3 : 78L05 C11 : 0.1uF
U4 : SN74HC14 C12 : 10uF / 16V
Tr1 : BC547B u.ä. NPN C13 : 0.1uF 
D1 : 1N4001 R1 : 100k  1/4W 
D2 : 1N4148 R2 : 100k  1/4W
LED1-3 : Leuchtdioden  R3 : 270k 1/4W
X1 : Quarz  3.579 MHz R4 : 100k 1/4W
Re1 : omrom G6C-1117P 
( Note 1 )
R5 : 100k 1/4W
C1 : 0.1uF R6 : 10k 1/4W
C2 : 0.1uF R7 : 22k 1/4W
C3 : 10uF / 16V R8 : 470 Ohm 1/4W
C4 : 0.1uF ( Note 2 ) R9 : 470 Ohm 1/4W
C5 : 10uF / 16V ( Note 3 ) R10 : 47k 1/4W
C6 : 10uF / 16V ( Note 3 ) R11 : 470 Ohm 1/4W
C7a-e : 5 x 0.1uF  ( Note 4 ) Rx : 1K ( Note 5 )
C8 : 10uF / 16V P1 : 47k 
Bauteileliste

Bei den integrierten Schaltkreisen U1,U2 und U4 handelt es jeweils um die Versionen im DIP-Gehäuse ( Dual in Line Plastik )

NOTE 1 : Bei Verwendung eines niederohmigeren 5 bis 6V-Relaistyps kann die Umdimensionierung einiger Schaltstufenbauteile
                 erforderlich werden. So verwendet Rainer Emling anstelle des 180 Ohm-Originaltyps einen solchen mit einer 80 Ohm-
                 Erregerwicklung. Er schlägt für "Tr1" die Verwendung eines Darlington-Transistors BC517 und für den Basiswiderstand
                 "R7" einen Wert von  56KOhm vor.
NOTE 2 : nur bei Betrieb ohne Sprachausgabebausteine
NOTE 3 : nur bei Betrieb mit Sprachspeicherbausteinen
NOTE 4 : Fünf auf der Platinenfläche verteilte Abblockkondensatoren, die zwischen +5V und Masse geschaltet sind
NOTE 5 : Widerstand ( oder Mikrofon ) ggf. erforderlich bei Freisprecheinrichtungen für NOKIA-Geräte


Für Einsatzfälle, bei denen eine Schaltstufe nicht ausreicht, ist hier die pro Stufe erforderliche zusätzliche Schaltanordnung dargestellt :


Bauteileanordung für zusätzliche Schaltstufen.

Die Steuerung erfolgt über "U2" Pin 18  ( Kanal 2 ) oder Pin 19 ( Kanal 3 ). Als Relais kommen grundsätzlich ca. 5-12V-Versionen infrage. Zur Vermeidung von Überlastung des Spannungsregles "U3" sollte man für zusätzliche Schaltstufen besser 9-12V-Relais verwenden und diese aus
der für die Gesamtbaugruppe zur Verfügung stehenden Betriebsspannung mitversorgen.


------
Linkes Bild : Zusammenschaltung von Platine und GSM-Handy   Mittleres und rechtes Bild : Schaltplatine mit aufgesetzten Sprachbausteinen.


Zusammenschaltung von Baustein "GSM-CONTROL" und Handy
Als Verbindungsglied zwischen Handy und Schaltbaustein GSM-CONTROL kann eine einfache portable Freisprecheinrichtung benutzt werden. Da die Anschlussleisten der Handys nicht einheitlich sind, kommen hier nur  typenspezifische Lösungen infrage. Entsprechende Produkte sind aber für alle gängigen Gerätetypen erhältlich. Dabei ist es ausreichend, die teilweise schon sehr günstig erhältlichen einfachsten Versionen zu verwenden. Über sie werden die zur Tonsteuerung und -Quittierung benötigten Ein- und Ausgangsverbindungen bereitgestellt.

Ich habe hier beispielsweise Produkte der Fa. Reichelt ( http://www.reichelt.de ) verwendet. Für ca. 5 Euro erhält man hier portable Freisprecheinrichtungen für die meisten gängigen Handytypen.


Hinweis : Der angegebene Gerätestecker kann auch in Verbindung mit den aktuellen Siemens-Geräten der 45er-Serie benutzt werden.

Da sich von diesen Einrichtungen im Wesentlichen aber doch nur die Gerätestecker nutzen lassen, könnte man auch auf die Idee kommen, das benötiget Adapterkabel komplett selbst bauen zu wollen. Das würde aber bedeuten, dass man sich die schwer erhältlichen Spezialstecker besorgen müsste und zudem auch die zu ihrer Beschaltung notwendigen Schnittstelleninformationen vorhanden sein müssten. Da ist es doch wesentlich einfacher, stattdessen die fertige Einheit zu verwenden und dabei Hörer und Mikrofon zu entfernen. Übrig bleiben dann nur der konfektionierte Spezialstecker und zwei abgeschirmte Kabelenden, über die sich die Tonverbindungen mit der Einheit "GSM-CONTROL" herstellen lassen.


12pol. Anschlussstecker für Siemens-Handys

Wer sich für das Innenleben  des Anschlussteckers einer einfachen portablen SIEMENS-Freisprecheinrichtung interessiert, der findet hier das zugehörige Schaltbild. Einzige Besonderheit ist die Brücke von Pin 8 nach Pin 9. Mit ihrer Hilfe ist der automatische Rufannahmebetrieb möglich.

Anm:
Zum Anschluss von Siemens-Handys der 45er-Serie ist am 12pol. Stecker ggf.noch eine Brücke von Pin9 nach Pin1 erforderlich. Portable FSE, bei denen der Handystecker nur teilweise mit Kontaktfedern bestückt sind, lassen sich in diesem Falle nicht verwenden.  
 


Anmerkung :
Die Bezeichnungen beziehen sich auf die Handy-Seite. Audio-In muss somit mit dem Tonausgang
und Audio-Out mit dem Toneingang der Baugruppe GSM-CONTROL verbunden werden.

Zur Adaption von Standard-Headsets gibt es von HAMA für alle gängigen Handys verschiedener Hersteller typenspezifische Adapter.  Auch mit ihrer Hilfe lassen sich die Einheit "GSM-CONTROL" und das Handy miteinander verbinden. Dazu ist lediglich ein gemäss Abbildung beschalteter 2.5mm Stereo-Klinkenstecker erforderlich.
"MIC" ist mit dem Tonausgang und "EAR" mit dem Toneingang der Baugruppe zu verbinden.

Headset-Adapter sind in verschiedenen Ausführungen z.B. bei ELV , REICHELT oder CONRAD erhältlich ( Preis ca. 7 bis 8 Euro  ).

Die Adapterversion für die 25er, 35er und 45er-Siemens-Modelle habe ich erfolgreich in Verbindung mit GSM-CONTROL getestet.

Zur Verbindung des Adapters mit GSM-CONTROL ist ( wie auf dem Bild sichtbar ) ein 2.5mm-Stereo-Klinkenstecker erforderlich.
Anschluss MIC ist mit dem Audio-Ausgang und EAR mit dem Audio-Eingang der Baugruppe zu verbinden.

HINWEIS:
Es wurde von Freisprechadaptern für Nokia-Geräte berichtet, bei denen am Mikrofoneingang zusätzlich zum Tonausgang der Schaltbaugruppe auch noch das Mikrofon selbst angeschlossen werden musste. Vielleicht kann stattdessen aber auch ein Widerstand ( ca. 1KOhm ) verwendet werden. Es ist allerdings nicht bekannt, ob diese Massnahme bei ALLEN Versionen von Nokia-Freisprecheinrichtungen erforderlich ist.


Hinweise zu Handy-Schnittstellen verschiedener Gerätehersteller findet man z.B. bei : http://www.nobbi.com/phones.htm

Automatische Rufannahme
Eine Fernsteuerung kann nur erfolgen, wenn vorher eine Verbindung zwischen dem Telefon oder Handy auf der Abrufseite und dem mit "GSM-CONTROL" verbundenen Handy auf der Gegenseite zustandegekommen ist. Da hier keine manuelle Gesprächsannahme möglich ist, muss diese automatisch erfolgen. Glücklicherweise sind aber alle Handys mit einer Funktion zur automatischen Rufannahme ausgestattet. Sie ist nur in Verbindung mit einer angeschlossenen Freisprecheinrichtung  wirksam und ermöglicht die selbständige  Annahme ankommender Rufe nach ein- bis zweimaligem Läuten. Daraufhin erfolgt die Durchschaltung der externen Tonein-und Ausgänge.

Ein Verbindungsabbruch ist von der abfragende Stelle jederzeit möglich.

HINWEIS

Üblicherweise muss die Funktion "AUTOMATISCHE RUFANNAHME" bei neuen Handys erst aktiviert werden. Über die dazu im Gerätemenü erforderlichen Bedienungsschritte gibt das zugehörige Handbuch Auskunft.


Handy-Fremdversorgung für Dauerbetrieb
Für den Dauerbetrieb der Einheit "GSM-CONTROL" sollte auch das verwendete Handy aus einer externen Quelle versorgt werden. Bei Geräten mit einem separaten Ladeanschluss ist das auch kein Problem. Hier muss nur das zum Gerätetyp passende Netz- oder Fahrzeugladegerät parallel angeschlossen werden. Es gibt aber auch Handys, bei denen Freisprecheinrichtung und Ladegerät über die gleiche Steckverbindung angeschlossen werden. Am Beispiel der Siemens-Geräte wird nun beschrieben, wie auch in diesen Fällen eine Fremdversorgung ( oder besser : Dauerladung ) realisiert werden kann :


Anmerkung :
Die Bezeichnungen beziehen sich auf die Handy-Seite. Audio-In muss somit mit dem Tonausgang
und Audio-Out mit dem Toneingang der Baugruppe GSM-CONTROL verbunden werden.

Im Originalzustand der Freisprecheinrichtung sind Mikrofon an den Pins 9 (-) und 10 (+) und Hörer an 11 und 12 angeschlossen. In unserem Falle werden nun zwar Mikrofon und Hörer nicht benötigt und es sind stattdessen die Verbindungen mit dem Tonein- bzw. ausgang der Baugruppe GSM-CONTROL herzustellen. Darüberhinaus ist dem Handy auch noch das Vorhandensein einer externen Einheit zu signalisieren. Dazu wird ein 15k-Widerstand von Pin 7 gegen Masse geschaltet. Ohne diese Massnahme ist eine automatische Rufannahme nicht möglich.
Für den Handydauerbetrieb muss den Pins 1 (-) und  3 (+)  zusätzlich die Ladespannung für den handyinternen Akku zugeführt werden. Dazu kann entweder das Originalladegerät  ( mit abgeschnittenem Gerätestecker ) oder eine separate Version benutzt werden. Das verwendete Ladegerät sollte dazu bei einer Ausgangsspannung zwischen ca. 6 und 8 Volt einen Dauerstrom von mindestens 500mA liefern können. Weitere Hinweise zur Auswahl findet man auch hier und hier.

Zu berücksichtigen ist, dass die Anschlussstecker der portablen Freisprecheinrichtungen ( und auch der Ladegeräte ) bei vielen Versionen nicht komplett mit  Kontaktpins ausgerüstet sind. Das hat leider zu Folge, dass zur Realisierung der oben beschriebenen Lade-Beschaltung ggf. noch zusätzlich ein voll bestückter Handystecker erforderlich ist. Eine geeignete Bezugsquelle findet man hier :   http://www.handy-datenkabel.de/deutsch/produkte/datenstecker/index_handystecker.htm

Denkbar ist auch die Verwendung des bereits oben erwähnten HAMA-Festadapters. Er ist mit allen Anschlusskontakten bestückt ( siehe Bild unten ) und lässt sich somit leicht mit den Ladeanschlüssen und dem erforderlichen Zusatzwiderstand erweitern.

.

Innenansicht des Handy-FSE-Festadapters

Anmerkung : Es ist peinlichst darauf zu achten, dass die Zuführungsleitungen nicht verpolt angeschlossen werden und zwischen den benutzen Pins und ihren Nachbarn auch keine ungewollten Schlüsse entstehen können ( ggf. Abschirmschläuche verwenden ).

Für eventuelle Schäden, die in Verbindung mit meinen Hinweisen stehen, kann ich selbstverständlich keine Haftung übernehmen.


Version mit Sprachspeicherbausteinen
Werden Sprachspeicherbausteine benutzt, so sind diese vorher noch mit den gewünschten Quittungsbegriffen zu besprechen ( z.B. EINGESCHALTET, AUSGESCHALTET ). Ob Deutsch, Englisch, Russisch oder Kisuaheli, hier ist alles möglich :-)

In der Praxis hat es sich gezeigt, dass es dabei sinnvoll ist, die gewünschten Begriffe mehrmals hintereinander aufzusprechen.

Ich habe Fertigbausteine verwendet, wie sie z.B. von Conrad-Elektronik  für ca. 8 Euro erhältlich sind ( Prod.-Nr. 13 00 17 ). Sie erlauben das  Aufnehmen und Wiedergeben von Sprache bis zu 20 Sec. ( Anwendungshinweise werden mitgeliefert ).

_____


Schalten von 230V-Netzen
Obwohl das Originalrelais der Baugruppe GSM-CONTROL  ( nach Herstellerangaben ) auch Netzspannungen schalten kann, empfehle ich aus Sicherheitsgründen die Verwendung einer separaten Einheit. Geeignet ist z.B. das von ELV angebotene 230V-Schaltinterface ( Katalog 2002, Seite 32 ).

Ein Optokoppler stellt dabei die galvanische Trennung zwischen Netz- und Steuerseite sicher. Zur Steuerung dient eine Gleichspannung im Bereich von 4 bis 18 Volt. Die Spannung kann der Baugruppe GSM-CONTROL entnommen und über Relais Re1 geschaltet werden.

Komplettbausatz    Best.-Nr. 20-392-11    € 14.95
Fertiggerät             Best.-Nr. 20-432-71    € 24.95


Nachbauhinweise

Für die Anwendung GSM-CONTROL sind von mir nur noch folgende Einzelteile erhältlich :

* programmierte Processoren AT89C2051 (U2)
* Quarze 3.579 MHz (X1)

Die Platinen für "GSM-CONTROL" sind leider nicht mehr verfügbar. DTMF-Decoderbausteine MT8870 o.ä. * (U1)  gibt es z.B.  bei Fa. Conrad und Relais G6C-1117P  bei Fa. Reichelt )

* Der DTMF-Decoderbaustein ist schon seit vielen Jahren auf dem Markt. Ursprünglich wurde er unter dem Namen MV8870 von GEC/Plessey und später unter MT8870 ( genaue Bez. ist MT8870DE für die 18pin-DIP-Version ) von Mitel vertrieben. Nachdem Fa. Zarlink aus Canada die Halbleiterprodukion von Mitel übernommen hat, gibt es den Baustein mit  gleicher  Bezeichnung  jetzt von dieser Firma.
Baugleiche Ersatztypen gibt es von verschiedenen Herstellern auch unter den Namen : CM8870PI,  HT9170B,  UM92870C oder  KT3170.