Selbstbau CUL
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| Selbstbau CUL | |
|---|---|
| Allgemein | |
| Protokoll | diverse |
| Typ | Transceiver |
| Kategorie | CUL |
| Technische Details | |
| Kommunikation | Funk 433MHz oder 868MHz |
| Kanäle | N/A |
| Betriebsspannung | 5V |
| Leistungsaufnahme | |
| Versorgung | USB |
| Abmessungen | |
| Sonstiges | |
| Modulname | CUL |
| Hersteller | du selbst |
Ein CUL ist ein Transceiver zum Empfangen und Senden von Funknachrichten. Er besteht im Wesentlichen aus einem Atmel ATmega Mikrocontroller und einem CC1101 Funkmodul sowie einer USB-Schnittstelle zur Verbindung mit dem Host Computer auf dem z. B. fhem läuft. Als Firmware wird die quelloffene culfw verwendet.
Mittlerweile sind diese Baugruppen einfach und kostengünstig einzeln beschaffbar. Daher ist es relativ einfach möglich eine in der Funktionalität zum CUL vergleichbare Hardware selbst zu bauen.
Verwendete Hardware
Die Arduinos sind weit verbreitete Boards mit dem ATmega328p. Für den Selbstbau CUL ist insbesondere der Arduino nano gut geeignet. Er ist relativ klein, hat eine USB-Schnittstelle und kann eine 3,3V Spannungsversorgung für den CC1101 zur Verfügung stellen.
Module mit dem CC1101 Funkchip gibt es in unterschiedlichen Ausführungen. Wichtig ist die Unterscheidung nach der verwendeten Funkfrequenz, für den Einsatz in Europa sind das 433MHz und 868MHz. Zwar kann der Chip grundsätzlich auf beide Frequenzen eingestellt werden. Für eine optimale Sende- und Empfangsleistung muss aber der Antennenkreis auf die verwendete Frequenz abgestimmt werden. Damit ist nicht nur die Antenne selbst gemeint, auch die Hardware auf dem Modul ist unterschiedlich.
Zwar kann die culfw temporär auf eine andere Frequenz umschalten, aber das führt oft nur zu unbefriedigenden Ergebnissen. Es sollte daher das Modul verwendet werden, das zu dem Funkprotokoll passt welches hauptsächlich zum Einsatz kommen soll.
Die Module gibt es von unterschiedlichen Herstellern die auch unterschiedliche Anschlüsse verwenden. Daher muss die genaue Anschlussbelegung ermittelt werden und kann nicht einfach blind aus einem Beispiel übernommen werden.
Bezugsquellen
Die original Arduinos sind relativ teuer. Es gibt aber billige Kopien, entweder bei den bekannten Auktionshäusern und Handelsplattformen oder direkt in China. Dort ist ein nano für unter 5€ beschaffbar. Es sollte aber darauf geachtet werden, dass als USB-seriell Wandler auf dem nano ein FTDI FT232RL Chip oder ein anderer Chip mit eindeutiger ID verwendet wird. Nur dann sind mehrere CULs gleichzeitig ohne Probleme in fhem nutzbar.
Auch die CC1101 Module werden dort in unterschiedlichen Ausführungen angeboten. Die 433MHz Versionen sind i.A. leichter erhältlich als die 868MHz Versionen. Wenn keine guten Lötkenntnisse vorhanden sind sollte darauf geachtet werden, ein Modul mit als Stiftleiste im 2,54mm Raster herausgeführten Anschlüssen zu verwenden.
In diesem Blog sind konkrete Bezugsquellen genannt.
Schaltplan
Das Funkmodul ist hier nur über seine acht Anschlüsse dargestellt. Hilfreich ist der Anschluss einer LED mit passendem Vorwiderstand. Diese hilft bei der Inbetriebnahme und als grobe Funktionskontrolle.
Achtung! Der CC1101 darf nur mit maximal 3.6V betrieben werden. Eine passende Versorgungsspannung stellt der Arduino nano bereit. Aber auch die Signalleitungen sind laut Datenblatt nicht 5V tolerant. Diese haben beim nano aber 5V Pegel. In der Praxis funktionieren die Module bisher trotzdem. Langzeiterfahrungen gibt es aber nicht und es ist nicht ausgeschlossen, dass die Module dadurch beschädigt werden.
Wer sicher gehen will verwendet in den Signalleitungen Pegelanpassungen 5V -> 3,3V. Das ist mit fertigen Bausteinen (Levelshifter) möglich oder im einfachsten Fall mit Widerständen als Spannungsteiler.
Aufbau
Am einfachsten ist der Aufbau auf einem Steckbrett (Breadboard). Damit lässt es sich schnell in Betrieb nehmen und mögliche Fehler können einfach korrigiert werden. Für einen permanenten Aufbau kann z. B. eine Lochraster oder Streifenrasterplatine verwendet werden.
Wer nicht löten will kann auch ein Breakoutboard mit Schraubklemmen für den Arduino nano verwenden, z. B. ein Angebot bei eBay.
Software
Um die culfw zu kompilieren müssen ein AVR C-Cross-Compiler sowie dazugehörige Tools installiert sein. Bei einem Debian basierten Linux geht das mit
sudo apt-get install make gcc-avr avrdude avr-libc
Anschließend die neueste Version der culfw als ZIP-Datei herunterladen und auspacken.
Dann in das Verzeichnis culfw/Devices/nanoCUL wechseln. In dieser Auslieferung sind alle von der culfw unterstützten Protokolle mit Ausnahme vom Wireless M-Bus aktiviert. Bei Bedarf können einzelne Protokolle durch Änderungen der entsprechenden defines in der Datei board.h aus- oder eingeschaltet werden.
Mittels
make
wird dann die Übersetzung gestartet, die ohne Fehler durchlaufen sollte. Dabei wird die Datei nanoCUL.hex erzeugt.
Diese muss dann anschließend noch auf den Arduino geflasht werden.
Wenn der Arduino das einzige per USB angeschlossene Gerät mit serieller Schnittstelle ist geht das ohne weitere Änderungen mit
make program
Hinweise zum Betrieb mit Fhem
Der Selbstbau CUL wird fast genauso wie ein richtiger CUL verwendet, die entsprechende Dokumentation gilt also auch hier. Der einzige Unterschied ist der Bootloader. Der bereits bei fabrikneuen Arduinos vorhandene Bootloader ist nicht kompatibel zu dem Bootloader der culfw. Daher funktioniert das Kommando B zum rebooten des Selbstbau CULs nicht. Der Selbstbau CUL gerät dann in eine Endlosschleife die sich nur durch aus- und einstecken beenden lässt. Das Problem tritt aber in normalen Betrieb nicht auf.
Bekannte Probleme
Keine (oder Liste der bekannten Probleme / Einschränkungen).