Historia jednej płytki: Internet rzeczy, czyli kocioł Buderusa (cz. 1)

Jesteśmy szczęśliwymi posiadaczami kotła Buderus GB-132T. Kocioł ten wygląda mniej więcej tak:

Wybór padł na Buderus'a, ponieważ jest to jeden z dwóch producentów kotłów na Świecie, który umożliwia bezpośrednie połączenie z instalacją KNX. Niestety, nietanie.

Do fizycznego połączenia z KNX służy moduł FM 446. Jeśli jednak nasz kocioł wyposażony jest w dość popularny regulator RC35, musimy zamienić go na Logamatic'a, choćby najtańszy model 4111, a to znów dodatkowe wydatki. Łączny koszt takiej 'przeróbki' oscyluje na poziomie 4.000 zł netto. :(

A zatem: czy istnieje jest jakaś inna opcja? Czy można komunikować się z kotłem = odczytywać aktualne parametry, prezentować i ewentualnie sterować jego pracą w jakiś inny sposób?

Z pomocą przyszły - a jakże! - niemieckie fora internetowe. Najciekawsze propozycje znaleźliśmy na:

EMS > Adapter > NetIO > Raspi (http://www.mikrocontroller.net/topic/318364), a konkretny projekt został szczegółowo opisany na stronie:

http://ems-gateway.myds.me/dokuwiki/doku.php?id=wiki:ems:net_io

Autorowi, Igorowi F. należą się tutaj szczególnie gorące podziękowania (Herzlichen Dank Igor!)

Poniżej zamieszczam pierwszą część tłumaczenia znalezionego pod powyższym adresem przepisu. Zostało ono zweryfikowane udaną realizacją (ale nie wyprzedzajmy faktów z części 2.)

EMS > Adapter > NetIO > Raspi

EMS to protokół komunikacji firmy Buderus, który wykorzystywany jest do przesyłania danych i komunikatów pomiędzy urządzeniami, czujnikami i sterownikami wewnątrz pojedynczej instalacji. EMS jako medium wykorzystuje dwa przewody (nawet nie musi być to skrętka). Z pomocą prostego kontrolera firmy Pollin o nazwie AVR NetIO (link tutaj), za niedużą kwotę można zbudować interface pomiędzy EMS a Ethernet'em. 

Adapter

Hardware

Jak wskazano w nagłówku, w pierwszej kolejności tajemnicze urządzenie o nazwie 'Adapter' musi przygotować sygnały EMS w taki sposób, aby układ UART płytki NetIO był w stanie je odczytać. Będziemy bazowali na schemacie opracowanym przez  Niffkos. Dodatkowo schemat został uzupełniony o diody LED, których zadaniem będzie sygnalizowanie odebranych/wysłanych ramek z danymi oraz stanu pracy, dlatego nowy schemat wygląda następująco:

Wszystkie połączenia pomiędzy płytką Adaptera a NetIO zrealizowano 10-żyłowym przewodem zakończonym żeńską wtyczką 2x5. W płytce NetIO przewód wpięty jest w gniazdo oznaczone jako EXT. Ponadto wyprowadzono interface OneWire (np. do podłączenia czujnika temperatury). Cztery równoległe rezystory 910R można zastąpić jednym 220R o mocy 1 wata. Jeśli chcemy oszczędzać energię możemy zwiększyć wartości rezystorów dla diod LED. 

Schemat elektryczny w formacie Eagle znajduje się tutaj. 

Polski akcent

W porównaniu do wersji niemieckiej zdecydowaliśmy się na zaprojektowanie płytki drukowanej, która jak druga kromka "kanapki" będzie mogła zostać umieszczona nad płytką NetIO. Projekt płytki zrobiony wstępnie w Eagle wyglądał tak:

a rozmieszczenie elementów tak:

Na taki układ zdecydowałem się z kilku powodów:

1. aby umożliwić łatwy dostęp do portów płytki NetIO (np. cyfrowe we/wy w małym wycięciu na dole, złącze EXT u góry, zasilanie NetIO u góry po lewej stronie). Producent płytki przeklął mnie za te wynalazki...
2. połączenie 10-żyłową taśmą pomiędzy złączem EXP płytki NetIO a Adapterem powinno być w miarę krótkie i proste. Idealnie byłoby, gdyby gniazda te znalazły się w jednej linii.
3. płytka drukowana powinna być jednostronna. Rozmieszczenie elementów i prowadzenie ścieżek zajęło kilka godzin, ale udało się! Nie ma nawet 'crossów' robionych przewodami po stronie elementów. 
4. Adapter i NetIO powinny dać złożyć się w "kanapkę".

Rysunek projektu rozmieszczenie elementów wyeksportowałem z Eagle'a do DXF, a następnie nałożyłem na schematyczny rysunek płytki NetIO (nie miałem jeszcze fizycznie kontrolera u siebie). Efekt złożenia wygląda tak:

Zleciłem wykonanie płytki drukowanej Adaptera. Kiedy NetIO wreszcie do mnie dotarł, okazało się, że oba elementy będą do siebie zaskakująco dobrze pasować:

Po wlutowaniu pierwszych elementów efekt "kanapki" wyszedł tak:

Prawda, że ładnie? Jak widać na zdjęciu, wszystkie postawione na etapie projektu założenia zostały spełnione: np. łatwy dostęp do wszystkich portów połączeniowych, czy też sposób w jaki 10-żyłowy przewód łączy Adapter z NetIO.

Na boje z oprogramowaniem zapraszam za tydzień (cz.2)