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Eine Alarmanlage fürs Boot

Grundlagen

Die Anlage dient zur Fernüberwachung und Alarm Signalisierung für ein Boot. Zusätzlich soll die geographische Position des Bootes fern abgefragt werden können. Technische Grundlage ist das GSM-Telemetrie-Modul STD35 von Telic. Komplettiert wurde es durch eine GPS Maus von Navilock, verschiedene Sensoren zur Alarmauslösung und eine zusätzliche Beschaltung. Alle Instruktionen und Kommandos zur Programmierung und Bedienung des STD35 finden sich in der speziellen Bedienungsanleitung, die mit dem Modul geliefert wird.

erste Probeschaltungen

Das STD35 besitzt 5 Eingänge über Optokoppler, die durch Anlegen von +12V aktiviert werden. Es sind reine Schalteingänge. Es sind ebenfalls fünf, über Relais geschaltete Ausgänge vorhanden. Die Eingänge sind logisch NICHT mit den Ausgängen verknüpft. Aktionen an den Eingängen bewirken zwar, je nach Programmierung, entsprechende Meldungen per SMS, lösen aber selbst KEINE Aktionen der Ausgänge aus. Die Ausgänge werden nur durch SMS Kommandos bzw. Anruf (nur Ausgang 1) geschaltet.
Als Alarmsensoren an den Eingängen lässt sich alles Mögliche einsetzen, von einfachen Schaltkontakten, über Bewegungsmelder bis zu Feuchte- oder Gassensoren usw. Solange der Sensor einen Schaltkontakt hat, der im Alarmfall +12V auf den zugehörigen Eingang schalten kann, funktioniert es. Das STD35 löst dann über GSM stille Alarme per SMS an das/die registrierte(n) Handy(s) aus. Einzelheiten dazu gibt es in der Bedienungsanleitung des Moduls. Die Konfiguration des STD35 erfolgt durch SMS vom Administrator-Telefon. Darüber hinaus kann man durch senden einer SMS an das STD35 den gegenwärtigen Standort abfragen, vorausgesetzt es ist eine GPS Gerät angeschlossen. Bei Bedarf können über SMS an den Ausgängen 1-5 beliebige Schaltvorgänge ausgelöst werden.

Leider hat das STD35 keine eingebaute Möglichkeit mittels SMS oder Anruf die Eingänge "scharf" zu schalten oder zu "entschärfen". Es ist also nicht ohne zusätzliche Bastelei möglich, die Alarmanlage vom Mobiltelefon im Sinne von aktiv-inaktiv zu bedienen. Allerdings gibt es eine Werkseinstellung, die beim einfachen Voice-Anruf vom Administrator-Telefon für eine Sekunde +12V auf Ausgang 1 schaltet. Um diese Funktion ausnutzen zu können, ist aber eine zusätzliche Beschaltung nötig. Darüber hinaus wird zur Erzeugung des externen "vor Ort" Alarmsignals noch ein Timer- und Intervallschalter benötigt.

Insgesamt waren sechs zusätzliche Funktionsgruppen nötig, die alle auf einer Lochrasterplatte Platz gefunden haben. Die nötigen Anschlüsse werden durch Schraubklemmen an der unteren und oberen Seite der Platte realisiert. Die komplette Anlage ist bis auf die Sensoren und einen Schlüsselschalter in einer kleinen Plastbox mit transparentem Deckel untergebracht. Durch den transparenten Deckel sind die Zustände der LED von Außen gut sichtbar.

Das STD 35 arbeitet sicher mit einer Betriebsspannung von 5V bis 32V. Da im Boot eine Bordspannung von 12V existiert, ist die gesamte Schaltung für diese Betriebsspannung dimensioniert.

Schaltungsbeschreibung

Im Folgenden soll die komplette Schaltung und besonders das Zusatzmodul beschrieben werden, das das STD35 in dieser Anlage ergänzt.

für lesbares Schaltbild auf die Vorschau klicken

Gesamtschaltung

Das Schaltbild zeigt die Zusammenschaltung der Komponenten der Anlage. Oben ist das Modul STD35 zu sehen. Der große Block darunter (gestrichelt umrandet) zeigt die Zusatzplatine. Im Prinzip sind die Anschlüsse des STD35 auch unten an der Zusatzplatine vorhanden, bei einigen ist allerdings dazwischen etwas eingefügt.
Mittig unten liegt der Eingang der 12V Betriebsspannung, der über einen Schlüsselschalter und eine separate Sicherung (nicht eingezeichnet) geführt wird. Die Spannung wird einerseits zur Versorgung der Schaltung auf der Platine benutzt, andererseits direkt auf die Ausgangsklemmen GND (-12V) und +12V geschleift. Von dort geht sie zum Spannungseingang (Klinkenbuchse) des STD35. Das +12V Potential geht außerdem direkt an den Klemmkontakt 0 des STD. Das ist der gemeinsame Kontakt aller fünf Relaisausgänge A1-A5. Das -12V Potential geht vergleichbar an die I Klemme des STD. Das ist der gemeinsame Massekontakt der fünf Eingänge (Optokoppler) E1-E5.
Die für das GPS benötigten +5V werden aus den 12V durch IC 7805 erzeugt.
Links unten sind die Eingänge E1-E4 zu sehen. E1 bis 3 sind einfach über Schließer des Relais A an die entsprechenden Eingänge des STD durchgeschaltet. Das Relais A realisiert die scharf/unscharf Funktion der Anlage. Alarme an diesen Eingängen 1-3 bewirken nur SMS Meldungen aber keine direkten Reaktionen vor Ort. Der Eingang 4 ist für den Bewegungsmelder vorgesehen, der im verwendeten Typ einen NC-Kontakt (Öffner) besitzt. Das Signal musste also invertiert werden. Es wird daher nicht direkt durchgeschleift wie E1-3 sondern am Ausgang des 555(3) abgegriffen und ebenfalls über einen Schließer des Relais A an E4 des STD geschaltet. Ein Alarm an Eingang 4 bewirkt neben der obligatorischen SMS Meldung auch einen Alarm vor Ort, der als zeitlich begrenztes Intervall Signal am Ausgang A2' anliegt. Einen Alarmeingang E5 gibt es nicht, weil der E5 des STD zur Zustandsmeldung des Stromstoßrelais (A) benutzt wird.
Ausgang A1 des STD schaltet das Stromstoßrelais A mit jedem Impuls in die jeweils andere Endlage und schafft dadurch die scharf/unscharf Funktion, einschließlich Rückmeldung über E5. Ausgang A2 startet über den Inverter T4 per SMS den Timer 555(3) und löst so praktisch "manuell" an A2' den vor Ort Alarm aus. A3 bis A5 sind direkt auf die Ausgänge A3' bis A5' durchgeschleift. Hier können per SMS beliebige Geräte geschaltet werden.

Funktionen auf der Zusatzplatine

Zusammenschaltung der Komponenten

Funktion +5V Versorgung / IC 7805

Der Festspannungsregler 7805 erzeugt mit seiner Standardbeschaltung aus der 12V Betriebsspannung die, für die GPS-Maus benötigte, Spannung von 5V.

Funktion Anlage scharf-unscharf / VS-Baustein mit Relais A

Diese Funktion sichert, dass Meldungen der Sensoren wahlweise entweder registriert oder ignoriert werden. Das ist nicht gleichbedeutend mit Anlage "An" oder "Aus". Das STD35 und die GPS-Maus arbeiteten auch, wenn unscharf geschaltet ist! Vereinfacht gesagt werden die Sensoren durch Kontakte eines Stromstoß-Relais an das STD35 angeschaltet oder davon getrennt. Leider gibt es kaum Stromstoßrelais, die klein genug sind und über ausreichend Kontakte verfügen. Ein Ausweg ist der Einsatz des Vorschaltbausteins VS 5-24V, der aus bistabilen Relais Stromstoßrelais macht. Zur Funktion der Gesamtschaltung waren 7 Kontakte nötig. Zusätzlich wird ein Kontakt für die Funktion des VS Bausteins gebraucht. Das macht insgesamt 8 Kontakte. Ein bistabiles Miniaturrelais mit 8 Kontakten stand leider nicht zur Verfügung. Zum Glück kann aber der Baustein, bei Einhaltung des maximalen Laststroms, auch mit mehreren Relais beschaltet werden. Die Spulen werden dazu einfach parallel geschaltet. Es wird trotzdem nur ein Kontakt eines Relais zur Funktion dieser Stromstoßschaltung benötigt.
Als Stromstoßrelais sind in der Schaltung also zwei parallele Relais (A1 und A2) des Typs "RA4L-D12 W-K" mit je vier Kontakten (a1 bis a8) eingesetzt, die auch alle benötigt werden. Diese Relais haben zwei getrennte Spulen (beide in der Schaltung getrennt dargestellt). Die Schaltung zeigt die Beschaltung des VS Bausteins mit einem Relais, In Wirklichkeit sind dort zwei Relais parallel geschaltet. Das Relais zieht an wenn +12V an Klemme A1 der Platine anliegen. Bei jedem Impuls schaltet es in den jeweils anderen Schaltzustand und verharrt dort bis zum nächsten Impuls. Der gezeichnete Zustand in der Schaltzeichnung ist "unscharf". Die Kontakte funktionieren wie folgt:

• a1 sichert interne Funktion der Stromstoßschaltung im VS Baustein
• a2 bei "unscharf" schaltet er LED1 auf grün = Anzeige für "unscharf"
• a3 schaltet in Reihe mit a2 LED1 auf rot = Anzeige für "scharf", gleichzeitig legen beide Kontakte +12V auf E5'. Damit erkennt STD35 das Ereignis "Anlage scharf" und sendet eine entsprechende SMS als Rückmeldung an das Master-Handy. Achtung: a2 gehört zu einem Relais, a3 zu dem anderen. Das ist wichtig, weil nur so sicher ist, dass beide Relais in derselben Richtung stehen.
  
• a4 überbrückt den Bewegungsmelder bei "unscharf", verhindert Fehlalarm
  
• a5-8 unterbrechen die Sensorleitungen und verhindern Alarm bei "unscharf"

Funktion Einschaltverzögerung / IC 555(1)

555(1) arbeitet als MMV. Beim Einschalten der Betriebsspannung bleibt T1 für einen bestimmten Zeitraum noch gesperrt, bevor er durchschaltet und die übrige Schaltung mit Strom versorgt. Der Zeitraum ist mit der angegebenen Dimensionierung etwa eine Minute. Das erlaubt dem STD35 in Ruhe hochzufahren und sich einzuloggen. Auch der verwendete Bewegungsmelder braucht eine Warmlaufzeit, während der er Fehlalarm signalisieren könnte, wenn die Auswerteschaltung schon aktiv wäre.

Funktion Start-Reset / IC 555(2)

555(2) arbeitet als MMV. Alle Schaltkreise vom Typ 555 haben die unangenehme Eigenschaft, bei Anlegen der Betriebsspannung einmal Ihren Timerzyklus zu durchlaufen, es sei denn, Pin 4 liegt in dem Moment auf Masse. Um zu verhindern, dass 555(3) beim Start den Alarmzeitraum startet, wird durch 555(2) für einen kurzen Moment über T2 der Pin 4 von 555(3) auf Masse gehalten.

Funktion Alarmtimer / IC 555(3)

555(3) arbeitet als MMV. Der 555(3) legt bei einem negativen Impuls an Pin 2 seinen Ausgang Pin 3 für eine Zeitspanne, die durch den 100uF Kondensator und den 100k Widerstand bestimmt wird, auf Pluspotential. Damit schaltet er T5 durch, der für diesen Zeitraum 555(4) an Masse legt und dadurch arbeiten lässt. Die LED 2 signalisiert durch Leuchten den Alarmzustand. Der 100k Widerstand ist praktisch ein 500k Einstellregler, wodurch sich die Alarmzeit in weiten Grenzen variieren lässt.
Der negative Startimpuls an Pin 2 kann auf zwei Wegen erzeugt werden:

1. durch Alarm am Eingang E4:
   Bei scharfer Anlage öffnet ein Alarm am Bewegungsmelder den NC-Kontakt an E4. NC steht für "normally closed" = normal geschlossen, es ist also ein Öffner. Dadurch wird die Basis von T3 negativ, er schaltet durch und legt Pin 2 auf Minus = Alarm. Ist die Anlage unscharf geschaltet, überbrückt a4 den NC-Kontakt und verhindert einen eventuellen Alarm.
2. durch manuelle Fernauslösung über Handy:
   Indem durch die Kommando-SMS "O2ON." der Ausgang 2 auf +12V gelegt wird, schaltet T4 durch und legt Pin 2 seinerseits auf Minus = Alarm. Das funktioniert sowohl im scharfen- als auch unscharfen Zustand der Anlage. Bei Benutzung der manuellen Auslösung sollte vorher die Schaltdauer am Ausgang A2 des STD35 durch das SMS-Kommando "O2:00001." auf eine Sekunde eingestellt werden. Ansonsten gibt es einen endlosen Alarm, der erst wieder manuell durch das SMS-Kommando "O2OFF." beendet werden müsste.

Funktion Intervallschalter / IC 555(4)

555(4) arbeitet als AMV. Er ist also instabil und kippt ständig von einem Zustand in den anderen. Das kann er aber nur, wenn durch T5 als Folge von Plus an Pin 3 von 555(3) die Verbindung zu Minus hergestellt ist. Die Dimensionierung sorgt für ein Impulsverhältnis von etwa 1:1 (je 1 Sekunde). Das Relais B hat also in etwa diese Ruhe- und Anzugszeit und schaltet damit durch den Kontakt b1 die Alarmspannung +12V pulsierend an den Ausgang A2'. Als Relais ist der Typ KU1T verwendet, der 6A schalten kann.

Beispiele für mögliche Schaltkontakte an Türen, Luken, Klappen usw.

ein Schwimmerschalter zur Meldung von Wasser im Boot o.ä.

Sonstiges

Um außen am Boot zur Abschreckung und eigenen Information den Scharfzustand der Anlage zu signalisieren, wird eine rote, selbst blinkende LED mit entsprechender Fassung von E5' gegen Masse geschaltet und an passender Stelle, von außen sichtbar angebracht.

Eine selbst blinkende LED, die ohne Vorwiderstand an 12V betrieben werden kann