GSM-CONTROL
Funk-Fernschalten über Handys
Version vom 1. November 2002

Abb.1  GSM-CONTROL-Board

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 Schaltbaustein "GSM-CONTROL" ( Abb.1 ) als Lösung an. Durch Nutzung öffentlicher  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 dabei lediglich in der Lage sein,  auf Tastendruck DTMF-Töne abgeben zu können. Notfalls kann stattdessen aber auch ein preiswert erhältlicher separater Tongeber benutzt werden.


Abb.2   Blockschaltbild

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.


Abb.3   Beispiel für Zusammenschaltung

"GSM-CONTROL" ist mit drei Schaltkanälen ausgestattet. Die Bedienung ist extrem einfach : Nachdem das mit der Auswerteinheit verbundene Handy angerufen wurde und die Verbindung zustandegekommen ist, sind neun Tasten auf der Geberseite zur Auslösung von Befehlen nutzbar. Das Ergebnis wird dabei sofort akustisch quittiert. Im Einzelnen sind folgende Funktionen möglich :
 

TASTE
SCHALTKANAL
FUNKTION
1
1
AUS
2
1
EIN
3
1
ABFRAGEN
4
2
AUS
5
2
EIN
6
2
ABFRAGEN
7
3
AUS
8
3
EIN
9
4
ABFRAGEN

Die Abfragetasten dienen der Kontrolle einzelner Kanäle, ohne dass der jeweils aktuelle Schaltzustand dabei verändert wird.

Es gibt zwei verschiedene Möglichkeiten der Quittierung :

1. Basisversion
Die Rückmeldung der AUS-Funktion erfolgt durch eine als Tonsignal hörbare Punkt-Strichfolge ( entsprechend Morsecode für "A" ). Dagegen wird die EIN-Funktion durch Übermittlung von  Punkten ( entsprechend Morsecode für "E" ) signalisiert.
 
"AUS" : Punkt-Strichfolge ( entspricht  Morsecode für "A" )
"EIN"  : Punktfolge            ( entspricht  Morsecode für "E" ) 

2. Komfortversion
Zur Rückmeldung wird je nach Schaltzustand einer von zwei vorhandenen Sprachspeicherbausteinen aktiviert. Diese können dazu mit Begriffen wie z.B. "EINGESCHALTET" und "AUSGESCHALTET" besprochen worden sein ( siehe unten ).


Schaltungsbeschreibung

Das Schaltbild von GSM-CONTROL kann hier als PDF-File heruntergeladen werden ( Anm.: Die Frequenzangabe des Quarzes X1 im Schaltbild muss richtig lauten : 3.579MHz  ).

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Abb.4  Aussenbeschaltung

Am Toneingang  "EAR" ( Die Bezeichnung bezieht sich auf die Freisprecheinrichtungsseite ) eintreffende DTMF-Steuertöne werden in U1 decodiert. Erfolgreiche Tonerkennung bewirkt "H-Pegel" an Pin 15. Das Signal wird mithilfe von U4F invertiert und aktiviert die Leuchtdiode LD1. Damit besteht eine einfache Möglichkeit zum Testen der Auswertung eingehender DTMF-Signale.
Die  Ausgänge Pin 11-14 von U1 repräsentieren die jeweils empfangene DTMF-Tonkombination in BCD-codierter Form. Über die Anordnung  U4A-C 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 Betriebssoftware einen für diese Anwendung relevanten BCD-Code, so werden daraufhin entsprechende Steuerbefehle erzeugt. So bewirkt beispielsweise der  Befehl "KANAL 1-EIN", dass  Ausgang Pin18 von U2 auf "H-Potential" geht. Dagegen wechselt der gleiche Pin bei Befehl "KANAL1-AUS" nach "L".  Über den Transistor Tr 1A steuert der Ausgang das Relais Rel 1A gesteuert. Die Leuchtdiode LD2A dient dabei der Anzeige des "EIN"-Zustandes.
Die Schaltsignale für die weiteren Kanäle liegen an den U2-Processorausgängen Pin 17 ( Kanal 2 ) und Pin 16 ( Kanal 3 ) an. Sie steuern Relaisstufen, die analog zu derjenigen von Kanal 1 aufgebaut sind.
Parallel zur Steuerung der AUS- oder EIN-Funktion werden an den Pins 8 und 9 von U2 kurze negative Pulse ausgegeben. Sind Sprachspeichermoduln vorhanden, so wird hierüber die Sprachausgabe gestartet.  Die Tonausgänge der Bausteine liefern daraufhin die benötigten Quittungsmessages in Richtung Handy.
Werden keine Sprachbausteine verwendet, ist Kondensator C4 zu bestücken. Zur Quittierung ankommender Steuerbefehle und bei  Zustandsabfragen werden die an Pin11 von U2 jeweils für einige Sekunden zur Verfügung stehenden Morsekennungen verwendet.
Mit dem Einsteller RP1 kann der Pegel der über Anschluss "MIC" ausgegebenen Tonsignale an den Mikrofoneingang der Freisprecheinrichtung  angepasst werden.


Zusammenschaltung von Baustein "GSM-CONTROL" und Handy

Zur Übertragung von Steuerungs- und Quittungssignalen müssen zwei Tonverbindungen zwischen GSM-CONTROL und dem Handy hergestellt werden. Dafür bieten sich zwei Lösungswege an :

1. Es können entsprechend modifizierte 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 Handy-Gerätetypen sehr preiswert erhältlich. Von den FSE lassen sich dabei im Wesentlichen nur die Gerätestecker nutzen.


Abb.5  FSE-Modifikation

Somit könnte man auch auf die Idee kommen, das benötigte Adapterkabel komplett selbst bauen zu wollen. Das würde aber bedeuten, dass man sich die schwer erhältlichen Spezialstecker besorgen und auch Informationen über deren interne Beschaltung besitzen müsste. Da ist es doch wesentlich einfacher, stattdessen eine fertige FSE-Einheit zu verwenden und hier Hörer und Mikrofon zu entfernen. Übrig bleiben dann nur der konfektionierte Spezialstecker mit zwei abgeschirmten Kabelenden ( siehe Abb. 5 ) . Mit ihrer Hilfe lassen sich dann auf einfache Weise die erforderlichen


Abb.6   Minimalbeschaltung  Siemens-Handystecker

Verbindungen mit den Tonein- und Ausgängen der Einheit "GSM-CONTROL" herstellen. Dabei müssen die Mikrofonleitung ( MIC ) mit dem Tonausgang  und die vormals zum Ohrhörer führende Leitung  ( EAR ) mit dem Toneingang der Baugruppe GSM-CONTROL verbunden werden.
 

Hinweis zur Adaption von NOKIA-Geräten:
Es wurde von Freisprechadaptern für Nokia-Geräte berichtet, die nach Entfernen des Mikrofons nicht mehr funktionierten. In diesen Fällen ist anstelle des Mikrofons ein Widerstand von ca. 1K-Ohm  parallel zum Toneingang "MIC" der FSE vorzusehen. Es ist leider nicht bekannt, ob diese Massnahme bei ALLEN Versionen von Nokia-Freisprecheinrichtungen erforderlich ist.

2. Um auch Standard-Headsets als Freisprecheinrichtung nutzen zu können, gibt es für alle gängigen Handytypen entsprechende Adapter ( Abb. 7  und Abb.8 ). Sie sind einheitlich mit einer 2.5mm-Stereo-Klinkenbuchse ausgestattet. Auch mit ihrer Hilfe lässt sich der Baustein "GSM-CONTROL" sehr einfach mit einem Handy zusammenschalten.  Zur Verbindung beider Einheiten ist lediglich ein zweiadriges abgeschirmtes Kabel und ein 2.5mm Stereo-Klinkenstecker erforderlich.

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Abb.7 und Abb.8     HAMA-Headset-Adapter ; SIEMENS-Version ;  Aussen- und Innenansicht

Geeignete Headset-Adapter werden z.B. von HAMA hergestellt und sind bei allen einschlägigen Elektronik-Händlern erhältlich. Die Adapterversion für die 25er, 35er und 45er-Modelle von Siemens wurde bereits erfolgreich in Verbindung mit "GSM-CONTROL" getestet.


Handy-Fremdversorgung für Dauerbetrieb

Für den Dauerbetrieb mit der Einheit "GSM-CONTROL" sollte auch das verwendete Handy aus einer externen Quelle versorgt werden. Bei den meisten Handys wird der Geräteanschluss allerdings sowohl zum Anschluss einer Freisprecheinrichtung als auch für das Ladegerät benutzt. Beide Zusätze lassen sich somit nur alternativ betreiben. Am Beispiel der Siemens-Geräte soll beschrieben werden, wie bei angeschlossenern FSE dennoch eine Fremdversorgung ( oder besser : Dauerladung ) erfolgen kann :


Abb.9  Zusatzbeschaltung der HAMA-Festadapter zur  Fremdversorgung

Besonders einfach geht es unter Verwendung der bereits oben erwähnten HAMA-Festadapter. Im Gegensatz zu den Gerätesteckern vieler preiswerter FSE-Adapter, sind sie kontaktmässig voll bestückt.
Für den Handydauerbetrieb muss dem geräteinternen Akku lediglich über Pin 3 ( Plus ) und Pin 1 ( Minus ) der Steckverbindung eine Spannung zugeführt werden. Sie kann entweder aus einem Originalladegerät  ( ggf. mit abgeschnittenem Gerätestecker ) oder auch aus einer separaten Einheit stammen. Das verwendete Gerät sollte dabei eine Ausgangsspannung zwischen ca. 5 und 8 Volt bei einen Dauerstrom von mindestens 300mA liefern können. Im einfachsten Falle tut es auch eine Brücke zwischen der 5V-Versorgungsleitung des Boards "GSM-Control" und Pin 3 des Handysteckers. Inzwischen wurde allerdings berichtet, dass Handymodelle der 45er- und 50er-Serie eine Ladespannung von mindestens 6V erfordern.

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 ( Abschirmschläuche verwenden ). Auch eine in die Verbindungsleitung  eingefügte Feinsicherung oder ein niederohmiger Schutzwiderstand ( 1 Ohm, 3W ) könnten hier noch eine zusätzliche Sicherheit bewirken.

Bei Verwendung des HAMA-Adapters wird der FSE-Betriebszustand dem Handy über einen auf der Platine befindlichen 15K-Ohm-Widerstand signalisiert. Ohne dieses Bauteil ist keine automatische Rufannahme ( siehe unten ) möglich.


Automatische Rufannahme

Eine Fernsteuerung kann nur erfolgen, wenn vorher eine Verbindung zwischen dem abrufenden Telefon bzw. Handy und dem mit "GSM-CONTROL" verbundenen Handy auf der Gegenseite zustandegekommen ist. Da auf der Auswertseite keine manuelle Gesprächsannahme möglich ist, muss diese automatisch erfolgen. Glücklicherweise sind aber alle Handys mit einer Funktion zur automatischen Rufannahme ausgestattet. Sie ist üblicherweise NUR in Verbindung mit einer angeschlossenen Freisprecheinrichtung  wirksam und ermöglicht die selbständige  Annahme ankommender Rufe nach ein- bis zweimaligem Läuten. Danach erfolgt die zum Fernsteuern benötigte Durchschaltung der externen Tonein- und Ausgänge.
Die Verbindung kann von der abfragenden Stelle jederzeit beendet werden.

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


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.

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Abb.10 und Abb.11  Sprachspeicherbaustein  : Aussenansicht und Anschlussplan

Es wurden 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 Netzspannungen


Abb.12     ELV-Netzinterface

Obwohl das Originalrelais der Baugruppe GSM-CONTROL  ( nach Herstellerangaben ) auch Netzspannungen schalten kann, wird aus Sicherheitsgründen die Verwendung einer separaten Einheit empfohlen. Geeignet ist z.B. das von ELV angebotene 230V-Schaltinterface ( Katalog 2002, Seite 32 ). Ein Optokoppler stellt dabei eine galvanische Trennung zwischen Netz- und Steuerseite sicher. Zur Steuerung wird eine Gleichspannung im Bereich von 4 bis 18 Volt benötigt. Sie kann der Baugruppe GSM-CONTROL entnommen und mit einem der vorhandenen Relais geschaltet werden.


Abb.13 Schaltbild ELV-Netzinterface

Komplettbausatz  Best.-Nr. 20-392-11
Fertiggerät           Best.-Nr. 20-432-71


Nachbau
Bausätze und fertig aufgebaute Bausteine GSM-CONTROL  sind erhältlich über : http://www.landolt.de