WireGate - 1-Wire to EIB/KNX-Gateway und mehr..

Im Rahmen dieses Artikels wird das in Kürze erhältliche Produkt WireGate beschrieben und mögliche Anwendungsszenarien aufgezeigt.

Vorab sollten wir mal klären, was ist eigentlich 1-Wire:

1-Wire ist ein digitaler, serieller Bus des Herstellers Maxim (ehem. Dallas), für weitere Details sei auf den Lexikoneintrag hierzu im KNX-user-forum verwiesen.

Ein möglicher Anwendungsfall ist die Temperaturerfassung, obwohl sehr viel mehr Möglichkeiten mit 1-Wire Sensoren gibt, soll es hier vor allem um die Temperaturerfassung gehen.

Im Internet kursieren einige brauchbare Ansätze sowie ein Menge Basteleien, die diese Technologie verwenden, allerdings kaum fertige Produkte um diese einfache Technik für den Endanwender direkt nutzbar zu machen.

Diese Lücke soll WireGate schliessen

Zusammen mit dem Gateway werden im WireGate-Shop auch gebrauchsfertige, aus der HLK-Technik bekannte Bauformen an Temperatursensoren angeboten. In Industriequalität und in Deutschland gefertigt, mit der eindeutigen, auslesbaren Seriennummer auf dem Etikett - Zuordnung leichtgemacht.

Anfangs sind die gebräuchlichsten Arten (Anlege-/Tauchhülsen, Raumfühler etc.) verfügbar, weitere Sensoren in unterschiedlichsten Varianten/Bauformen für alle möglichen Anwendungsfälle (z.B. Luftkanäle) können auftragsbezogen in kleinen Stückzahlen bestellt werden.

Weitere günstige Eigenentwicklungen von Sensoren für z.B. Luftfeuchte befinden sich in Planung. Außerdem besteht die Möglichkeit, bereits am Markt erhältliche Luftfeuchte/Raumtemperatursensoren anzuschließen.
Eine kleine Einschränkung gibt es jedoch: Nicht alle am Markt befindliche 1-Wire Module von Drittherstellern funktionieren an WireGate automatisch. Es ist aber, soweit technisch machbar, beabsichtigt, zukünftig auch andere Umwelt-/Wettersensoren anschließen zu können.

Was die Sache aber besonders günstig macht ist dass auch direkt die „nackten“ Temperatursensoren (DS18B20) vom Hersteller Maxim angeschlossen werden können.

Eine kurze Zusammenfassung der Vorteile von 1-Wire Temperatursensoren:

• Insgesamt günstigste Lösung, um mehr als 5-10, bis zu mehreren hundert Temperatursensoren an KNX anzubinden.
• Hohe Genauigkeit, <0,5°C im Bereich von -10°C bis +85°C (der Messbereich der Sensoren umfasst -55°C bis +125°C).
• Keine Messwertverfälschung durch die Leitung wegen digitaler Übertragung zwischen Sensor und Gateway.
• Einfache Verdrahtung, es werden pro 1-Wire Bus mit bis zu 100 Sensoren nur zwei Adern zum Gateway benötigt, Topologie vergleichbar mit z.B. KNX/DALI.
• Einfache und sehr günstige Erweiterungsmöglichkeiten. 

WireGate – „1-Wire KNX-Gateway Edition“ – Das Kernstück 

Die Kernfunktionen

• 1-Wire Sensoren können direkt an den EIB/KNX angebunden werden
• Basisfunktionalität vgl. eines EIB-Analogeingangs: Werte zyklisch senden, Abfrage (Lesen) vom Bus, senden bei Änderung (%).
• Sehr robustes, lüfterloses und für zuverlässigen, langjährigen Betrieb ausgelegtes System ohne bewegliche Teile.
• Fehlertoleranter, „selbstheilender“ Betrieb bei Verbindungsunterbrechungen auf EIB, 1-Wire etc., Hot-Plug der 1-Wire Adapter. Vorinstalliertes Notfall-/Fallbacksystem.
• UDP-Versand der Werte via Ethernet/IP, Abruf auch per SNMP und HTTP möglich, selbstverständlich auch ohne EIB-Busverbindung (für andere Anwendungen).
• Es können mit handelsüblichen USB-Hubs theoretisch bis zu 85 1-Wire USB-Adapter angeschlossen werden (bisher getestet: 10).
• Verbinden mehrerer WireGate-Boxen für z.B. gemeinsame Busanbindung oder zentrale Auswertung via Ethernet.
• Lokale Datenaufzeichnung, Diagrammerstellung und Abruf (Web-Browser) der Werte sowie einiger EIB-Daten (Telegrammverkehr).
• Backup/Restore der Daten (Diagramme) & Konfiguration auf FTP, USB, LAN
• Vollautomatische IP-Konfiguration (DHCP,  Auto-IP für Crossover LAN-Verbindung)
• Integrierter EIB/KNX-Server (falls eine lokale Schnittstelle angeschlossen wurde) mit KNXnet/IP Tunneling (geeignet für ETS-Buszugriff).
  Buszugriff für andere Geräte, die via KNXnet/IP zugreifen sollen (z.B. eibd).
• Integrierter EIB/KNX Zeitgeber verwendbar, sofern Internet-Zugriff für NTP-Synchronisierung besteht.
• Integrierter VPN-Server für einfachen und sicheren Fernzugriff auf das lokale LAN - im Auslieferungszustand selbstverständlich deaktiviert.
  AES-Verschlüssung und Authentisierung mit X.509-Zertifikaten entspricht höchsten Sicherheitsanforderungen. Das Schlüsselmaterial wird erst beim Endanwender mit einem eingebauten HW-Zufallszahlengenerator generiert.
  Besonders hervorzuheben ist hierbei, dass nach Aktivierung des VPN-Servers im Normalfall keine Anpassungen oder Änderungen am vorgeschalteten Router/Firewall notwendig sind!
• Kostenfrei 90-Tage telefonischer Installationssupport, danach per eMail und Forum.
• Vorkonfiguriertes Wartungs-VPN – im Auslieferungszustand ebenfalls deaktiviert - für einfache Hilfe und schnelle Problemlösung im Supportfall oder Untersützung bei der Einrichtung.
• Optional: erweitertes Support-Pack mit Vorab-Hardware-Austausch, Garantie-Verlängerung, zentrales Backup, Remote-Access VPN, 24x7 Überwachung (kostenpflichtig).
• Versand aller relevanten Systemprotokolle und der Konfiguration an das Support-Team auf Knopfdruck.
• Die VPN-Funktionen (aktiv/inaktiv) können per EIB-Gruppenadresse gesteuert werden.
• Zukünftige Erweiterung mit kostenlosen Updates geplant. Online aus dem Internet oder bei fehlender Internetanbindung auch einfach per USB-Stick einspielbar.
• Die Konfiguration sämtlicher Funktionen erfolgt ausschließlich über eine einfache, web-basierte Oberfläche. Keine zusätzliche Software wie Java, Flash etc. notwendig.
  

Nun, was wird benötigt um z.B 10 Temperaturen an einer Heizungsanlage zu erfassen und auf KNX oder LAN auszugeben ?

• 1x WireGate „1-Wire KNX-Gateway Edition“
• 1x DS9490R USB 1-Wire Adapter.
• 10x DS18B20 Temperatursensor in beliebiger Bauform. 
• 1x EIB/KNX Schnittstelle:
• KNXnet/IP Router (z.B. IP-Router Siemens N146) oder KNXnet/IP Tunneling-Schnittstelle (z.B. Siemens N148, nur exklusive Nutzung möglich!).
• TP-UART (seriell/RS232).
• FT1.2/BCU2 (seriell/RS232 – alle Hersteller).
• USB (alle außer ABB USB/S 1.1).
• (temporär) einen PC mit Netzwerkschnittstelle und einem Web-browser zur Konfiguration.
• Optional: Internetzugang (nur für NTP-Zeitgeber, Updates, VPN, Ferwartung). Betrieb ist auch ohne LAN/Internet möglich!

Preise und weitere Informationen:

• Anlege-/Tauchfühler: 14,50 EUR 
• AP-Raumtemperaturfühler: 19,90 EUR
• DS9490R USB 1-Wire Adapter: 19,90 EUR 
• Für eine direkte Busanbindung wird zusätzlich ein EIB/KNX-Schnittstelle benötigt (TP-UART, FT1.2/BCU2, USB oder KNXnet/IP-Router)
• Weitergehende Installationsunterstützung und Planungshilfe bei grösseren Installationen auf Anfrage.
• Alle Preise inkl. MwSt zzgl. Versand.

WireGate unter der Haube oder: „Die Box kann mehr!“

WireGate ist eigentlich mehr als ein schnödes Gateway für eine Handvoll Sensoren, es ist viel mehr die Idee, mit mächtiger und stabiler Open-Source-Software, einer geeigneten Hardwareplattform sowie einer leistungsfähigen Gemeinschaft günstig und effizient Funktionen zu realisieren.

 Bei Lichte betrachtet ist die WireGate-Box für den ambitionierteren Anwender nichts anderes als ein vorkonfiguriertes Gerät mit embedded-Linux, optimiert und passend für viele „kleine“ und grössere Anwendungsfälle.

Stabil, geringer Stromverbrauch, leise, leistungsfähige x86-basierte Hardware.

Der Unterschied zu vielen anderen Linux-basierten Boxen: es wird keine Zauberei aus der Verwendung von Open-Source-Software gemacht, sondern ein völlig offenes System ausgeliefert das man zwar einfach „nur“ verwenden, aber auch mit wenig Aufwand selbst softwareseitig modifizieren und erweitern kann.

Die Basis, eine „ganz normale“ Debian-Linux Distribution, ist nur soweit für den embedded-Betrieb unbedingt notwendig verändert (leicht modifizierter Kernel  und Anpassungen für den Betrieb mit Flashkarten). 
Ansonsten darauf ausgelegt, eben keine Spezialitäten zu enthalten um ganz „normal“ bedienbar zu sein.

 Im Labor bereits realisierte zusätzliche Funktionen und Anwendungen:

• Anbindung von Wetterstationen via RS485/RS232.
• APC USV (mittels Seriell->USB Wandler), z.B. via HS einfach via verfügbarer Webabfrage auslesbar.
• Anbindung beliebiger RS-232 Geräte ans LAN mittels günstiger USB -> RS-232 Wandler statt wesentlich teurerer separater Seriell->Ethernet Gateways.
• Logik/Regeln für Gruppenadressen/Werte auf dem KNX mittels vorinstalliertem linknx (z.B. Schwellwerte für 2-Punkt Regler etc.). Dies geht natürlich auch mit Temperaturen, um z.B. einfache Regelfunktionen lokal zu realisieren.
• Anbindung RFID-Leser via RS232 an EIB/LAN.

 
Denkbar sind viele weitere Anwendungen wie Internetzugang via UMTS (USB-Stick), Wlan, Bluetooth (USB), RFID, Anbindung von Heizungsregelungen, iButtons als „intelligentes Schlüsselbrett“ u.v.m.

 Die Idee dahinter ist durchaus auch eine gewollte und ausdrücklich erwünschte Einbindung einer interessierten, aktiven Anwendergemeinschaft. Erweiterungen und Verbesserungen könnten so ins Produkt zurückfliessen und letztlich den Kernfunktionsumfang (mit direktem Support) erweitern.
Dem wird auch durch die Vorbereitung von Sourcecodeverwaltung, eigenem Software-Repository, modularem Aufbau der Anwendungen usw. bereits Rechnung getragen. 
Das (individuelle) root-Passwort wird ganz einfach mitgeliefert und der ssh-Zugang ist bereits aktiviert. 
Sollte man sich dabei mal verzetteln, ist mit einem USB-Stick ganz einfach ein Reset auf den Auslieferungszustand möglich.

Allerdings gibt es bei eigenen Modifikationen ausserhalb der einfachen Weboberfläche eine Einschränkung auf die deutlich hingewiesen werden sollte: Es besteht kein Anspruch auf Telefon/eMail-Support, die Unterstüzung bleibt auf Forum und die Hilfe einiger Millionen anderer Linux-Anwender "beschränkt".

Die Gewährleistung für die WireGate-Box bleibt hiervon natürlich unberührt.

Technische Daten (Gateway):

• Schutzart (nach EN 60529): IP 20
• Betriebstemperatur: 0°C – 50°C
• Stromversorgung: 12V DC/1,2A, externes Schaltnetzteil (5,5/2,1mm, + innen).
  Leistungsaufnahme im Normalbetrieb: ca. 5W
• Abmessungen BxHxT 176x30x174mm
• VESA Montage mit 4 Schrauben im Abstand von 100mm möglich
• EMV: erfüllt EN 61000-6-2, EN 61000-6-3 (2005)
• Einsatzgebiet / CE-Kennzeichnung gemäss EMV-Richtlinie (Wohn- und Zweckbau)
• CPU: 500 MHz AMD Geode (LX800) 5x86
• HW-Watchdog und AES-Beschleuniger in Chipsatz integriert.
• DRAM: 256 MB SDRAM (fest)
• Speicher: 4GB Industrial CompactFlash für Betriebssystem und Daten.
• Schnittstellen (extern zugänglich):
• Ethernet 10/100 MBit, Auto-negotiation
• 1x D-Sub 9 / RS-232
• 2x USB 2.0 High-speed
• Audio: Line-in, Line-out, Mic, Kopfhörer
• VGA (D-Sub15)
• PS/2 für Tastatur/Maus (kombiniert)
• Schnittstellen (nur intern – nicht für den Anwender zugänglich!)
• 1x miniPCI (für z.B. WLAN, SMA-Antennenausgang am Gehäuse vorhanden)
• 1x PCI 3,3V (in diesem Gehäuse nicht nutzbar)
• IDE-Anschluss (44 Pins)
• 2. serieller RS-232 Port (10 Pin Pfostenstecker)
• 2 weitere USB 2.0 (10 Pin Pfostenstecker)
• LPT (Drucker, 26 Pin Pfostenstecker)
• 24xGPIO
• Power+Reset-Taster, Betriebs-, HDD(CF)-LED (nicht angeschlossen!)

Technische Daten (1-Wire Temperaturfühler):