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Schaltpult (manuell und per Netzwerk schaltbar)

Jeder kennt das: Auf dem Pult oder in der näheren Umgebung befindet sich all das moderne elektrische / elektronische Zeugs welches irgendwo eingeschaltet werden muss. Jedes Gerät hat an einem anderen Ort den Schalter oder das Gerät ist dauernd eingeschaltet und muss manuell eingesteckt/ausgezogen werden.

In der heutigen Zeit ist dies definitiv nicht mehr "state-of-the-art". Zum Einen weil ein dauerndes Ein/Aussstecken mühsam ist und zum Anderen weil bekannterweise der Standby-Betrieb auch Strom verbraucht. Eine moderne Lösung muss also her ! In meiner Zeit als Elektriker-Lehrling (1996-2000) baute ich daher die Version 1 des Schaltpultes. Es hat 8 Taster welche einen Schrittschalter ansteuern, welcher wiederum die Ausgänge steuert. Relativ einfach aber dennoch praktisch. Das Lämpchen im Taster leuchtet wenn der Ausgang eingeschaltet ist.

Die Version 1 des Schaltpultes.

Die Version schaltet mit den Tastern Schrittschalter ein- bzw. aus. Eine Rückmeldung über den Schaltzustand liefern die in den Tastern eingebauten Lämpchen. Die Schrittschalter sind jedoch relativ gross und verursachen bei jedem Schaltvorgang ein relativ lautes surrendes Geräusch. Jedoch haben sie den Vorteil, dass sie in der einmal gewählten Position bis zum nächsten Schaltvorgang verharren. Leider beanspruchen sie auch ziemlich viel Platz im Gehäuse.

Im Alter wird man anspruchsvoll :-) Die Steuerung mittels Taster ist zwar praktisch aber das verhindert eine Steuerung der Geräte von Ferne. "Schnell" etwas vom heimischen PC von einem Kollegen aus kopieren ist dann nicht mehr möglich, da sich der PC von Ferne nicht einschalten lässt (im Standy-Betrieb wäre das z.B. mittels WakeOnLAN möglich).

Mit fortschreitenden Kenntnissen in Elektronik und entsprechender Hardware lässt sich auch dieses Problem beheben. Mein Lieblings Elektronikkonzern ELV hat da genau das richtige Gerätchen im Programm: Das IPIO88 zu einem Preis um die Fr. 100.-. Es besitzt 8 Eingänge sowie 8 Ausgänge, welche mittels eines Browsers und/oder über die Eingäünge angesteuert werden können. Sogar ein Telnetserver für den Zugriff via Fremdprogramm ist eingebaut. Das IPIO88 ist ausschliesslich als Bausatz erhältlich und lässt sich innert wenigen Minuten selber zusammenlöten. Praktischerweise sind die kleinen SMD-Bauteile schon vorgelötet und man muss ich nur noch um die "grossen"-Teile wie Kondensatoren, Quarze, Taster sowie Stecker und Buchsen kümmern. Lediglich den Anschluss/Schaltung von 230V-Verbrauchern muss man sich selber stellen...


Version 2 des Schaltpultes wird mit diesem Gerät (IPIO88) von ELV ergänzt.

Die Ein/Ausgänge werden an einem Pfostenverbinder zur Verfügung gestellt. IPIO88 hat 15 Pins zweireihig. Daran passt ein mittlerweilen nicht mehr benötigtes 17-poliges Floppy-Anschlusskabel perfekt und dient als Verbindungskabel zur Peripherie. Gemäss Schaltplan ist dann die Belegung wie folgt (die rote Markierung zeigt Pin 1 an)

Ausschnitt aus dem Schaltplan des IPIO88 zeigt die Belegung des Pfostenverbinders
 
Die Pinbelegung des Floppykabels (die pins links und rechts aussen werden nicht verwendet)

Wie auf den Bilder ersichtlich, hat das IPIO88 zwei verschiedene Ausgänge. Über ein Treiber IC vom Typ 74AC240 (mit einer Belastbarkeit von max 12mA pro Ausgang) oder als OpenCollector-Ausgang. An den Pins - liegt Minus (GND) and und an den Pins + die Versorgungsspannung des IPIO88 von 3.3V

Als "Schalter" der 230V Netzspannung verwende ich ein Solid-State-Relay des Typs S202T02 von Sharp, Gemäss dem Datenblatt ist eine Spannung von 1.2V (UD) bei 20mA (I) nötig. Diese Spannung beziehen wir direkt vom IPIO88 der mit seinem Spannungsregler bei 3.3V (UGes) Ausgangsspannung maximal 400mA liefern kann. Bei meinen maximal 8 Kanälen à 20mA sollte er das eigentlich locker hinkriegen (allerdings weiss ich nicht, wie viel "Saft" der IPIO88 selber "verbratet"). Es ergibt sich also folgende Berechnung des notwendigen Vorwiderstandes:

Solid-State-Relay Berechnung des notwendigen Vorwiderstandes. Einen Widerstand von 105 Ohm gibt es nicht, daher wird ein Widerstand von 120 Ohm verwendet.

Der Anschluss erfolgt an den Pins 1 - 8 an den Open-Collector-Ausgängen (da das Treiber-IC lediglich 12mA pro Ausgang liefern kann). Jeder Ausgang wird dabei über den berechneten Vorwiderstand von 120Ohm angeschlossen. Die Eingänge werden über die Taster verbunden. Diese lösen den Schaltvorgang aus. Das eingebaute Lämpchen im Taster zeigt dabei den aktuellen Schaltzustand an.

Jetzt fehlt noch die Konfiguration des IPIO88. Dies lässt sich über einen Browser leicht erledigen. Standardmässig bezieht der IPIO88 seine IP-Adresse via DHCP. Für meine Zwecke setze ich die Adresse jedoch fix (ich will ja darauf zugreiffen können und nicht vorher heiteres "IP-Adressen-raten" veranstalten).

Die Netzwerkeinstellungen des IPIO88

Ebenfalls müssen noch die Einstellungen der Ein/Ausgänge vorgenommen werden. In der Grundeinstellung schaltet Eingang 1 Ausgang 1, Eingang 2 schaltet Ausgang 2 usw. Jedoch werden die Ausgänge nur solange geschaltet, wie der Eingang selber aktiv ist. Ich will jedoch nicht die ganze Zeit auf den Taster drücken müssen... Dazu kann auf der Seite Ein-/Ausgänge die Logik eingestellt werden. Die Einstellung steigende / fallende Flanke wehselt bei jeder Detektierung den Zustand des jeweiligen Ausgangs. Ebenfalls kann auf dieser Seite ein Eingang auf mehrere Ausgänge einwirken. Bei Bedarf können die Ausgänge jeweils nur eine gewisse Zeit geschaltet werden (bei mir nicht der Fall --> Pulsdauer 0ms)

Die Verknüpfung der Eingänge mit den Ausgängen. Wie man sieht schaltet der Eingang 1 gleichzeitig Ausgang 1 und 2 (PC und Monitor). Ausgang 2 kann via Eingang 2 separat geschaltet werden. Das Selbe ist bei Eingang 8. Auch dieser schaltet gleichzeitig Ausgang 8 und 4.

Der Test

Die ganzen theoretischen Überlegungen und Berechnungen in Ehren, aber einmal muss das auch in der Praxis geprüft werden. Ich habe mir einen kleinen Testaufbau gebastelt um die generelle Funktion überprüfen zu können.

Achtung: Netzspannung LEBENSGEFAHR !

Ich weise ausdrücklich darauf hin, dass der Testaufbau GEFÄHRLICH ist und nur nachgemacht werden sollte, wenn die einschlägigen Sicherheitsvorschriften bekannt sind und wem der Umgang mit Netzspannung vertraut ist. Da ich ursprünglich Elektromonteur gelernt habe, bin ich mir daurchaus bewusst, was ich da mache.

Der Test besteht darin zu überprüfen, ob der Widerstandswert von 120 Ohm richtig ist, und ob das Solid-Sate-Relais damit den elektrischen Verbraucher (zum Test eine Glühbirne) schalten kann. Aus Mangel eines 120 Ohm Widerstandes habe ich behelfsmässig einen 100Ohm und zwei 10 Ohm Widerstände in Serie (hintereinander) geschaltet. An das Solid-State-Relais habe ich Drähte angelötet und die Kabel mittels Lüster-Klemmen miteinander verbunden. VORSICHT:Die Netzspannung von 230V wird dabei frei geführt und führt bei Berührung der Anschlüsse am Solid-State-Relais zu einem Stromschlag !

Die Zusammenschaltung der Einzelwiderstände zu 120 Ohm geschieht über Lüsterklemmen
 
Der provisorische Anschluss des Solid-State-Relais. Oben mit + und - der Schwachstromanschluss an den IPIO88, unten der Anschluss an die Netzspannung. Diese Drähte beim Betrieb NIEMALS berühren !
 
Links der Testaufbau ausgeschaltet, rechts im eingeschalteten Zustand

Dieser Test war nebst des Funktionstests sehr aufschlussreich. Die Webseite des IPIO88 ist für das Schalten der Verbraucher nur bedingt brauchbar, denn die Funktion der Ausgänge ist invertiert ! Häckchen gesetzt, Ausgang inaktiv, Häckchen entfernt Ausgang aktiv. Die Bedienungsanleitung erklärt warum: Die Funktion wurde bereits in der Software invertiert. Naa toll ! Das Treiber-ICD (sichtbar auf dem Schaltbild) würde die Ausgänge ebenfalls wieder invertieren... Diese Logik muss einer erst mal verstehen... Naja, bleibt mir wohl nichts anderes übrig, als eine eigene Webseite zu gestalten, mit der ich die Ausgänge schalten kann. Dann kann ich sie auch gleich so benennen wie ich will :-)

Damit ist der Umbau des Schaltpultes von Version 1 zu Version 2 abgeschlossen. In Kürze folgen ein paar Bilder wie das Innenleben des Schaltpultes vor und nach dem Umbau aussieht.