DE102017116258A1

DE102017116258A1 - elektronische Zeitschaltuhr

Info

Publication number: DE102017116258A1
Application number: DE102017116258.5A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-07-19
Filing date: 2017-07-19
Publication date: 2019-01-24
Anticipated expiration: 2037-07-20
Also published as: DE102017116258B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung zeigt eine elektronische Zeitschaltuhr, die aus einem Einplatinencomputer, mit aufgesteckter USV-Platine und Weitbereichsspannungseingang, wobei zusätzlich ein Echtzeituhrmodul, Ein-/Ausgangsports, eine Funkantenne mit einem Funksender, einem Funkempfänger, einem DALI-Mastermodul und einem Pegelwandler angeordnet sind, besteht. Die elektronische Zeitschaltuhr ist als wireless Access-Point betreibbar. Damit kann die elektronische Zeitschaltuhr, da sie selbst einen wireless Access-Point ausbildet, von einem Gerät, das auf den wireless Access-Point zugreifen kann, gesteuert und eingestellt werden, sowie mit WIFI-basierten elektronischen Schaltungen bidirektional kommunizieren.

Description

Zeitschaltuhren und insbesondere Schaltuhren sind Geräte,die zu festgelegten Zeiten einen elektrischen Kontakt ein- oder ausschalten. Diese Einschalt- und Ausschaltzeiten sind in der Regel individuell einstellbar.
Es gibt diverse Ausführungen von Zeitschaltuhren, wie Tageszeitschaltuhren mit vierundzwanzigstündigen Zykluszeiten, bei denen die eingestellte(n) Schaltzeit(en) sich täglich wiederholen, Wochenschaltuhren mit unterschiedlichen Schaltzeiten für jeden Wochentag und Jahreszeitschaltuhren, bei welchen für jeden Kalendertag verschiedene Schaltzeiten eingestellt werden können.
Es gibt diverse Arten von Zeitschaltuhren mit unterschiedlichen technischen Realisierungen. So sind elektromechanische Zeitschaltuhren bekannt, welche einen Elektromotor aufweisen, der eine Scheibe dreht und durch Eindrücken von Stiften werden ein oder mehrere Kontakte betätigt.
Es sind weiterhin Zeitschaltuhren mit einem rein elektronischen/elektrischen Aufbau bekannt. Bei solchen Zeitschaltuhren ist zumeist ein Mikroprozessor vorhanden, der, über ein Display, das zur Visualisierung dient, und mittels Tasten, zur Bedienung einstellbar ist.
Zeitschaltuhren sind in verschiedenen Bauformen bekannt, so zum Beispiel als Zwischenstecker mit geschalteter Schukosteckdose, als Zeitschaltuhren für den Verteilereinbau bzw. der Montage auf einer DIN-Hutschiene, als Zeitschaltuhren für den Fronteinbau in Schaltschränken oder Zeitschaltuhren zur Wandmontage.
Weiterhin sind mikroprozessorgesteuerte Zeitschaltuhren bekannt, die batteriegestützt mit einem hochgenauen Quarz arbeiten, bzw. funkgesteuert mittels eines Zeitzeichensenders, dem sogenannten DCF77-Signal, von zentraler Stelle oder über ein GPS-Signal eingestellt werden.
Außerdem sind Zeitschaltuhren mit externen Eingängen und mehreren Ausgängen bekannt, mittels welcher zusätzliche Funktionen, wie ein Ablauf-Timer, eine Schaltungsvorwahl oder eine Dauerschaltung, realisierbar sind.
Die bekannten Schaltuhren werden in der Regel mittels Display und Tasten direkt am Gerät oder mit einem PC und Kabelverbindung oder mit einem Übertragungsgerät, z.B. über eine Infrarotschnittstelle zur Schaltuhr, mit Ethernet-Schnittstelle oder Powerline, an ein LAN angebunden oder über einem KNX-Bus programmiert.
Weiterhin ist es bekannt mittels NFC, sogenannter „Near Field Communication“, drahtlos, zum Beispiel per Handy, eine Zeitschaltuhr zu programmieren. Hierbei werden die Daten per Induktionsprinzip, z. B. bei einer Frequenz von 13,56 MHz und einer max. Datenübertragungsrate von max. 424 kbit/s, von einem geeigneten Smartphone zur Schaltuhr, mit entsprechend verbautem Chip, übertragen.
Die Nachteile der NFC-Technologie zur Programmierung einer Zeitschaltuhr mittels Smartphone sind, dass die Datenübertragung automatisch erfolgt, sobald ein elektromagnetisches Feld eines „Lese-Chips“ vom Smartphone erkannt wird. Daher ist nur bedingt eine kontrollierte Datenübertragung möglich. Außerdem erfolgt die Datenübertragung unverschlüsselt und die Reichweite der NFC-Technik ist auf den Nahbereich beschränkt.
Zur Datenübertragung muss mit dem Smartphone nahezu direkt bis an das elektronische Gerät herangegangen werden und es wird ein spezielles Programm, eine sogenannte APP, auf dem Smartphone zur Datenübertragung benötigt. Außerdem haben nicht alle Smartphones die NFC-Technologie integriert.
Die weiteren Nachteile der bekannten Zeitschaltuhren liegen in der nicht vorhandenen oder begrenzten Erweiterungsmöglichkeit der Geräte. Ein Nutzer einer solchen Zeitschaltuhr muss sich in der Regel bereits im Vorfeld Gedanken machen, wie viele Schaltkanäle er maximal benötigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine elektronische Zeitschaltuhr mit mehreren Ein- und Ausgängen, sowie vielfältiger Erweiterungsmöglichkeiten, insbesondere für den Verteilereinbau, aufzuzeigen, die einfach bedienbar und programmierbar ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind Weiterbildungen im Detail angegeben.
Die erfindungsgemäße elektronische Zeitschaltuhr bietet flexible Einsatzmöglichkeiten und kann vielfältig über serielle Schnittstellen, wie z. B. I²C, UART, SPI oder USB, erweitert werden, so dass aus der elektronischen Zeitschaltuhr ein vollwertiges Automatisierungssystem gebildet werden kann. Die Ausbaumöglichkeiten der elektronischen Zeitschaltuhr sind nur von den Topologien der seriellen Schnittstellen her begrenzt.
Das Hauptmerkmal der erfindungsgemäßen elektronischen Zeitschaltuhr richtet sich auf die Bedienung und Programmierung durch beliebige WIFI-fähige Geräte und einem Webbrowser. Auf den Bedienungsgeräten wird keine zusätzliche Software bzw. Applikation oder APP zur Datenübertragung bzw. Programmierung der elektronischen Zeitschaltuhr benötigt.
Es wird keine zusätzliche Hardware, wie Übertragungs- oder Schnittstellengeräte, wie z.B. ein LAN-Modul, ein Powerline-Adapter, ein Router, etc., zur Bedienung und Programmierung der elektronischen Zeitschaltuhr benötigt. Es ist lediglich ein bedienbares WIFI-fähiges Endgerät mit einem Webbrowser erforderlich.
Die elektronische Zeitschaltuhr wird als wireless Access-Point betrieben. Die Verbindungen der angemeldeten Clients erfolgen über WLAN mit WPA2-Verschlüsselung. Die elektronische Zeitschaltuhr vergibt in ihrer Funktion als DHCP-Server IP-Adressen an die Clients. Die Zugangsdaten und Netzwerkeinstellungen für das WLAN der elektronischen Zeitschaltuhr können vom Nutzer bzw. Administrator festgelegt werden.
Der Zugriff auf den Webserver der elektronischen Zeitschaltuhr ist zusätzlich passwortgeschützt. Es können separate Oberflächen, sogenannte GUIs, für den Nutzer und/oder dem Bediener der elektronischen Zeitschaltuhr programmiert werden.
Bei Bedarf kann aus der Ferne über das Internet durch Verbindung zu einem Router mit VPN-Funktion die Programmierung, Konfiguration oder Bedienung erfolgen, vorausgesetzt, dass die elektronische Zeitschaltuhr im Netzwerk des Routers integriert ist.
Die elektronische Zeitschaltuhr wird mit einem Einplatinencomputer realisiert, der einen Mikroprozessor bzw. eine Mikrocomputereinheit aufweist, auf dem bzw. der ein eigenes Betriebssystem installiert ist und läuft.
Der Zugang zum Betriebssystem, das eine eigene GUI besitzt, kann durch eine sichere SSH-Verbindung (Secure Shell) erfolgen. Mittels der GUI oder aber durch einen Fernzugriff kann, via Fernwartung der elektronischen Zeitschaltuhr, eine sichere SSH-Verbindung (Secure Shell) erfolgen. Dabei wird von einem beliebig entfernten PC oder Computer oder einer Computereinheit eine verschlüsselte Verbindung durch Authentifizierung bzw. Anmeldung zur elektronischen Zeitschaltuhr aufgebaut. Als Computereinheit ist ein jedes Gerät zu verstehen, das eine Eingabeeinheit und einen Mikrocomputer besitzt und eine Verbindung zu einem Netzwerk herstellen bzw. aufbauen kann. So fällt hierunter auch ein Smartphone oder eine Spielekonsole.
Der Vorteil der vorbeschriebenen Ausgestaltung liegt darin, dass keine lokalen Peripheriegeräte wie Tastatur, Mouse oder Monitor an die elektronische Zeitschaltuhr angeschlossen werden müssen.
Wesentliche Merkmale, Anschlussmöglichkeiten und Vorteile der elektronischen Zeitschaltuhr werden nachfolgend aufgezeigt.
Die elektronische Zeitschaltuhr in der vorgenannten Ausgestaltung ist in der Dimensionierung auf genormten DIN-Hutschienengehäuse mit einer Breite von sechs Platzeinheiten für den Verteilereinbau, zum Einbau in Bedienanlagen oder in Steuerpulten auf fünfunddreißig Millimeter breiten Tragschienen oder DIN-Schienen konzipiert.
Die elektronische Zeitschaltuhr besitzt einen Einplatinencomputer mit lüfterloser CPU, vorzugsweise einen embedded Einplatinencomputer, der für einen Dauerbetrieb ausgelegt ist. Es sind vorteilhaft keine rotierenden Teile vorhanden.
Die elektronische Zeitschaltuhr entspricht der CE-Kennzeichnung und weist alle erforderlichen Elemente auf.
Die elektronische Zeitschaltuhr weist eine hohe Sicherheit während des Betriebes auf, da kein Schutz gegen direktes Berühren erforderlich ist.
Die an der elektronischen Zeitschaltuhr höchste anzulegende Spannung beträgt vierundzwanzig Volt Gleichspannung, entsprechend dem allgemeinen Industriestandard in der Automatisierungstechnik oder die bei Maschinensteuerungen üblicherweise zur Anwendung kommt.
Die elektronische Zeitschaltuhr besitzt eine USV-Platine mit einem Weitbereichsspannungseingang und einem Pegelwandler.
Die Versorgung mit elektrischer Energie erfolgt durch ein externes Netzteil, das vorzugsweise ein Hutschienen-Netzteil mit vierundzwanzig Volt Gleichspannung und mit Potentialtrennung, einem SELV gemäß EN 60950, ist. Die Niederspannungsrichtlinie für elektrische Geräte kommt daher nicht zum Tragen. Es besteht die Möglichkeit externe Koppelrelais oder Schütze beliebiger Hersteller mit vierundzwanzig Volt Steuerspannung, direkt an die Ausgänge der elektronischen Zeitschaltuhr anzuschließen und damit elektrische Verbraucher zu schalten bzw. anzusteuern.
Es sind keine Relais innerhalb der elektronischen Zeitschaltuhr verbaut, daher kann mit einer längeren Lebenszeit der elektronischen Zeitschaltuhr gerechnet werden und auch die Störfestigkeit wird dadurch erhöht.
Es sind Kabel mit einem Leitungsquerschnitt bis zu 2,5 mm2 anschließbar.
Durch den Anschluss von Koppelrelais an Ein- und Ausgängen erfolgt eine Einhaltung der sicheren elektrischen Trennung (gegenseitige Trennung von elektrischen Stromkreisen durch räumliche Trennung).
Es sind Anschlussmöglichkeiten von externen manuellen und automatischen Impulsgebern als Schalter, Taster oder Schaltgeräte mit potentialfreien Kontakt vorgesehen, die direkt anschließbar sind und einen Wechselkontakt bzw. Schliesserkontakt realisieren.
Potentialbehaftete Kontakte werden mit Koppelrelais bzw. elektromechanischen Relais mit Wechsel- bzw. Schliesserkontakt angeschlossen.
Es ist eine leichte, verständliche und individuell veränderbare Oberfläche für die Bedienung der elektronischen Zeitschaltuhr vorgesehen. Die gesamten Programmierungen und Einstellungen können durch den Errichter bzw. Nutzer oder Bediener der elektronischen Zeitschaltuhr, sofern das notwendige Wissen vorhanden ist, individuell und bei Bedarf verändert, ergänzt, verbessert oder erweitert werden.
An der elektronischen Zeitschaltuhr sind keine Bedientasten und kein Display vorhanden, da sämtliche Einstellungen über ein bedienbares WIFI-fähiges Endgerät mit Webbrowser oder durch einen Computer getätigt werden. Somit ist auch eine „Manipulation“ der Einstellungen lokal nicht möglich.
Serienmäßig ist das Linux Betriebssystem „Raspian Jessie“ auf der elektronischen Zeitschaltuhr vorinstalliert, der vollständige Kernel kann jederzeit angepasst werden.
Durch die freie Verfügbarkeit mit Veröffentlichung des vollständigen Sourcecodes entstehen unbegrenzt viele Möglichkeiten zur softwaretechnischen Weiterentwicklung der elektronischen Zeitschaltuhr.
Es entstehen keine weiteren Kosten für das LINUX Betriebssystem und somit für Einsatzzwecke. Das Multiuser-Betriebssystem bietet alle Funktionalität, die man von einem modernen Betriebssystem erwartet, nämlich echtes Multitasking, dynamisch nachladbare Bibliotheken, u.a. für Programmiersprachen, Speicherverwaltung, grafische Bediener-Oberfläche, Emaildienst, usw.. Dies eröffnet vielseitige Einsatzgebiete für die elektronische Zeitschaltuhr, z.B. zur Lichtsteuerung, Sonnenschutzsteuerung, Zeiterfassungssystem, etc..
Die vorinstallierten Dienste und Konfigurationen des Betriebssystems, z.B. W-LAN-Accesspoint, Respawn-Service, vorinstallierter Webserver Lighttpd, Voreinstellungen der Echtzeituhr, der Real Time Clock oder kurz RTC und des optional anschließbaren GPS-Empfängers zur Uhrzeitsynchronisierung, Vorinstallation eines Gammu SMS Daemon, SSMTP-Dienstes, Watchdog-Dienst, Programmiersprachen wie Python, PHP und Java Script, einschließlich fertig programmierter Webseiten und Scripte, Vorkonfiguration der Rechteeinstellungen für bestimmte Dateien unter Linux, usw., Anschlussmöglichkeit eines externen GPS-Empfängers mit 3,3V Betriebsspannung an eine UART-Schnittstelle und eine der elektronischen Zeitschaltuhr zur automatischen Zeit- und Datumseinstellung, z.B. bei Sommer-/Winterzeitumstellung dienende Schnittstelle und weitere serielle Schnittstellen sind vorhanden.
Es besteht die Möglichkeit des Anschlusses von diversen Sensoren, wie z.B. 1-wire Sensoren, eines Funk-Sendemoduls, wie z. B. 433 oder 868 oder 915 MHz zur Ansteuerung von Funk-Schaltaktoren, wie z. B. Enocean, Z-Wave Controller, oder eines KNX-Moduls zur Kommunikation mit dem KNX-Bus, SPI-Schnittstelle, z.B. nutzbar als Brücke zum CAN-BUS, I²C-Schnittstelle, z.B. zur Erweiterung von Ein- und Ausgängen, USB-Port-Anschlüsse, z.B. zur Speichererweiterung, etc..
Die elektronische Zeitschaltuhr besitzt eine verhältnismäßig große Rechenleistung und Speicherkapazität gegenüber microcontroller-basierten Lösungen. Es ist eine Ethernet-Schnittstelle, vorteilhaft als Netzwerk-Schnittstelle, eine Bluetooth-Kommunikation und eine WLAN-Kommunikation als Accesspoint-Modus vorhanden. Durch die WLAN-Kommunikation mittels Accesspoint ist die elektronische Zeitschaltuhr auch ohne Verbindung zu einem Router- und Internetanschluss einsetzbar.
Es ist ein HDMI-Anschluss zur Ausgabe von Bild- und/oder Tonsignalen an externe Geräte vorhanden.
Es besteht außerdem die Möglichkeit Status-Emails zu versenden, sofern eine Internetverbindung hergestellt ist. Außerdem besteht weiterhin die Möglichkeit Status-SMS zu versenden, sofern ein UMTS-Surfstick mit einer freigeschalteten SIM-Karte angeschlossen ist.
Leuchten mit DALI-Schnittstelle bzw. DALI-Betriebsgeräte sind automatisch, zeitabhängig oder manuell per Web-Interface oder mit externen Tastern schaltbar oder dimmbar, und es ist eine automatische und/oder manuelle Lichtszenenauswahl möglich.
Die Anbindung an den DALI-Bus, einem sogenannten Digital Addressable Lighting Interface, findet direkt, d.h. ohne zusätzliche externe Schnittstellen-Umsetzer oder Gateways als DALI-Mastergerät statt.
Es sind zwei Schalteingänge zur sofortigen Nutzung für das Schalten und Dimmen von DALI-Betriebsgeräten durch Anschluss von herkömmlichen Tastern mit Schliesserkontakt vorhanden.
Das Betriebssystem, das vorzugsweise auf dem Linux-Dateisystem beruht, einschließlich sämtlicher Software, befindet sich auf einem extern angeschlossenen USB-Stick, der als Micro-USB-Stick ausgestaltet ist, so dass Funktionsänderungen durch Anschluss eines anderen Speichersticks jederzeit einfach und unkompliziert durchgeführt werden können.
Für die gesamte Software auf dem USB-Stick kann auch auf anderen Datenträgern ein Backup erstellt werden. Der Bootloader bzw. die Bootumgebung befinden sich ebenfalls auf dem USB-Stick oder auf einer Micro SD-Karte nach Industriestandard. Diese ist für einen erweiterten Temperaturbereich und einer hohen Anzahl von Lese-/Schreibzyklen ausgelegt.
Es besteht die Möglichkeit, mehrere elektronische Zeitschaltuhren zur bidirektionalen Kommunikation, z.B. zum Einsatz als Master-Slave-Betrieb, durch Implementierung eines Websocket-Protokolls im Webbrowser zu betreiben.
Die universell einsetzbare elektronische Zeitschaltuhr kann durch verschiedene Programmierungen für unterschiedlichste Problemlösungen dienen, so z.B. zum Einsatz als Stempeluhr, als Betriebsstundenzähler, als Jalousie- oder Heizungssteuerung, zur Lichtsteuerung usw..
Die universell einsetzbare elektronische Zeitschaltuhr kann außerdem als Wecker genutzt werden, zeitgesteuert oder manuell. Via eines oder mehrerer angeschlossener Taster und eines implementierten, fernsteuerbaren Multimediaplayers, bezeichnet als VLC-Player, können Audio- und/oder Videosignale manuell oder auch zeitgesteuert über die HDMI-Schnittstelle ausgeben werden.
Die universell einsetzbare elektronische Zeitschaltuhr kann weiterhin mit externen WIFI-Microcontrollern, wie z.B. dem ESP 8266 Chip, über WLAN kommunizieren und dadurch alle WIFIbasierten elektronischen Schaltungen kabellos über das WLAN der elektronischen Zeitschaltuhr, bei Bedarf weltweit, fernsteuern. Beispielsweise können WIFI-Relais als Clients im Netzwerk der universell einsetzbaren elektronischen Zeitschaltuhr oder eines beliebigen anderen externen Netzwerkes, mit dem die universell einsetzbare elektronische Zeitschaltuhr zusätzlich verbunden ist, gegebenenfalls auch über VPN, somit auch weltweit drahtlos von zentraler Stelle aus, angesteuert werden. Es wird lediglich eine lokale Spannungsversorgung, z.B. 230V AC, für den Betrieb der WIFIbasierten elektronischen Schaltung benötigt.
Die nachfolgend genannten elektronischen Bauteile/Einzelbaugruppen ergeben im Verbund mit einer entsprechenden Software eine professionelle elektronische Zeitschaltuhr als Schaltzentrale.
Die erfindungsgemäße elektronische Zeitschaltuhr besteht aus einem Einplatinencomputer, der auf einer Platine angeordnet ist, wobei zusätzlich ein Echtzeituhrmodul, Eingangs- und Ausgangsports, eine Funkantenne mit einem Funksender und einem Funkempfänger und einem DALI-Mastermodul angeordnet sind. Die elektronische Zeitschaltuhr ist als wireless Hotspot bzw. Access-Point betreibbar. Damit kann die elektronische Zeitschaltuhr, da sie selbst einen wireless Access-Point ausbildet, von einem Gerät, das auf den wireless Access-Point zugreifen kann, gesteuert und eingestellt werden.
Ein wireless Access-Point ist ein drahtloser Zugangspunkt für z. B. ein Netzwerk. Man bezeichnet einen wireless Access-Point auch als Hotspot oder auch als Basisstation. Ein wireless Access-Point dient als Schnittstelle für kabellose Kommunikationsgeräte. Endgeräte stellen per W-LAN eine Funkverbindung zum wireless Access Point her, der z. B. mit einem fest installierten Kommunikationsnetz verbunden sein kann. Es ist üblich, dass wireless Access-Points mobile Endgeräte mit eingebautem wireless Adapter über WIFI, auch als WLAN bezeichnet, Local Area Network, kurz mit LAN bezeichnet, oder einem anderen kabelgebundenen Datennetz verbinden.
Ein wireless Access Point kann zudem im sogenannten Ad-hoc-Modus als zentrale Schnittstelle zwischen mehreren Endgeräten eingesetzt werden. Auf diese Weise können Geräte,die kabellos miteinander verbunden werden, miteinander kommunizieren.
Vorteilhaft nach Patentanspruch 2 ist, dass die elektronische Zeitschaltuhr via WLAN mit WPA2-Verschlüsselung kommuniziert und als DHCP-Server IP-Adressen für Clients vergibt. Damit kann die elektronische Zeitschaltuhr auf bekannte Kommunikationsprotokolle und Verschlüsselungen zugreifen, wobei der Zugriff auf den wireless Access-Point entsprechend geschützt ist.
Vorteilhaft nach Patentanspruch 3 ist, dass die elektronische Zeitschaltuhr auf ein auf dem Einplatinencomputer lauffähiges, auf einer Speichereinheit abgespeichertes, eigenes Betriebssystem zugreift, das die Grundfunktionen der elektronischen Zeitschaltuhr und die Zugriffe auf externe und interne Daten bereitstellt und eine eigene GUI bzw. ein eigenes Web-Interface besitzt. Damit ist die elektronische Zeitschaltuhr ein eigenes Rechnersystem, das autark lauffähig ist und für externe mobile Geräte, die über den wireless Access-Point zugreifen, für diese eine eigene Benutzeroberfläche generiert und zugleich die erforderlichen Funktionen bereitstellt.
Vorteilhaft nach Patentanspruch 4 ist, dass die elektronische Zeitschaltuhr mindestens eine UART-Schnittstelle und/oder mindestens eine ISP-Schnittstelle und/oder eine Schnittstelle zum Anschluss eines GPS-Empfängers, und/oder eine Schnittstelle zum Anschluss eines Funksende/-empfangsmoduls, und/oder eine KNX-Busschnittstelle und/oder eine I²C-Busschnittstelle und/oder eine CAN-Busschnittstelle und/oder mindestens einen USB-Port-Anschluss zur Speichererweiterung und/oder eine HDMI-Schnittstelle aufweist. Damit sind verschiedenste elektrische bzw. elektronische Komponenten anschließbar.
Vorteilhaft nach Patentanspruch 5 ist, dass die elektronische Zeitschaltuhr ein Gehäuse besitzt, das von zwei zusammensteckbaren Gehäuseschalen gebildet wird, wobei eine der Gehäuseschalen auf eine DIN-HUT-Schiene anordenbar ist. Damit ist die elektronische Zeitschaltuhr gekapselt und geschützt und kann als Einheit auf ein HUT-Schienensystem aufgesteckt werden und auch in bestehende Anlagen integriert werden.
Vorteilhaft nach Patentanspruch 6 ist, dass der Einplatinencomputer als Mastergerät betreibbar ist. Damit können weitere Geräte als Slaves drahtgebunden angeschlossen oder per WIFI angesteuert werden und der Einplatinencomputer ist die zentrale Steuereinheit für Zugriffe auf den wireless Access Point.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 7 ist vorgesehen, dass der Einplatinencomputer als embedded System realisiert ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 8 ist vorgesehen, dass am Gehäuse fünfunddreißig Anschlüsse über Printklemmen angeordnet sind.
Vorteilhaft nach Patentanspruch 9 ist, dass die elektronische Zeitschaltuhr einen Hardware Watchdog sowie einen Respawn als Dienst zur permanenten System- und Prozessüberwachung vorweist. Damit kann nach einem Systemfehler die elektronische Zeitschaltuhr autonom und ohne extern ausgelösten Neustart reaktiviert werden.
Vorteilhaft nach Patentanspruch 10 ist, dass das Gehäuse ein DIN-Hutschienenleergehäuse mit integrierten Schnappfuß ist und die Innenseiten des Gehäuses mit EMV-Schutzlack überzogen sind. Damit kann das Gehäuse auf ein HUT-Schienensystem aufgebracht werden. Durch den EMV-Schutzlack wird eine Verbesserung der Abschirmung vor elektronischer Strahlung, sowohl von als auch zu den Bauteilen, Baugruppen der elektronischen Zeitschaltuhr erzielt.
Vorteilhaft nach Patentanspruch 11 ist, dass von der elektronischen Zeitschaltuhr als DALI-Master autonom DALI-Betriebsgeräte zeitsteuerbar sind und/oder diese manuell via angeschlossene Taster ansteuerbar sind, wobei die Anzahl von DALI-Kanälen der elektronischen Zeitschaltuhr erweiterbar sind. Diese sind an der elektronischen Zeitschaltuhr anordenbar. Die elektronische Zeitschaltuhr ist enstprechend erweiterbar.
Vorteilhaft nach Patentanspruch 12 ist, dass durch die elektronische Zeitschaltuhr herkömmliche Fernschalter ersetzen kann. So können Stromstoßschalter, Treppenlichtschalter und alle Arten von Multifunktionsrelais von der elektronischen Zeitschaltuhr ersetzt werden. Hierzu sind an den Eingängen Taster mit Öffner-, Schliesser oder Wechselkontakten und an den Ausgängen Solid-State-Relais und/oder halbelektronische bistabile Relais und/oder Schütze mit - jeweils - 24 V DC-Versorgungsspannung anzuschließen.
Vorteilhaft nach Patentanspruch 13 ist, dass durch die elektronische Zeitschaltuhr durch Anschluss von einem oder mehreren Tastern mit Öffner-, Schliesser- oder Wechselkontakten manuell, oder durch Zeitfunktionen automatisch, Audio- und/oder Videosignale über einen HDMI-Ausgang zu- oder abschaltbar sind, wobei die auszugebende Lautstärke regulierbar und/oder die Bedienfunktionen eines in der elektronischen Zeitschaltuhr implementierten Multimediaplayers bereitstellbar sind. Diese Funktionen sind von der elektronischen Zeitschlatuhr bereitstellbar und es muss kein Bediengerät, wie etwa ein PC oder Smartphone vorhanden sein. Auf diese Weise kann ein Zu- und/oder Abschalten eines Audiostreams, beispielsweise als Internet-Radio Stream, eines Videostreams, in einem Netzwerk oder einer auf der elektronischen zeitschaltuhr gespeicherten Audio- oder Videodatei, etc. erfolgen. Sämtliche weiteren Funktionen, wie z. B. Pause, nächster oder vorhergehender Titel, Sprungmarken, usw. können mit an der elektronischen Zeitschaltuhr angeschlossenen Tastern ausgeführt bzw. initiiert werden.
Vorteilhaft nach Patentanspruch 14 ist, dass die elektronische Zeitschaltuhr mit externen Geräten via WIFI kommuniziert. Hierzu können WIFI-basierte Mikrokontoller, wie z. B. der ESP 8266 Chip im W-LAN Netzwerk der elektronischen Zeitschaltuhr betrieben werden. So kann autonom mittels verschiedener Nachrichtenprotokolle, wie z. B. dem MQTT-Protokoll, interaktiv kommuniziert werden. Ein in der elekronischen Zeitschaltuhr integrierter MQTT-Server, der sogenannte Broker, überträgt ein MQTT-Protokoll zu einem WIFI Mikrokontroller Chip, der als Consumer / Client eingerichtet ist und an dem zusätzlich ein Relais, ein Sensor, etc. angeschlossen ist.
Sämtliche in den Anmeldeunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln und/oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Die nachfolgende Beschreibung der Erfindung anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels anhand der Figur stellt keine Limitierung der Erfindung auf dieses konkrete Ausführungsbeispiel dar.
Es zeigen die Figuren 1 und 2 den schematischen Aufbau einer elektronischen Zeitschaltuhr. Es werden nachfolgend für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet, dies dient der einfacheren Verständlichkeit der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren 1 und 2.
Die Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 besteht aus einem Einplatinencomputer 7. Die Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 wird nachfolgend auch als elektronische Zeitschaltuhr bezeichnet.
Die Platine 3 ist dem Einplatinencomputer 7 und dem Weitbereichsspannungseingang 8 von mindestens 24V Gleichspannung bzw. DC und der Erzeugung einer 5 VDC-Spannung für den Betrieb des Einplatinencomputers 7 über eine Buchsenleiste 2 und einer mehrpoligen Verbindungsleitung oder auch durch mehrere Einzelleitungen verbunden. Es ist ein Micro USB-Stick, der über eine entsprechende Anschlusseinheit angeschlossen ist,insbesondere einen externen Anschluss, angeschlossen und es ist eine Micro SD-Karte angeordnet, die in der Ausführung nach FIG intern verbaut ist und daher nicht dargestellt ist.
Weiterhin ist ein Pegelumsetzer/Pegelwandler 6.2, ein sogenannter Level Shifter vorhanden, der eine bidirektionale Signalanpassung zwischen 3,3 V und 5 V DC (Gleichspannung)zwischen den Baupruppen durchführt.
Weiterhin ist ein Echtzeituhrmodul 4, auch als RTC bezeichnet, vorhanden, das einen hochgenauen Quarz und eine I²C-Busschnittstelle besitzt, und entweder durch einen Akku oder eine Batterie gepuffert ist.
Weiterhin ist auf der Ein- und Ausgangsplatine 3 ein 16-Bit Port Expander 5.1 mit einer I²C-Busschnittstelle, sowie einem Relais-Treiber 5.2 jeweils als integrierte Schaltung, kurz als IC bezeichnet, verbaut.
Es ist ein DALI-Master Modul 6.1 mit Schalteingängen und I²C-Busschnittstelle vorhanden.
Weiterhin ist ein modifiziertes Universal DIN-Hutschienengehäuse mit in der Ausgestaltung nach FIG sechs Platzeinheiten vorhanden.
Es ist außerdem eine externe Spannungsquelle, in der Ausgestaltung nach FIG als Netzteil mit einer 24V Gleichspannung und mindestens 2A (SELV) vorhanden.
Weiterhin ist ein serieller Anschluss vorhanden. Über diesen seriellen Anschluss kann ein GPS-Empfänger an einer UART-Schnittstelle angeschlossen werden.
Es ist außerdem ein optionaler Anschluss vorhanden, an den für den Fall, dass der Einplatinencomputer 7 einen UFL RP-SMA Anschluss besitzt, eine WLAN-Antenne für ein besseres Funknetz anschließbar ist. Der Anschluss ist am Gehäuseoberteil der elektronischen Zeitschaltuhr angebracht und wird durch eine Leitung mit dem Einplatinencomputer 7 verbunden.
Es sind USB-Anschlüsse vorhanden, an den ein Ultra-Nano WLAN-Stick zur kabellosen Einbindung in ein bestehendes Netzwerk ankoppelbar ist.
Für das Zusammenwirken der einzelnen elektronischen Bauteile und Baugruppen bzw. Schaltkreise dient der I²C-Bus. Dieser ist ein synchroner, serieller Zweitdrahtbus mit Master/Slave-Funktion. Die beiden Datenleitungen SCL (Taktleitung) und SDA (Datenleitung) dienen der Kommunikation. Die Busspannung beträgt 3,3 V DC oder 5 V DC, je nach verwendeter elektronischer Baugruppe und wird bei Bedarf mit einem Pegelwandler 6.2, auch I²C-Level-Shifter bezeichnet, angepasst.
Damit jeder Busteilnehmer weiß, welche Befehle vom Master auszuführen sind, erhält jede kommunizierende Einheit mit einer solchen Schnittstelle eine physikalische Hardware-Adresse über die Anschlüsse AO, Al und A2 zugeteilt. Entweder die Adressen werden mittels Steckbrücken (Jumper) eingestellt oder sie sind bei einigen kommunizierenden Einheiten dort fest eingestellt. Manche I²C-Adressen von kommunizierenden Einheiten können auch per Software eingestellt werden. Die Anschlüsse AO, Al und A2 nehmen wahlweise die Potentiale GND oder Masse oder OV, oder +3,3 V oder 5 V, je nach Anpassung, an. Die Busspannung aller Slaves, d. h. insbesondere der intern verbauten elektronische Baugruppen und Schaltkreise und des Einplatinencomputers 7 muss gleich sein oder durch den Level Shifter angepasst sein.
Der Adressbereich vom I²C-Bus wird durch sieben Bit festgelegt, so dass insgesamt einhundertachtundzwanzig Adressen vorhanden sind. Dadurch, dass sechzehn Adressen für Sonderaufgaben reserviert sind, können theoretisch einhundertzwölf Busteilnehmer adressiert werden. Vom gleichen Typ einer integrierten Schaltung können natürlich weniger als einhundertzwölf Adressen vergeben werden, da jedes IC nur einen bestimmten Adressierungsbereich zur Verfügung stellt. Jede Hardware-Adresse darf nur einmal vergeben werden.
Bei der Computerzeitschaltuhr 1.1, 1.2 wird der Einplatinencomputer 7 als Bus-Master verwendet. Die restlichen Baugruppen bzw. Bauteile werden als I²C-Slaves angesprochen.
Der Einplatinencomputer 7 besitzt Pullup-/Pulldown-Widerstände zur Pegelanpassung der GPIO's auf Busspannungsniveau. Diese sind bereits integriert.
Die Übertragungsrate erfolgt im Standard-Modus der elektronischen Zeitschaltuhr mit lOkbit/s (Taktfrequenz = 10kHz) in beide Richtungen, also bidirektional.
Die Taktfrequenz vom I²C-Bus kann bei Bedarf auf maximal 400kHz, dem sogenannten Fast-Mode, durch Anpassung der sogenannten Datei „config.txt“ angehoben werden.
Zum Einplatinencomputer
Die am Markt befindlichen Rechner bzw. CPU's sind preisgünstig, leistungsfähig und inzwischen weit verbreitet. Der Einplatinencomputer 7 wird als eingebettetes System, sogenanntes Embedded System, verwendet und dient als zentrale Steuereinheit der restlichen Baugruppen und Bauteile. Der Rechner übernimmt Überwachungs-, Steuerungs- oder Regelfunktionen. Seine Größe beträgt max. LxBxH = 90mm x 56mm x20mm. Es werden nur Einplatinencomputer 7 eingesetzt, die als Stand-Alone Gerät die CE-Kennzeichnung erhalten haben. Der Einplantinencomputer 7 besteht aus den folgenden Baugruppen:
Rechenprozessor bzw. CPU, Taktgenerator, Festspeicher, sogenanntes ROM, flüchtiger Speicher, sogenannter RAM-Speicher, Micro-SD-Karten-Slot, auch mit SDHC bezeichnet, Grafikprozessor, auch mit GPU bezeichnet, Ein- und Ausgabe-Pins, auch als GPIOReset-Pins bezeichnet, die als frei programmierbare Schnittstellen realisiert sind, Kommunikationsschnittstellen in Form z. B. von LAN, WIFI, diese optional mit UFL-WLAN-Antennenbuchse zur Anschlussmöglichkeit von externen WLAN-Antennen, Bluetooth, USB, SATA, HDMI, Audioport, weitere Schnittstellen, wie z. B. CSI, DSI, I2S, analoger Audioausgang, Mikrofon-Eingang, UART, I²C, SPI, und mindestens einer Zustands-/Aktivitäts-LED.
An sämtlichen GPIO-Anschlüssen können nur digitale Signale verarbeitet werden. Analoge Signale können durch den externen Anschluss von Analog/Digital- bzw. Digital/Analog-Wandlern an den seriellen Schnittstellen verarbeitet oder bereitgestellt werden.
Durch die vorhandenen USB-Schnittstellen können zusätzliche Erweiterungen, wie z. B. ein zweites WLAN-Netzwerk über WIFI Micro-USB-Stick zur Verbindung an einen externen Router mit Internetanschluss und Anschluss eines externen Micro-USB-Speichers zur Speichererweiterung, realisiert werden. Der Anschluss eines externen GPS-Empfängers ist u.a. auch am USB möglich.
Der Bootloader, die Software zur Geräteinitialisierung und zum Gerätestart, und das Dateisystem des Betriebssystems befinden sich auf einer Industrie Micro SD-Karte oder befinden sich direkt auf einem am Einplatinencomputer 7 angeschlossenen Micro USB-Speicher.
Der Einplatinencomputer 7 wird über einen integrierten Weitbereichsspannungseingang 8 mit Erzeugung der 5 V Betriebsspannung betrieben. Dadurch ist eine externe Spannungsversorgung von 24V DC mit mindestens 2A in der Lage, nicht nur die gesamten elektronischen Baugruppen der elektronischen Zeitschaltuhr zu versorgen, sondern es können auch die extern angeschlossenen 24V DC Relais und/oder Schütze damit angesteuert werden.
Da die durchschnittlich gemessene Temperatur der CPU um die 60°C beträgt und laut Herstellerangaben die maximal zulässige Betriebstemperatur von ca. 80°C für die hier beschriebenen Anwendungen nicht ansatzweise erreicht wird, ist für den Dauereinsatz kein zusätzlicher passiver oder aktiver Kühlkörper erforderlich. Dauertests von mehreren Monaten haben keine negativen Beeinflussungen durch die im Gehäuse entstehende Wärme gezeigt. Durch die angewendeten Programmiertechniken hält sich die ständige Auslastung der CPU in Grenzen und daher kann die im Gehäuse entstehende Wärme als vernachlässigbar betrachtet werden.
Ein weiterer Langzeitversuch von einem Jahr mit Einbau der Computer-Zeitschaltuhr in einem Schaltschrank im Außenbereich ist ebenfalls positiv verlaufen. Selbst beim Einsatz unter klimatisch schwierigen Bedingungen, wie bei Frost mit zweistelligen Minusgraden oder bei höherer Luftfeuchtigkeit, konnten keine Ausfallerscheinungen beobachtet werden.
Der Einplatinencomputer 7 ist softwareseitig wie folgt konfiguriert und programmiert, damit ein Zusammenspiel aller elektronischen Baugruppen und eine Bedienung der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 über WIFI-fähige Endgeräte und einem Webbrowser die vorher beschriebenen Merkmale ermöglicht werden.
Installation des Betriebssystems Linux mit einer Shell
Es erfolgt zunächst eine Installation von Open Source Entwicklungssoftware wie C/C++ und Skriptsprachen wie Python, PHP, Java Script, Texteditor mit IDE-Funktionalität, usw..
Sodann erfolgt das Laden und Aktivieren der I²C-Treiber und aller erforderlichen Bibliotheken in den Kernel der CPU bzw. des Einplatinencomputers 7. Anschließend erfolgt die Installation eines Webservers und die Installation von Software wie PHP und CGI, eines SSMTP Tools zum Versenden von Emails vom Webserver aus. Anschließend erfolgt die Installation eines Gammu SMS Daemon als Hintergrundprozess zum Senden von SMS-Nachrichten. Es erfolgt sodann die Konfiguration des Einplatinencomputers 7 als WLAN-Router im Accesspoint-Modus.
Konfiguration der Echtzeituhr
Es erfolgt eine Einrichtung eines Hardware Watchdog-Dienstes zur permanenten Systemüberwachung für den 24-Stunden Betrieb. Das System wird automatisch neu gestartet, wenn eine Störung vorliegt bzw. das System nicht mehr ordnungsgemäß funktioniert. Weiterhin erfolgt die Einrichtung eines Respawn-Hintergrunddienstes für die permanente Laufzeit-Überwachung des Haupt Python-Scripes „i2c-ein-ausgänge.py“.
Die erforderlichen Einstellungen sind unter anderem vom eingesetzten Einplatinencomputer 7 abhängig und können daher entsprechend variieren.
USV-Platine mit Weitbereichsspannungseingang
Es ist eine USV-Platine 8 mit einem Weitbereichsspannungseingang von mindestens 5V/12V/24V DC und Erzeugung einer 5 Volt Gleichspannung für den Betrieb des Einplatinencomputers 7 vorhanden.
Aus Optimierungsgründen erledigt diese Funktion eine passend auf den GPIO-Port 9 vom Einplatinencomputer 7 aufsteckbare USV-Platine 8 im Wide-Range-Modus, eine sogenannte Schaltregler-Lösung. Es werden nur USV-Platinen eingesetzt, die eine CE-Kennzeichnung im Stand-A-Lone Betrieb erhalten haben.
Der GPIO-Port 9 vom Einplatinencomputer 7 wird dabei von der USV-Platine 8 durchgeleitet, so dass alle GPIO-Pins uneingeschränkt weiter zur Verfügung stehen. Die USV-Funktion wird bei der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 nicht genutzt, da ein Spannungsausfall den Ausnahmefall darstellt und sich die gesamte Software bei einem Datenverlust, auf einen extern zugänglichen Micro USB-Stick befindet, und somit leicht ein Software-Backup zurückgespielt werden kann.
Es wird davon ausgegangen, dass vor einem nicht vorhersehbaren eintretenden Spannungsausfall vorab eine Sicherungskopie der Software auf einen weiteren Micro USB-Stick erstellt wurde.
Vor der Erstinbetriebnahme der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 sollte eine Sicherungskopie vom voreingestellten Betriebssystem einschließlich sämtlicher Programmierungen erstellt werden.
Sollte es auf Grund unglücklicher Umstände dennoch zu einem Datenverlust, zur Beschädigung des Betriebssystems oder zur Zerstörung des am Einplatinencomputer 7 angeschlossenen Micro USB-Stick durch einen Spannungsausfall oder anderer Umstände gekommen sein, so kann innerhalb kurzer Zeit der zweite Micro USB-Stick mit der Sicherungskopie angeschlossen werden und die Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 funktioniert wieder.
Micro-USB Stick und Micro-SD Karte
Die Auslagerung des kompletten Betriebssystems und Software auf einen Micro USB-Stick hat für die Lebensdauer der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 einen erheblichen Vorteil. USB-Speicher haben heutzutage eine relativ große Speicherkapazität, eine hohe Anzahl an Schreib- und Lesezyklen, die Lese- und Schreibgeschwindigkeit ist für die Anwendung als Zeitschaltuhr schnell genug und sie sind hinsichtlich der Speicherkapazität günstig zu erwerben. Die zur Zeit am Markt kleinsten USB-Speicher, Micro USB-Sticks, haben gerade mal eine Abmessung von ca. 20x15x7mm bei einem Gewicht von ca. 2 Gramm. Ein solcher USB-Speicher ist optimal zur Speicherung von Bootloader, Betriebssystem und der gesamten Software der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 geeignet, da in vielen Schaltschränken nicht immer ausreichend Platz für den Einbau weiterer Geräte zur Verfügung steht. Im eingesteckten Zustand wird gerade mal eine halbe Teilungseinheit an zusätzlichem Platz zur Gehäusebreite von sechs Platzeinheiten der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 benötigt.
Pegelumsetzer/Pegelwandler (Level Shifter)
Durch den intern verbauten Pegelwandler 6.2 für den I²C-Bus können Erweiterungsbaugruppen nicht nur mit 3,3V DC, sondern auch mit 5 V DC Betriebsspannung am I²C-Bus vom Einplatinencomputer 7 angeschlossen werden. Die Kommunikation über den Pegelwandler 6.2 erfolgt bidirektional. Durch die Bereitstellung von zwei Spannungsebenen ist eine breitere Anschlussvielfalt von digitalen Schaltkreisen am Einplatinencomputer 7 gewährleistet.
Echtzeituhr (RTC) mit I²C-Busschnittstelle
Eine Zeitschaltuhr benötigt immer die richtige Zeit. Damit diese auch nach Ausfall der Versorgungsspannung der Zeitschaltuhr weiter läuft, oder wenn die Systemzeit nicht durch die Internetzeit, dem Network Time Protocol /NTP, oder von einem Zeitsignalsender, z. B. GPS, regelmäßig aktualisiert wird, kommt ein Real Time Clock Modul 4 (RTC) zum Einsatz. Das RTC-Modul 4 wird am internen I²C-Bus angeschlossen und über diesen per PHP-Skript konfiguriert und ausgelesen. Eine im Gehäuse der Computer-Zeitschaltuhr verbaute wiederaufladbare Batterie, z. B. in Form eines Lithium-Ionen Knopfzellen-Akku, z.B. eines LIR 2032 mit 3,6V oder z. B. zweier in Reihe geschaltete AA/AAA-Batterien mit jeweils 1,5 V, somit einer Gesamtspannung von 3V, dienen zur Zeiterhaltung bei Ausfall der permanenten Spannungsquelle. Beim Einsatz von Batterien werden diese in einem zertifizierten Einbau-Batteriefach im Gehäuse-Oberteil eingelegt.
Das RTC-Modul 4 ist mit einem integrierten Schwingquarz und einem digital temperatur- kompensierten Oszillator, einer DTCXO-Funktion, aufgebaut. Die Oszillatorfrequenz von 32,768 kHz wird dabei temperaturabhängig anhand eines Kompensationsnetzwerkes abgeglichen. Die RTC-Zeit/das RTC-Datum kann mit einem Webserver und PHP-Skript von jedem an der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 angemeldeten Client per Webbrowser eingestellt werden. Durch eine Eingabemaske auf dem Webserver kann das Datum und die Uhrzeit im RTC-Modul 4 eingestellt werden. Das RTC-Modul 4 aktualisiert wiederrum die Systemzeit und das Systemdatum vom Einplatinencomputer 7. Schließlich werden Systemzeit und -datum als Kontrolle per JavaScript in Echtzeit auf dem Web-Interface dem Bediener angezeigt.
Ein- und Ausgangsplatine mit einem 16-Bit Port Expander 5.1 und I²C-Busschnittstelle, sowie Relais-Treiber 5.2
Die Ein- und Ausgangsplatine 3 dient dazu, um Ein- und Ausgänge eines 16-Bit Port-Expanders und einen Teil der verfügbaren Anschlüsse eines Einplatinencomputers 7 und des DALI-Master- Moduls 6.1 für extern angeschlossene elektrische Betriebsmittel herzustellen. Die elektronischen Baugruppen, Echtzeituhrmodul 4 (RTC), DALI-Master-Modul 6.1 und Pegelwandler-Modul 6.2 werden mit der Ein- und Ausgangsplatine 3 mittels Stift- oder Buchsenleiste 2 im Rastermaß 2,54mm verbunden. Die Ein- und Ausgangsplatine 3 verbindet die vorher genannten Module mit der erforderlichen Spannungsversorgung und dem I²C-Bus (Datenleitung / SDA und Taktleitung / SCL) vom Einplatinencomputer 7.
Im Einzelnen werden nachfolgende Anschlüsse über Printklemmen K1 bis K35 nach Außen geführt. Insgesamt stehen fünfunddreißig Anschlussklemmen K1 bis K35 zur Verfügung.
Die Zuordnung der bereitgestellten Anschlüsse zu den Printklemmen K1 bis K35 ist vom eingesetzten Einplatinencomputer 7 abhängig kann daher variieren, die nachfolgende Legende ist daher beispielhaft für den in FIG ausgewählten Einplatinencomputer 7 dargestellt.

K1: GND
K2: SCL (I2C-Bus)
K3: SDA (I2C-Bus)
K4: Eingang/IN 01
K5: Eingang/In 02
K6: Eingang/ IN 03
K7: Eingang/ IN 04
K8: Eingang/ IN 05
K9: Eingang/ IN 06
K10: Eingang/ IN 07
K11: Eingang/ IN 08
K12: GND
K13: +24V (Eingang)
K14: GPIO 25/ Computer
K15: Ausgang/ OUT 08
K16: Ausgang/ OUT 07
K17: +5 V
K18: Ausgang/ OUT 01
K19: DALI-Tastereingang 2
K20: DALI-Tastereingang 1
K21: Ausgang/ OUT 02
K22: SPI/ Clock
K23: GPIO 23/ Computer
K24: Ausgang/ OUT 03
K25: SPI / Miso
K26: SPI / Mosi
K27: Ausgang/ OUT 04
K28: UART / RXD
K29: UART / TXD
K30: Ausgang/ OUT 05
K31: +3,3V (Ausgang)
K32: GPIO 20/ Computer
K33: Ausgang/ OUT 06
K34: DALI-Master/ Bus 1
K35: DALI-Master / Bus 2

Da die elektronischen Baugruppen bzw. Bauelemente der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 mit verschiedenen Spannungen arbeiten, werden zur Signalübertragung die Massepotentiale aller Spannungen intern miteinander verbunden.
Die seriellen Anschlüsse I²C, UART, RS 232 bzw. RS 485 und SPI des Einplatinencomputers 7 werden an Printklemmen K1 bis K35 der Ein- und Ausgangsplatine 3 als Ein- und Ausgänge zum Anschluss für Geräteerweiterungen verbunden.
Technische Daten der Printklemmen:

Klemmentyp:	Schraubklemme
Rastermaß:	5,08 mm
Anschlussquerschnitte Eindrähtig (starr):	0,2 mm2 bis 4,0 mm2
feindrähtig (flexibel):	0,2 mm2 bis 2,5mm2
feindrähtig mit Aderendhülse:	0,25mm2 bis 2,5mm2
Werkstoffe:	Klemmstück aus Messing
	Schraube aus Stahl
	Lötfahne aus Kupferlegierung
Isolierstoff:	PA6.6
Brennbarkeitsklasse:	UL 94 V-0
Einsatztemperatur:	30° C bis 105° C

Die Eingänge IN 01 bis IN 08 und die Ausgänge OUT 01 bis OUT 08 werden durch den 16-Bit I/O-Port-Expander 5.1 bereitgestellt. Ein Relais-Treiber 5.2 sorgt dafür, dass an den Ausgängen OUT01 bis OUT 08 bistabile Koppelrelais und Schütze auf 5V/12V/24V-Basis direkt angeschlossen werden können. Damit reduziert sich der interne Verschaltungsaufwand erheblich gegenüber der Nutzung freier GPIO-Pins vom Einplatinencomputer 7. Die Aufgabe des 16-Bit I/0-Port-Expanders 5.1 übernimmt ein integrierter Schaltkreis MAX 7311 und die Treiberstufe 5.2 für die Ansteuerung der Koppelrelais und Schütze erfolgt durch einen ULN 2803 als integrierte Schaltung. Der MAX 7311 wird mit der 5 Volt Gleichspannung vom Einplatinencomputer 7 betrieben und der ULN 2803 mit der 12/24V DC Spannung des externen Netzteils.
Die physikalische Adressierung des MAX 7311, die Hardwareadresse, wird durch die Anschlüsse AO, Al und A2 mittels Steckbrücken, d. h. Jumper, gegen GND, dem Low-Signal, oder +5 Volt, dem High-Signal, auf Stiftleisten im Rastermaß 2,54mm festgelegt.
Der Port-Expander 5.1 kommuniziert als Slave über die Datenleitungen SCA und SDA des I²C-Busses mit dem Einplatinencomputer 7, der die Aufgabe als Bus-Master übernimmt. Port 1 vom MAX 7311 wird als Eingangsport und Port 2 als Ausgangsport festgelegt. Die Eingänge am Port 1 werden durch einen freien GPIO-Pin vom Einplatinencomputer 7, der am Interrupt-Pin am MAX 7311 angeschlossen ist, abgefragt.
Sobald sich ein Zustandswechsel an einem Eingang ergibt, reagiert die Software darauf und löst das programmierte Ereignis, die Interrupt Service Routine / ISR, aus. Der Vorteil dieser Methode ist, dass die CPU scheinbar mehrere Aufgaben gleichzeitig erledigen kann.
Nachdem die ISR von der CPU abgearbeitet worden ist, wird wieder in das Hauptprogramm zurück gesprungen. Diese Vorgehensweise ist wegen der Anzahl der verfügbaren Eingänge erforderlich, sie spart deutlich an Rechenleistung der CPU und folglich ist diese Methode stromsparender und damit wird weniger Verlustwärme im Gerät erzeugt. Bei der Abfrage so vieler Eingänge gleichzeitig, ist es einfach nicht möglich, durch alternative Programmierung mit z.B. Polling bzw.Hauptprogramm läuft in einer Endlosschleife, ein vernünftig laufendes Programm zu erstellen. Die Folgen wären regelmäßige „Programmabstürze“, erhebliche Verlangsammung des Programmablaufes und nicht die Möglichkeit zu haben, mehrere Aufgaben quasi gleichzeitig zu erledigen, sind entscheidende Kriterien zur Programmierung mit Auslösung eines Hardware-Interrupts.
Da CMOS-Eingänge dazu neigen, beliebig selbstständig in den Zustand High oder Low zu schalten, muss gewährleistet sein, dass die Eingänge immer einen definierten Zustand annehmen (High- oder Low-Pegel). Die Eingänge IN 01 bis IN 08 werden wegen dem Einsatz der vorher genannten Schaltkreise dauerhaft nach GND / Masse geschalten.
Lediglich zur Auslösung eines Interrupts werden diese Eingänge für einen Bruchteil einer Sekunde von der Verbindung nach GND / Masse unterbrochen.
Die intern im Einplatinencomputer 7 verbauten Pullup-/Pulldown-Widerstände werden nur für GPIO-Eingänge verwendet.
Für die Eingänge IN 01 bis IN 08 sind keine externen Widerstände zur definierten Pegelanpassung erforderlich.
Die GPIO-Pins 20, 23 und 25 an den Printklemmen K32, K23 und K14 werden ausschließlich als Digitaleingänge verwendet. Externe Pullup- oder Pulldown- Widerstände werden zur Beschaltung nicht benötigt, da bereits intern auf dem Einplatinencomputer 7 zuschaltbare Widerstände verbaut sind, um immer einen definierten Eingangszustand (High- oder Low-Pegel) zu erzeugen. Die intern verbauten Widerstände können per Software zu- und abgeschaltet werden.
Der GPIO-Pin 09 (SPI Miso) an Printklemme K25 und GPIO 10 (SPI Mosi) an Printklemme K26 kann auch als Digitaleingang verwendet werden. Es gelten die gleichen Bedingungen wie für die zuvor beschriebenen GPIO-Pins K20, K23 und K25. Sollten diese Pins für die serielle Schnittstelle SPI in Verbindung mit GPIO 11(SPI / Clock) genutzt werden, so muss vorher die SPI-Schnittstelle per Webbrowser aktiviert (auf „on“ geschalten) werden. GPIO 11 an Printklemme K22 kann nicht als Digitaleingang verwendet werden.
Die Printklemmen K14, K23, K25, K26 und K32 dürfen ausschließlich nur als Eingänge über Koppelrelais betrieben werden. Es darf kein Fremdpotential angelegt werden. Die Eingänge werden generell mit Koppelrelais nach GND / Masse / 0V geschalten und als Schalteingänge ausgewertet.
Aus sicherheitsrelevanten Gründen, vor allem zum Schutz des Einplatinencomputers 7 vor Zerstörung durch zu hohe Spannungen und Überschreitung der maximalen Strombelastung für den einzelnen GPIO (maximal ca. 16mA) bzw. den maximalen Gesamtstrom aller GPIO's (ca. 50 mA), werden diese nicht als Ausgänge verwendet, da keine geeignete Treiberschaltung mit Transistoren vorhanden ist.
Der Ausgangsport 5.1 des MAX 7311 ist über Leiterbahnen direkt mit den Eingängen der Treiberstufe 5.2 ULN 2803 verbunden. Die acht Ausgänge der Treiberstufe stehen an den Printklemmen für den direkten Anschluss von Koppelrelais und Schützen bereit. Beim direkten Anschluss an die Ausgänge OUT 01 bis OUT 08 ist folgendes zu beachten, um die Treiberstufe 5.2 ULN 2803 nicht zu zerstören:

Maximale Eingangsspannung: 30V DC

Maximale Ausgangsspannung: 50V DC

Maximaler Ausgangsstrom für alle acht Ausgänge zusammen: 500mA

(Spitzenstrom, kein Dauerstrom)
Um die Treiberstufe 5.2 (Kollektorausgänge der integrierten Transistoren) nicht zu überlasten, wird festgelegt, dass der maximal zu entnehmende Gesamtstrom von 400mA nicht überschritten werden darf. Somit stehen beim gleichzeitigen Schalten aller acht Ausgänge durchschnittlich 50mA Strom pro Ausgang zur Verfügung. Im Schaltungsaufbau mit dem Prototypen haben sich folgende Strommesswerte für die Ausgänge OUT 01 bis OUT 08 in der Praxis ergeben, die als Richtwerte dienen sollen:

Stromaufnahme einer konventionellen
24V DC Schützspule: ca. 100mA

Stromaufnahme eines Solid-State-Relais
bei 24V DC: ca. 21mA

Stromaufnahme eines halbelektronischen
bistabilen Spezialrelais bei 24V DCca. 2mA

Auf Grund der gemessenen Stromwerte ist der Anschluss von Solid-State-Relais und bistabilen Relais als „Nulldurchgangsschalter“ an die Ausgänge der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 zu bevorzugen, da diese die Treiberstufe am wenigsten belasten und somit die Lebensdauer der integrierten Schaltung höher ist. Der Anschluss einer Kombination dieser Geräte mit herkömmlichen 24V DC Schützen ist möglich und wurde anhand von Dauertests mit Wirkleistungsverbrauchern erprobt. Beim direkten Schalten von induktiven Verbrauchern (die direkte Ansteuerung von getakteten Antrieben ist nicht vorgesehen) durch Schütze muss eine Freilaufdiode parallel zur Schützspule angeschlossen werden, so dass sie in Sperrrichtung an der Steuerspannung des Schütz liegt. Die Freilaufdiode hat die Aufgabe ungewollte Störungen bis hin zur Zerstörung an den elektronischen Bauteilen zu verhindern und die Anschlusskontakte des Schützes zu schonen. Sofern es der Einsatz zulässt, sollte auch wie beim Einsatz der empfohlenen Relais auf die Vorteile der Halbleiter- Schalttechnologie in Form von Halbleiterschützen zurückgegriffen werden.
DALI-Master Modul mit Schalteingängen und I²C-Busschnittstelle
Eine weitere intern verbaute Platine mit einem LW09 Chip stellt eine galvanisch getrennte Verbindung über Optokoppler zwischen dem DALI-Bus und dem I²C -Bus her. Somit ist es möglich Lichtsteuerungsbefehle an DALI-Betriebsgeräte zu senden. Die Platine 6.1 wird mit der internen Spannung von 5 V Gleichspannung betrieben. Die Funktion der Schalteingänge und die Befehle an DALI-Betriebsgeräte zum dimmen, schalten oder Lichtszenenaufruf werden über die I²C-Schnittstelle programmiert. An jedem der beiden Schalteingänge (Printklemmen K19, K20) können potentialfreie Schalter oder Taster mit Schliesserkontakten, wobei Taster zu bevorzugen sind, angeschlossen werden. Die Schaltgeräte werden zwischen GND / Masse / 0V und dem jeweiligen Eingang angeschlossen. Die DALI-Anschlussklemmen (K34, K35) sind polungsunabhängig.
Modifiziertes Universal DIN-Hutschienengehäuse mit sechs Platzeinheiten
Als Grundlage für den Einbau der elektronischen Baugruppen und Bauelemente dient ein universelles DIN-Hutschienen-Leergehäuse mit einer Breite von 105mm bei sechs Platzeinheiten, wobei eine Platzeinheit im Verteilerbau 17,5 mm entspricht, einer Höhe von 71mm und einer Tiefe von 90mm. Das Gehäuse besteht aus zwei Halbschalen mit Ober- und Unterteil, die ineinander einrasten und mittels vier Schrauben noch zusätzlich verschraubt werden. Durch einen integrierten Schnappfuß wird das Gehäuse auf eine Tragschiene für den Verteilereinbau aufgesteckt. Als Material für das Gehäuse wird temperatur- und alterungsbeständiger Kunststoff aus ABS (Acrylnitrii-Butadien-Styroi-Copolymere) verwendet.
Der verwendete Einplatinencomputer 7 und die USV-Platine mit Weitbereichsspannungseingang 8 passen von ihrer Breite exakt in den unteren Bereich vom Gehäuseoberteil eines universellen DIN-Hutschienengehäuses. Damit ist der Einbau leicht möglich und es sind keine größeren Änderungsmaßnahmen am Gehäuse erforderlich. Am Gehäuseoberteil wird lediglich ein passender rechteckiger Ausschnitt an der linken Seite zur Freilegung der vier USB-Anschlüsse und der Netzwerkbuchse, ein rechteckiger Ausschnitt ca. mittig oberhalb der Schraublöcher für die Printklemmenklemmen Nr. K 1 bis K 17 zur Freilegung der HDMI-Buchse, sowie ein runder Ausschnitt oberhalb vom Printklemmenanschluss K 35 für den optionalen Anschluss einer externen WLAN-Antenne mit RP-SMA Anschluss hergestellt. Da alle vorher genannten Anschlüsse vom Einplatinencomputer 7 steck- oder schraubbar (auch bei Anschlussvariante mit externer WLAN-Antenne) ausgeführt sind, stören diese auch nicht beim Anschluss von externen Geräten an den Printklemmenanschlüssen K 1 bis K 35.
Ein großer Vorteil der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 ist, dass keine wesentlich aktiven elektronischen Bauteile, die Wärme verursachen, innerhalb des Hutschienengehäuses verbaut sind. Somit werden thermische Probleme generell vermieden. Außerdem wird Platz für eine maximale Anzahl an verfügbaren Ein- und Ausgänge geschaffen und die Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 kann bei einem Defekt der Spannungsquelle durch Austausch dieser weiter betrieben werden. Die Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 kann auch mit einer Gleichspannungsquelle anderer Spezifikationen für den Einsatz verschiedener Verteilereinbaugeräte oder für andere Verwendungszwecke eingesetzt werden.
Die Versorgungsspannung muss im Bereich von 5 bis 30 Volt zur Verfügung gestellt werden. Es dürfen nur entstörte Netzteile mit Sicherheitskleinspannung (SELV) verwendet werden.
Optional externer Anschluss / GPS-Empfänger an der UART-Schnittstelle angeschlossen:
Es besteht die Möglichkeit, die Systemuhrzeit der Zeitschaltuhr durch den optionalen Anschluss eines GPS-Empfängers automatisch in regelmäßigen Abständen synchronisieren zu lassen. Seine Antenne benötigt stets eine Sichtverbindung zu mehreren GPS-Satelliten, um das Signal empfangen zu können. Das GPS-Empfängermodul wird an die Klemmen RXD und TXD der UART-Schnittstelle für die Kommunikation mit dem Einplatinencomputer 7, sowie an die vom diesen bereitgestellte Versorgungsspannung von 3,3V DC angeklemmt. Der GPS-Empfänger wird zur Datums- und Uhrzeitsynchronisierung (verhindert das Abtriften des systemeigenen verbauten Echtzeituhrmoduls / RTC der Zeitschaltuhr) und optional zur Positionsbestimmung für die Bereitstellung von Astrozeiten genutzt.
Optional externer Anschluss (nur bei Einsatz eines Einplatinencomputers mit UFL RP-SMA Anschluss):
WLAN-Antenne für ein besseres Funknetz anstatt der auf dem Einplatinencomputer verbauten WLAN-Antenne kann auch optional eine externe abgesetzte WLAN Antenne zur Erhaltung oder Verbesserung der Sendeleistung dienen. Diese Möglichkeit bietet sich an, wenn die Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 ohne Router- und Internetanschluss genutzt werden soll und zum Beispiel in einer Verteilung mit geschlossener Metalltür (Abschirmwirkung) eingebaut wird. Durch einen UFLS-SMD Steckverbinder (Microminiature Koaxial-Steckverbinder), der auf dem Einplatinencomputer 7 aufgelötet wird und einen ca. 10cm langen UFL-RP-SMA Anschlussadapter, der die Verbindung vom Einplatinencomputer 7 zum Anschluss am Gehäuseoberteil herstellt, ist optional der Anschluss einer externen W-LAN 802.11 b/g/n Antenne möglich. Die Onboard Chip-Antenne wird durch diesen Anschluss außer Kraft gesetzt, da der Signalweg dann zum UFLS-SMD Steckverbinder geleitet wird.
Optional externe USB-Anschlüsse: Ultra-Nano WLAN-Stick zur kabellosen Einbindung in ein bestehendes Netzwerk
An der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 stehen mehrere USB-Anschlüsse zur Verfügung. Soll die Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 in ein vorhandenes Netzwerk integriert werden und es steht keine kabelgebundene Anbindung via LAN zur Verfügung, so besteht die Möglichkeit, einen Ultra-Nano-WLAN-Stick mit sehr kompakter Bauform direkt anzuschließen. Die Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 kann gleichzeitig als Accesspoint mit dem integrierten WLAN-Chip auf dem Einplatinencomputer 7 und mit dem extern angeschlossenen Ultra-Nano-WLAN-Stick zur Anbindung an einem Router mit eigenen Netzwerk betrieben werden.
Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV):
Zur Verbesserung der Abschirmwirkung werden die Innenwände der beiden Kunststoff-Halbschalen vom Hutschienengehäuse mit einem EMV-Schutzlack überzogen. Der Schutzlack bildet eine leitfähige Umhüllung der Gehäuse-Innenseiten und besteht aus Harzen, Lösungsmitteln und leitenden Pigmenten aus Kupfer und Silber. Die Metallpigmente bilden auf der Oberfläche der Gehäuseteile eine leitfähige Beschichtung und verhindern dadurch elektromagnetische Interferenzen (EMI) und elektrostatische Entladungen (ESD). Der Schutzlack ist für den Einsatz bei wechselnden Wärme- und Feuchtigkeitsbedingungen geeignet. Vor der Oberflächenbehandlung werden diese gereinigt und von Fett befreit. Die Störsicherheit durch Einhaltung der EMV-Richtlinie ist bislang für die Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 nicht nachgewiesen.
Softwareseitige Einstellungen, Konfigurationen und Programmierungen:
Als Betriebssystem für die Computer-Zeitschaltuhr wird Linux eingesetzt (GNU freie Copyleft-Lizenz für Software und andere Arten von Werken). Der GNU General Public License (GPL) in seiner aktuellen Version 3 vom 29. Juni 2007 wird entsprochen. Das Copyright unterliegt der Free Software Foundation, lnc. 51Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301, USA.
Folgende Konfigurationen werden für das Booten (Startbedingungen) vom Einplatinencomputer 7 standardmäßig in der Datei /boot/config.txt eingestellt:

Audio-Schnittstelle „ein“
12C-Schnittstelle „ein“
SPJI-Schnittstelle „aus“
(kann bei Bedarf auf „ein“ geschalten werden)
UART-Schnittstelle „ein“

I²C-Baudrate (Taktgeschwindigkeit) = 10 kHz (Normal Modus) um eine „sichere“ Kommunikation auf der Busleitung zu gewährleisten, der Fast-Modus beträgt 400 kHz.
UART Baudrate (Taktgeschwindigkeit) = 9,6 kHz für den Betrieb eines extern angeschlossenen GPS-Empfängers.
In der Datei /etc/sudoers.tmp werden dem Benutzer „www-data“ Rootrechte (uneingeschränkte Schreib- und Leserechte) für die nachfolgenden programmierten Script- und Textdateien eingeräumt (Die Dateien sind beispielhaft für den Prototypen zu sehen, es können je nach Verwendungszweck der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 noch mehr programmierte Dateien/Scripte bzw. in abgewandelter Form vorhanden sein.
Einplatinencomputer 7 mit WLAN on Board in den Accesspoint-Modus versetzen und als WLAN-Hotspot und Client einrichten durch Konfiguration der folgenden Dateien:

/etc/network/interfaces
/etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf
/etc/hostapd/hostapd.conf
/etc/rc.local

Die Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 mit dem Einplatinencomputer 7 mit WLAN on Board wird in den Accesspoint-Modus (WIFI-Hotspot) versetzt und stellt ein WLAN mit einer eigenen IP- und Zugangs-Konfiguration zur Verfügung. Die Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 stellt dazu einen DHCP- und DNS-Server bereit. Clients (WIFI-Geräte) können sich somit automatisch zur Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 verbinden, nachdem das frei konfigurierbare Netzwerk-Passwort erfolgreich in einem WIFI-Gerät eingegeben wurde. Jedes WIFI-Gerät bekommt von der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 eine eindeutige IP-Adresse zugewiesen. Folgende Netzwerkeinstellungen können bei der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 über das Web Interface (GUI)vorgenommen werden:

- Netzwerkname (ssid)
- Funkkanal (channel)
- Netzwerk-Passwort (passphrase)
- Ländercode (country_code)

Für die Einrichtung der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 als Accesspoint sind nachfolgende Einstellungen durchgeführt worden:
In der Datei „interfaces“ im Pfad /etc/network/interfaces wird eingestellt:

# Konfiguration des im Einplatinencomputer verbauten W-LAN Adapters (wlan0)
allow-hotplug wlan0
iface wlan0 inet manual
# wlan0 Adapter mit manueller Einstellung
# Konfiguration eines optional angeschlossenen W-LAN Adapters am USB-Port (wlan1)
allow-hotplug wlan1
iface wlan1 inet manual
# wlan1 Adapter mit manueller Einstellung
In der Datei „hostapd.conf“ im Pfad /etc/hostapd/hostapd.conf wird eingestellt:

interface=wlan0	# W-LAN Adapter festlegen welcher den
	# Accesspoint
	# bereitstellen soll
driver=nl80211	# Festlegung welcher Treiber für den
	# W-LAN Adapter
	# verwendet wird
ssid=xxx	# Netzwerkname, xxx = beliebiger Name
hw_mode=g	# Übertragungsmodus (Frequenzband) des
	# W-LANAdapters (g= 2,4Ghz Band / a =5
	# Ghz Band)
wme_enabled=1
ieee80211n=1	# IEEE 802.11n / WLAN mit 40-200 MBit/s
Channel=x	# Funkkanal einstellen, x = 1-13
	# Channel 01 : 2.412 GHz
	# Channel 02 : 2.417 GHz
	# Channel 03 : 2.422 GHz
	# Channel 04 : 2.427 GHz
	# Channel 05 : 2.432 GHz
	# Channel 06 : 2.437 GHz
	# Channel 07 : 2.442 GHz
	# Channel 08 : 2.447 GHz
	# Channel 09 : 2.452 GHz
	# Channel 10 : 2.457 GHz
	# Channel 11 : 2.462 GHz
	# Channel 12 : 2.467 GHz
	# Channel 13 : 2.472 GHz
	# Die Funkkanäle können je nach
	# eingesetzten Einplatinencomputer 7
	# auch im 5GHz Band verfügbar sein.
macaddr_acl=0	# 0 = jede MAC-Adresse (Hardwareadresse)
	# von den Clients akzeptieren, es sei
	# denn, es gibt eine Verbotsliste
	# 1 = keine MAC-Adresse (Hardwareadresse)
	# zulassen, es sei denn, es gibt eine
	# Freigabeliste
	# 2 = Verwende einen externen RADIUS-
	# Authentifizierungsserver
auth_algs=1	# Art der Authentifizierung
	# 1 = Open System / WPA-Verschlüsselung
	# 2 = Shared Key / WEP-Verschlüsselung
	# 3 = beide Verschlüsselungssysteme
	# anwenden
wpa=2	# 1 = WPA1 Verschlüsselung
	# 2 = WPA2 Verschlüsselung
	# 3 = beide Verschlüsselungssysteme
	# anwenden
wpa_key_mgmt=WPA-PSK	# Pre-shared-Key Management
	# akzeptiert einen vorher
	# vereinbarten Schlüssel (PSK)
#wpa_passphrase=xxx	# W-LAN Schlüssel (Passwort) als
	# Klartext,
	# xxx = beliebige Buchstaben, Zahlen
	# und Sonderzeichen
	# Kombination
oder wpa_psk=xxx
	# W-LAN Schlüssel (Passwort) 64-Bit
	# verschlüsselteintragen (größere
	# Sicherheit) Buchstaben, Zahlen und
	# Sonderzeichen, Kombination
rsn_pairwise=CCMP	# CCMP Protokoll für den paarweisen
	# Schlüssel zwischen Accesspoint und
	# Client im Sicherheitsnetzwerk
	# anbieten
wpa_pairwise=CCMP TKIP	# TKIP und CCMP Protokoll für die
	# paarweise WPA-
	# Verschlüsselung anbieten
country_code=DE	# den Ländercode für Deutschland für
	# die nur in Deutschland
	# zugelassenen Frequenzen verwenden
	# (Diese Einstellung muss richtig
	# vorgegeben werden,
	# je nach dem in welchen Land die
	# universelle elektronische
	# Zeitschaltuhr verwendet wird, der
	# Errichter ist dafür
	# verantwortlich!)

DHCP-Dienst / IP-Adressen (LAN und WLAN/Accesspoint-Modus) und den DNS-Dienst (dynamische Namensauflösung) der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 und des Einplatinencomputers 7 festlegen und einstellen:
Modifikation der Datei /etc/dhcpcd.conf
In der Datei „dhcpcd.conf“ wird eingestellt:

interface wlan0

static ip_address=x.x.x.x # x.x.x.x steht für eine

# beliebige feste IP-Adresse

netmask=255.255.255.0 # Subnetzmaske (Präfix)

# festlegen,

# i.d.R. 255.255.255.0
Modifikation der Datei /etc/dnsmasq.conf

In der Datei „dnsmasq.conf“ wird eingestellt:

interface=wlan0	# DHCP- und DNS-Server ist aktiv für
	# W-LAN Adapter
	# „wlan0“
bind-interfaces	# nur im lokalen Netzwerk auf Anfragen
bind-interfaces	# hören
server=8.8.8.8	# leitet alle DNS-Anfragen auf den Google
server=8.8.8.8	# Nameserver weiter
domain-needed	# Dnsmasq fragt nur dann den
	# Upstream-Nameserver
	# ab, wenn der angefragte Hostname einen
	# Domainnamen enthält
bogus-priv	# Anfragen nach IP-Adressen (Reverse
	# Lookups) an den
	# Upstream-DNS-Server weiterleiten, wenn
	# diese nicht
	# aus einem privaten IP-Adressbereich
	# stammen
dhcp-range=x.x.x.v,x.x.x.w,24h	# Adressbereich für den
	# DHCP-Server festlegen,
	# wobei x.x.x für die
	# ersten drei Oktett
	# (8 Bit) für den
	# Hostanteil steht und das
	# vierte Oktett v, w
	# für den zu vergebenen
	# Client-Bereich steht und
	# die vergebenen Adressen
	# der Clients 24 Stunden
	# pro Tag unverändert sein
	# sollen

RTC (DS3231)4 für den Einplatinencomputer 1.1, 1.2 integrieren:
1. Ergänzung des Kernel durch eine zusätzliche Eintragung im Gerätebaum (Device Tree)
sudo nano /boot/config.txt
Am Ende des „device trees“ wird nachfolgend ergänzt, um das Modul zu laden:

dtoverlay=i2c-rtc-rtc,ds3231
sudo reboot (Neustart)

²

2. Modifikation der Datei /lib/udev/hwdock-set(bestehendes Hardware Clock Script)
Nachfolgende Zeilen werden auskommentiert, um eine einwandfreie Funktion desRTC-Moduls zu gewährleisten:

# if [-e /run/systemd/system]; then
# exit 0
# fi

3. Softwarebasierte Uhr und NTP-Dienst abschalten

sudo update-rc.d fake-hwclock disable # Softwareuhr

# ausschalten

sudo update-rc.d ntp disable # NTP-Dienst

# ausschalten

sudo reboot # Neustart des

# Betriebssystems
Systemzeit neu einstellen

# über das Web Interface
# Script „zeitschaltuhr.php“

5. Neu eingestellte Systemzeit in der RTC übernehmen Akutelle Uhrzeit und Datum über das Web Interface / Script „zeitschaltuhr.php"eingeben und speichern. Dabei wird von diesen Script auch u.a. folgender Befehlausgeführt: sudo hwclock -w (neu eingestellte Uhrzeit und Datum in das RTC-Modul übernehmen).
6. Kontrolle, ob die RTC die neue Systemzeit übernommen hatkann durch den Shell-Befehl „sudo hwclock -r“ (zurücklesen der geschriebenen Zeit und Datum aus der RTC) durchgeführt werden.
7. Das Script „zeitschaltuhr.php“ führt u.a. auch noch folgenden Shell-Befehl aus, um die in der RTC abgespeicherte Uhrzeit und das Datum als Systemzeit zu übertragen sudo hwclock -s
Die System-Uhrzeit / das System-Datum wird von einen Java Script ausgelesen und in Echtzeit auf der Startseite „zeitschaltuhr.php“ des Web Interfaces angezeigt.
Anlegen eines Autostart-Services „smbus.service“ (Respawn Service) für ein ständig funktionierendes Python-Script „i2c_ein-ausgaenge.py“. Der Service befindet sich im Dateipfad „/etc/systemd/system“. Das Python-Script muss auch nach einem Systemfehler oder selbständigen Beenden des Scripts weiter funktionieren, da dieses die Aufgabe hat, die Ein- und Ausgänge der elektronischen Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 zu verwalten. Das bedeutet, ergibt sich an den Eingängen ein Zustandswechsel (High-Pegel zu Low-Pegel oder umgekehrt), so reagiert das Script darauf und betätigt z.B. einen Ausgang und/oder führt eine andere Funktion aus.
Beschreibung für das Anlegen des Services:
1. Neue Datei „smbus.service“ anlegen und unter/etc/systemd/System/ speichern
2. Die Datei „smbus.service“ ist wie folgt aufgebaut:

• Beschreibung des Dienstes [Unit] Description=My Script Service
• Festlegung Multi-User Betrieb After=multi-user.target
• Integrierte Entwicklungsumgebung für Python (IDLE) definieren [Service] Type=idle
• Pfad zum immer wieder ausführenden Script angeben ExecStart=/usr/bin/python /var/www/cgi-bin/i2c_ein-ausgaenge.py &
• Neustart des Scripts auf „immer neu starten“ festlegen Restart=always
• Festlegung, auf welchen anderen Prozess gewartet werden soll, bis das Script neu gestartet werden soll [Install] WantedBy=multi-user.target

Anlegen eines Autostart-Services (Respawn Service) für einen MQTT-Broker / Mosquitto (Nachrichtenprotokoll gemäß OASIS- bzw. ISO Standard ISO/IEC PRF 20922) als „mosquitto.service“. Der Service befindet sich im Dateipfad „/etc/systemd/system“. Die elektronische Zeitschaltuhr fungiert dabei als MQTT-Broker, der Befehle an MQTT Clients (z.B. Microcontroller ESP 8266 mit WIFI Chip) überträgt und dieser dann den/die Befehl(e) ausführt. Ein besonderes Merkmal der elektronischen Zeitschaltuhr ist dabei, dass z.B. WIFI-Relais als Clients im WLAN-Netz der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 angemeldet werden können und dabei durch die Zeitschaltuhr automatisch zeitgesteuert oder durch an die Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 angeschlossene Taster betätigt werden können oder über das Web Interface der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 einzeln oder in Gruppen betätigt werden können.
Beschreibung für das Anlegen des mosquitto.service:
1. Neue Datei „mosquitto.service“ anlegen und unter /etc/systemd/system/ speichern
2. Die Datei „mosquitto.service“ ist wie folgt aufgebaut:

- Beschreibung des Dienstes [Unit] Description=Mosquitto MQTT Broker daemon
- Festlegung Multi-User Betrieb ConditionPathExists=/etc/mosquitto/mosquitto.conf Wants=multi-user.target
- After=multi-user.target
- Requires=network.target
- Integrierte Entwicklungsumgebung für Python (IDLE) definieren
- [Service]
- Type=simple
- Pfad zum immer wieder ausführenden Script angeben ExecStart=/usr/sbin/mosquitto -c /etc/mosquitto/mosquitto.conf -d ExecReload=/bin/kill -HUP $MAINPID PIDFile=/run/mosquitto.pid
- Neustart des Scripts auf „starte neu bei Fehler“ festlegen Restart=on-failure
- Festlegung, auf welchen anderen Prozess gewartet werden soll, bis das Script neu gestartet werden soll [Install] WantedBy=multi-user.target

Für die Installation des Mosquitto-Brokers wird folgender Shell-Befehl ausgeführt:sudo apt-get install -y mosquitto mosquitto-clients
Die beigefügten Programmierbeispiele in den Scriptsprachen Python, PHP und JavaScript dienen der besseren Verständlichkeit für die Umsetzung der jeweiligen Funktionsweisen und können individuell verändert,verbessert und ergänzt werden, da es sich wie anfangs erwähnt um einen veröffentlichten Sourcecode nach der GNU Copyleft-Lizenz handelt. Wie bei allen softwarebasierten elektronischen Geräten gibt es natürlich eine Vielzahl von Lösungsmöglichkeiten, u.a. auch mit anderen Programmiersprachen wie z.B. C oder C++.
Für multimediale Anwendungen (Audio / Video) ist der bekannte kostenlose VLC-Player vorinstalliert. Dieser kann zahlreiche Video und Audio Formate und Streams aus dem Internet oder von lokalen Datenträgern abspielen oder im Netzwerk / in den Netzwerken der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 an angemeldete Clients zur Verfügung stellen. Im Web Interface der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 ist auch das Web Interface des VLC-Players implementiert, so dass auf angemeldeten Endgeräten keine zusätzliche APP für den VLC-Player installiert werden muss und Audio- und Videodateien an der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 angeschlossenen Speichergeräten zur Verfügung stehen. Somit kann mehr Speicherplatz auf den Endgeräten für andere Zwecke genutzt werden. Die Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 kann jederzeit Audio- und Videodateien oder Streams aus dem Internet oder von lokalen Datenträgern zeitgesteuert wiedergeben. Als weitere besondere Eigenschaft der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 kann gesehen werden, dass an der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 angeschlossene herkömmliche Taster den VLC-Player fernsteuern können, d.h. dass Audio- oder Videodateien durch diese direkt gestartet, gestoppt, die Lautstärke oder alle weiteren Bedienfunktionen erzeugt werden können. Prinzipiell können fast alle Bedienungsfunktionen des VLC-Players durch angeschlossene elektrische Betriebsmittel realisiert werden.
Die Programmierbeispiele spiegeln nur die wesentlichsten Teile eines möglichen Funktionsumfangs der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 wieder.
Die nachfolgenden Scripte und Textdateien, die zur Speicherung von Zuständen dienen, ermöglichen mit der vorher beschriebenen Hardware die Funktionsweise einer elektronischen Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 mit darüber hinausgehenden Funktionsumfang.
Die Einstellungen (SSID/Netzwerkname, Sendekanal und Netzwerkpasswort) für den Accesspoint-Modus der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 können wie alle anderen Einstellungen über den Webserver durch den Errichter/Bediener eingestellt und abgespeichert werden.
Der Lösungsansatz hierfür kann aus den nachfolgenden Programmierbeispielen abgeleitet werden und wird generell auf gleicher Art und Weise für alle möglichen Einstellungen / Eingaben durchgeführt.
Prinzipiell werden alle Einstellungen mittels PHP-Scripte mit HTML-Teil abgefragt und werden entweder durch Auswahl von Checkboxen, Radio-Buttons oder Eingabemasken in Textdateien oder anderen Dateien des Dateisystems abgespeichert. Aus den veränderten Dateien wird wieder gelesen und es werden so die Zustände von Ein- und Ausgängen verarbeitet. Aufgrund des Einsatzes eines Port Expanders werden Ein- und Ausgänge von diesen generell bitweise verarbeitet und byteweise geschrieben oder gelesen. Das Lesen oder Schreiben aus allen veränderten Dateien erfolgt zeilenweise und die Dateien werden bei jeder Veränderung überschrieben oder erweitert. Alle Scripte mit dem Platzhalter „x“ sind mehrmals vorhanden, wobei der Buchstabe „x“ stellvertretend für die Kanalnummer eines Ausgangs steht.
Python-Scripte:

www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/cgi-bin/reboot_pi.py
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/cgi-bin/gpsdData.py
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/cgi-bin/i2c_einausgaenge.py
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/cgi-bin/i2c_on_chx.py
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/cgi-bin/i2c_off_chx.py

www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/cgibin/treppenlicht_x.py
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/cgi-bin/emailsenden.py
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/cgi-bin/vlc_http.py
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/cgibin/wifi_relais_x_on.py
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/cgibin/wifi_relais_x_off.py
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /usr/local/lib/python3.4/distpackages/vlc.py

PHP-Scripte:

www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/htdocs/zeitschaltuhr.php
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/htdocs/startverhalten.php
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/htdocs/ausgaengesystemstart.php
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/htdocs/ausgaengeschalten.php
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/htdocs/automatikschaltkanal.php
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/htdocs/kanal_einaus.php
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/htdocs/ein-aus.php
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/htdocs/einausschaltzeit.php
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/htdocs/schaltenextern-Ox.php
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/htdocs/schaltenextern-lesen.php
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/htdocs/schaltzeiten_anzeigen.php
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/htdocs/schaltzeiten_loeschen.php
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/htdocs/ schaltzeit_anzeigen-uebertragen.php

Sonstige Scripte:

www-data ALL=(root) NOPASSWD: /etc/systemd/system/smbus.service
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /etc/systemd/system/mosquitto.service
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/htdocs/dhtml.js
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /usr/local/bin/eth0-down.sh

Textdateien, in denen Zustände hinein geschrieben oder heraus gelesen werden:

www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/cgi-bin/reboot_pi.txt
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/cgi-bin/input_01.txt
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/cgi-bin/variable_q.txt
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/htdocs/ch.txt
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/htdocs/kanal.txt
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/htdocs/schaltenextern.txt
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/www/htdocs/merker_schaltzeiten.txt
www-data ALL=(root) NOPASSWD: /var/spool/cron/crontabs/schaltzeiten.txt

reboot_pi.py
Mit diesem Script werden die Anfangszustände der Ausgänge bei Neustart / Einschalten oder bei Spannungswiederkehr nach Unterbrechung der Spannungsversorgung für die Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 festgelegt. Über den Webbrowser kann derNutzer der Computer-Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 die Anfangszustände jedes einzelnen Ausgangs festlegen. Die Einstellungen für die Ausgänge werden als Dezimalwert (Wertigkeit der gesetzten Bits) in der Datei 11 reboot_pi.txt" abgespeichert. Das Script „reboot_pi.py“ liest den zuvor mit dem PHP-Script „startverhalten.php“ eingetragenen Dezimalwert aus der Datei „reboot.txt“, wertet diesen aus und wandelt ihn in eine Hexadezimalzahl für den I²C-Befehl. Dieser Wert wird anschließend über den I²C-Bus in das Ausgangsregister vom 16-Bit Port-Expanderübertragen, so dass die Ausgänge nach dem Neustart das gewünschte Startverhalten zeigen. Der momentane Zustand der Ausgänge wird auch immer als Dezimalwert in die Datei) Input_01.txt" geschrieben.
Ausgeführt wird das Script „reboot_pi.py“ automatisch nach jedem Systemstart oder Neustart (Reboot) des Einplatinencomputers 7 in Form eines Cronjobs (zeitabhängige wiederkehrende Aufgabe in einem Linux-Betriebssystem) im Dateiverzeichnis „/var/spool/cron/crontabs“.
Nachfolgend das Programmierbeispiel in der Scriptsprache Python für die gewünschte Funktionsweise:
Auch das Script „gpsdData.py“ wird auf gleicher Weise als Cronjob nach dem Reboot und zusätzlich ca. stündlich (Zeitintervall kann als Cronjob beliebig verändert werden) ausgeführt, um die eingebaute RTC-Uhr zu synchronisieren. Das Script ermittelt Datum, Uhrzeit und bedarfsweise Positionsdaten von einem optional an der UART-Schnittstelle (RXD / TXD) der Zeitschaltuhr angeschlossenen GPS-Empfänger. Durch das regelmäßige Ermitteln der präzisen Uhrzeit von einem Satelliten und automatisches Aktualisieren der Systemzeit des Einplatinencomputers 7 sowie des eingebauten RTC-Moduls 4 wird dem langfristigen „abdriften“ der Echtzeituhr entgegengewirkt. Sollte kein GPS-Empfänger an der Computer- Zeitschaltuhr 1.1, 1.2 angeschlossen sein, so kann die Systemzeit und das Systemdatum des Einplatinencomputers 7 auch über den Webserver verändert/eingestellt werden.
Nachfolgend das Programmierbeispiel in der Scriptsprache Python für die gewünschte Funktionsweise:
Die Programmierung wird mit einem Python-Script und den Bibliotheken smbus, time, RPi.GPIO as GPIO, signal, subprocess und sys erstellt.
Da dieses Script zuverlässig und ständig laufen muss, wird dieses von einem Linux „Service to Start“ (Respawn Service) als Hintergrund-Prozess überwacht und bei einem Systemfehler automatisch neu gestartet.
Das „Lesen“ der Eingänge und „Schreiben“ der Ausgänge des 16-Bit-Portexpander IC's erfolgt mittels Ausführung von unterschiedlichen, kleineren in Python programmierten Skripten. Daneben werden auch Bash- (Shell) Befehle mit den PHP-Skripten direkt ausgeführt, um den vollständigen Funktionsumfang der Zeitschaltuhr zu gewährleisten. Das zeitgesteuerte Schalten der Ausgänge wird durch Programmierung eines Cron-Daemons (Anlegen vonzeitabhängigen Aufgaben / Cronjobs als Hintergrundprozesse) erledigt. Die Programmierung der Schaltzeiten erfolgt über direkte Eingabe eines Zeitpunktes oder Zeitintervalle, einer Kalenderfunktion bzw. mit Radio-Buttons und Checkboxen eines HTML Formulars.
Nachfolgend das Programmierbeispiel in der Scriptsprache Python für die gewünschte Funktionsweise:
Das Python Script wird durch einen Cronjob (programmierte Schaltzeit) aufgerufen und schaltet den jeweiligen Ausgang auf Low-Pegel.


 #!/usr/bin/env python3
 # -*- coding: utf-8 -*- import
 smbus
 import sys
 import time
 bus = smbus.SMBus(1)
 DEVICE = 0x27
 # I2C-Portexpander Adresse
 IO_DIRECTION_A = 0x06
 # Festlegung Bank A als Ausgang (0=Ausgang, 1=Eingang /
 Werkseinstellung)
 OUTPORTA = 0x02
 # Bank A Ausgaenge setzen
 # Zustaende der Ausgaenge aus Datei input_01.txt lesen
 
 fobj = open(„/var/www/cgi-bin/input_01.txt“)
 for line in fobj:
  str_byte = line.rstrip()
  Register2 = int(str_byte)
  ib = bin(Register2)[2:].zfill(8)
  o8 = (ib[0])
  o7 = (ib[1])
  o6 = (ib[2])
  o5 = (ib[3])
  o4 = (ib[4])
  o3 = (ib[5])
  o2 = (ib[6])
  o1 = (ib[7])
  out8 = str(o8)
  out7 = str(o7)
  out6 = str(o6)
  out5 = str(o5)
  out4 = str(o4)
  out3 = str(o3)
  out2 = str(o2)
  out1 = str(o1)
  # Automatik (ein/aus) fuer Ausgaenge aus Datei kanal.txt
  lesen
  with open(„/var/www/htdocs/kanal.txt“) as rfile:
  line_k_1 = rfile.readlines()[0:1]
  line_k1 = [line.strip() for line in line_k_1]
  if line_k1 == [‚1‘] and out2 == „0“:
  out1 =„1“
  # Kanal / Ausgang 8 per Zeitfunktion schalten
  x = out8 + out7 + out6 + out5 + out4 + out3 + out2 + out1
  # 8 Bit Ausdruck Port Expander Ausgang
  integer_byte = int(x, 2)
  bus.write_byte_data(DEVICE,I0_DIRECTION_A,0x00)
  bus.write_byte_data(DEVICE,OUTPORTA,integer_byte)
 
  # Zustaende der Ausgaenge in Datei input_01.txt schreiben
  fobj_out = open(„/var/www/cgi-bin/input_01.txt“,"w")
  fobj_out.write(str(integer_byte))
  fobj_out.close()
  i2c_off_chx.py

Das Python Script wird durch einen Cronjob (programmierte Schaltzeit) aufgerufen und schaltet den jeweiligen Ausgang auf High-Pegel.

#!/usr/bin/env python3

 # -*- coding: utf-8 -*-
 




 import smbus
 import sys
 import time
 bus = smbus.SMBus(1)
 DEVICE = 0x27
 # I2C-Portexpander Adresse
 I0_DIRECTION_A = 0x06
 # Festlegung Bank A als Ausgang (0=Ausgang, 1=Eingang /
 Werkseinstellung)
 OUTPORTA = 0x02
 # Bank A Ausgaenge setzen
 # Zustaende der Ausgaenge aus Datei input_01.txt lesen
 fobj = open(„/var/www/cgi-bin/input_01.txt“)
 for line in fobj:
  str_byte = line.rstrip()
  Register2 = int(str_byte)
  ib = bin(Register2)[2:].zfill(8)
  o8 = (ib[0])
  o7 = (ib[1])
  o6 = (ib[2])
  o5 = (ib[3])
  o4 = (ib[4])
  o3 = (ib[5])
  o2 = (ib[6])
  o1 = (ib[7])
  out8 = str(o8)
  out7 = str(o7)
  out6 = str(o6)
  out5 = str(o5)
  out4 = str(o4)
  out3 = str(o3)
  out2 = str(o2)
  out1 = str(01)
  # Automatik (ein/aus) fuer Ausgaenge aus Datei kanal.txt
  lesen
  with open(„/var/www/htdocs/kanal.txt“) as rfile:
  line_k_1 = rfile.readlines()[0:1]
  line_k1 = [line.strip() for line in line_k_1]
  if line_k1 == [‚1‘] and out1 == „1“:
  out1 =„0“
  if line_k1 == [‚0‘]:
  out1 =„0“
  # Kanal / Ausgang 8 per Zeitfunktion schalten
  x = out8 + out7 + out6 + out5 + out4 + out3 + out2 + out1
  # 8 Bit Ausdruck Port Expander Ausgang
  integer_byte = int(x, 2)
  bus.write_byte_data(DEVICE,I0_DIRECTION_A,0x00)
  bus.write_byte_data(DEVICE,OUTPORTA,integer_byte)
  # Zustaende der Ausgaenge in Datei input_01.txt schreiben
  fobj_out = open(„/var/www/cgi-bin/input_01.txt“,„w")
  fobj_out.write(str(integer_byte))
  fobj_out.close()
  treppenlicht_x.py

Das Python Script realisiert einen Treppenlichtzeitschalter, die Funktion kann über das Web Interface voreingestellt werden für einen bestimmten Eingang und zugehörigen Ausgang.

Das Python Script ermöglicht das Senden einer Emailnachricht, wenn z.B. an einem Eingang ein Signalwechsel von Low auf High erfolgt. Über das Web Interface ist angedacht, dass eine beliebige Texteingabe für die Email erfolgen kann. Beim nachfolgenden Beispiel ist der Text in der Programmierung vorgegeben und kann nur durch den Programmierer verändert werden. Die in den Befehlen mit „xxx“ Platzhalter gekennzeichneten Stellen müssen individuell angepasst werden.


 #!/usr/bin/env python
 # -*- coding: utf-8 -*-
 from
 email.mime.text import MIMEText
 import smtplib
 import sys


 # Absender Emailadresse
 sender = ‚zeitschaltuhr@xxx.de‘

 # Adresse SMTP Server
 smtpserver = ‚smtp.xxx‘

 # SMTP Benutzername
 smtpusername = ‚zeitschaltuhr@xxx.de‘

 # SMTP Passwort
 smtppassword = ‚xxx‘

 # Benutze TLS / SSL - Verschluesselung
 usetls = True
 def sendmail(recipient,subject,content):
 # RFC 2822 Nachricht erzeugen
 msg = MIMEText(content)
 msg[‚From‘] = sender
 msg[‚To‘] = recipient
 msg[‚Subject‘] = subject

 # SMTP Verbindung oeffnen
 server = smtplib.SMTP(smtpserver)

 # Starte TLS / SSL - Verschluesselung
 if usetls:
  server.starttls()

  # Login Emailserver
  if smtpusername and smtppassword:
  server.login(smtpusername,smtppassword)

  # Nachricht senden
  server.sendmail(sender,recipient,msg.as_string())

  # SMTP-Server schliessen
  server.quit()

  def main():
  # Nachrichtentext senden an
  sendmail(‚xxx@xxx.xx‘,'Testmail','Hier den gewünschten Text
  eingeben!')
  # Python Script beenden
  sys.exit(0)
  if name == ' _main_':
  main ()
  vlc_http.py

Das Python Script ruft das implementierte Web Interface des VLC-Players auf. Genauso gut kann der Aufruf über ein PHP-Script erfolgen, damit das Web Interface direkt aus der GUI der elektronischen Zeitschaltuhr aufgerufen wird. Das Passwort für das Web Interface des VLC-Players ist in den Einstellungen des VLC-Players fest eingestellt und ist nicht angedacht vom Errichter / Bediener der Zeitschaltuhr zu verändern.

Das Python Script sendet den Befehl zum Signalwechsel Low zu High an ein WIFI-Relais. Als Übertragungsprotokoll wird MQTT verwendet. Die elektronische Zeitschaltuhr ist der MQTT-Broker und das WIFI-Relais ist der MQTT-Client.

Das Python Script wird als externe Python-Library aufgerufen. Die Library wurde vom VideoLan Team programmiert und unter liegt der GNU / GPL. Es dient der Ansteuerung des Mediaplayers VLC durch die elektronische Zeitschaltuhr. Eine Fernbedienung durch an die Zeitschaltuhr angeschlossene Taster oder eine automatische Zeitsteuerung oder eine Steuerung des VLC-Players über das Web Interface der Zeitschaltuhr von Audio- und Videosignalen mit Ausgabe an der HDMI-Schnittstelle wird in Verbindung mit weiteren Scripten ermöglicht.

PHP-Scripte Beschreibung:

Die gesamte Programmierung und Konfiguration der Zeitschaltuhr erfolgt über eine grafische Benutzeroberfläche (Graphical User Interface / GUI). Dabei ist es egal, ob die Bedienung der Eingabemasken, Symbole und Steuerelemente per Maus und Tastatur von einem PC, Notebook, oder durch Berührung eines Sensorbildschirmes von einem beliebigen Smartphone oder Tablet erfolgt. Die programmierten PHP-Scripte werden durch einen installierten Webserver an die verbundenen Geräte (Clients) der Zeitschaltuhr zur Verfügung gestellt.

Sämtliche zeitbezogenen Aufgaben und Befehle eines Scripts werden durch Cronjobs (Jobsteuerung) regelmäßig, zu einem bestimmten Zeitpunkt (Datum und Uhrzeit) oder nach dem Reboot / Systemstart ausgeführt. Die Cronjobs werden als Hintergrunddienst durch einen Cron-Daemon ausgeführt. Die Cronjobs werden in die Datei /var/spool/cron/crontabs/schaltzeiten.txt durch das php-Script „schaltzeiten.php“ eingetragen. Die Zeiten werden komfortabel über den Webbrowser eingegeben und als Variable übergeben und schließlich im richtigen Format als Cronjob eingetragen.

Über die GUI ist es für jeden einzelnen Ausgang möglich, diesen auf High- oder Low-Pegel zu schalten (zum Beispiel ein extern angeschlossener Relaiskontakt ist bei Neustart durch Spannungswiederkehr betätigt.

Der Errichter bzw. Bediener der Zeitschaltuhr kann somit über den Webbrowser eines entsprechenden Endgerätes die Ein- und Ausgänge der Zeitschaltuhr individuell programmieren.

Beispielsweisesoll von einem Eingang ein kurzer Impuls (Tasterschaltung oder ähnliches),ein Dauersignal (manueller Schalter, Automatikschalter für Dämmerung, Bewegung oder Präsenz, etc.)ausgewertet und ein Ausgang zeitabhängig geschalten werden, ein Ausgang nur zeitabhängig geschalten werden, soll ein Dimm- oder Schaltbefehl über den DALI-Bus gesendet werden, usw.

Die Einstellungen können benutzerabhängig freigegeben werden, z.B. Elektrofachkraft als Errichter der Zeitschaltuhr darf alle Einstellungen vornehmen und der Bediener, z.B. Hausmeister darf nur die Schaltzeiten bestimmter Ausgänge verändern.

zeitschaltuhr.php

Das PHP Script ist das zentrale Script für die Bedienung der elektronischen Zeitschaltuhr. Von hier aus erfolgt der Einstieg in alle weiteren Einstellungen durch weitere PHP-Scripte. Das Script beinhaltet auch Java Code für Darstellung der systemeigenen Echtzeituhr der Zeitschaltuhr.

Durch dieses PHP Script wird das Startverhalten der Ausgänge bei einem Neustart der elektronischen Zeitschaltuhr festgelegt. Die Zustände beim Systemstart können auf High-Pegel, Low-Pegel oder den letzten Zustand des jeweiligen Ausgangs eingestellt werden.

Durch dieses PHP Script werden die getätigten Einstellungen aus dem vorhergehenden Script „startverhalten.php“ dem Bediener angezeigt.

Das PHP Script ermöglicht das Schalten der Ausgänge und aller weiteren vorher beschriebenen Funktionen vom Web Interface aus.

Das PHP Script ist das erste Script für die Programmierung einer individuellen Schaltzeit der elektronischen Zeitschaltuhr. Es muss der Schaltkanal vom Bediener eingegeben werden.

Das PHP Script ermöglicht eine Voreinstellung ob eine programmierte Schaltzeit auf einen Ausgang wirken soll oder nicht (Kanal ist aktiviert oder deaktiviert).

Das PHP Script ist das zweite Script zur Programmierung einer Schaltzeit der elektronischen Zeitschaltuhr. Der Bediener muss festlegen, ob es sich um eine Einschaltzeit oder um eine Ausschaltzeit handelt.

Das PHP Script ist das dritte Script zur Programmierung einer Schaltzeit der elektronischen Zeitschaltuhr. Der Bediener gibt die Stunde 0-23 / * für jede Stunde, die Minute 0-59 / * für jede Minute, den Tag 1-31 / * für jeden Tag, den Monat 1-12 / * für jeden Monat und den Wochentag 1-7 / * für jeden Wochentag ein. Beim Wochentag sind auch bei der Eingabe ein Bindestrich (-) oder ein Komma (,) möglich, um einen Zeitraum von mehreren Wochentagen definieren zu können.

Mit diesem Script gibt der Bediener vor, wie sich Ein- und Ausgänge verhalten sollen. Im Beispiel-Script stehen folgende Funktionen zur Verfügung:

- Stromstoßschalter
- Impulseingang mit elektromechanischen Relais und Wechselkontakt
- Treppenlichtzeitschalter
- keine Funktion

Mit diesem Script wird dem Bediener angezeigt, welche Funktionen für die Eingänge Zugehörigen Ausgängen eingestellt sind.

Das Script zeigt die programmierten Schaltzeiten an. Mit einem „sortieren“ Button lassen sich die Schaltzeiten chronologisch sortieren, damit diese auch in der richtigen Reihenfolge von der elektronischen Zeitschaltuhr abgearbeitet werden. Mit dem „übertragen“ Button werden die Schaltzeiten als Cronjob übergeben.

Dieses Script ermöglicht das Löschen von einzelnen oder von allen Schaltzeiten gleichzeitig.

Das PHP Script ist das vierte Script zur Programmierung einer Schaltzeit der elektronischen Zeitschaltuhr. Der Bediener kontrolliert die eingegebenen Daten und hat die Möglichkeit diese zu speichern (Zwischenspeicherung in die Datei schaltzeiten.txt) bevor diese noch sortiert werden müssen und schließlich als Cronjob übernommen werden. Sollte die Eingabe der Schaltzeit nicht korrekt sein, so hat der Bediener die Möglichkeit in die Scripte für die Eingaben einer Schaltzeit zurück zu kehren.

Beschreibung sonstige Scripte:

Die Scripte smbus.service und mosquito.service sind bereits weiter vorne beschrieben worden. Ansonsten finden noch folgende Scripte Anwendung:

dhtml.js

Das Java Script erzeugt eine laufende Datums- und Uhrzeitanzeige, die beliebig mit dem PHP Script „zeitschaltuhr.php“ per Eingabe oder durch einen angeschlossenen GPS-Empfänger und/oder der internen Echtzeituhr formatiert werden kann. Umgesetzt wird das Ganze durch eine eingebundene DHTML-Bibliothek. Der zugehörige HTML-Teil befindet sich im PHP Script „zeitschaltuhr.php“.

Das Bash Script besteht lediglich aus zwei Zeilen und kann dazu verwendet werden, die Ethernetschnittstelle bedarfsweise ausser Funktion zu setzen. Dies kann z.B. gewünscht sein, um den Sicherheitsstandard der elektronischen Zeitschaltuhr zu erhöhen, da die Zeitschaltuhr auch ohne LAN / www voll funktionsfähig bleibt. Das Script kann zum Beispiel als Cronjob bei jedem Systemstart ausgeführt werden. Der Cronjob zur Ausführung dieses Bash Scripts kann in die GUI des Web Interfaces integriert werden.


 #!/bin/bash
 sudo ip link set eth0 down

Textdateien, die zur Speicherung von Zuständen verwendet werden:

Die in den Textdateien gespeicherten Werte sind Binärzahlen (1/0), in der Regel als 8 Bit zeilenweise abgespeichert oder als Dezimalwert, der einen Byte entspricht, abgespeichert. Die gespeicherten Werte werden von verschiedenen Scripten geschrieben und gelesen um untereinander interaktiv operieren zu können.

Bezugszeichenliste

1.1, 1.2: Computer-Zeitschaltuhr
2: Stift- oder Buchsenleiste, 40-polig
3: Platine für Ein- und Ausgänge
4: Echtzeituhrmodul
5.1, 5.2: Ein-/Ausgangsports
6.1: DALI-Master-Modul
6.2: Pegelwandler
7: Einplatinencomputer
8: USV Platine mit Weitbereichsspannungseingang
9: GPIO Ports
A0, A1, A2: I2C-Adressierung
K1 bis K35: Printklemmenanschlüsse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEEE 802.11n [0148]
ISO/IEC PRF 20922 [0160]

Claims

Elektronische Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) bestehend aus einem Einplatinencomputer (7), einer USV-Platine mit Weitbereichsspannungseingang (8), einem Pegelwandler (6.2) einem Echtzeituhrmodul (4), Ein-/Ausgangsports (5.1, 5.2) angeordnet auf einer Ein- und Ausgangsplatine (3), einer Funkantenne mit einem Funksender und einem Funkempfänger und einem DALI-Mastermodul (6.1), dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) als wireless Access-Point betreibbar ist.
Elektronische Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) via WLAN mit WPA2-Verschlüsselung kommuniziert und als DHCP-Server IP-Adressen für Clients vergibt.
Elektronische Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) auf ein auf dem Einplatinencomputer (7) lauffähiges, auf einer Speichereinheit abgespeichertes, eigenes Betriebssystem zugreift, das die Grundfunktionen der elektronischen Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) und die Zugriffe auf externe und interne Daten, bereitstellt und eine eigene GUI bzw. Web-Interface besitzt.
Elektronische Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) mindestens eine UART-Schnittstelle und mindestens eine ISP-Schnittstelle und/oder eine Schnittstelle zum Anschluss eines GPS-Empfängers, und/oder eine Schnittstelle zum Anschluss eines Funksende/-empfangsmoduls, und/oder eine KNX-Busschnittstelle und/oder eine I²C-Busschnittstelle und/oder eine CAN-Busschnittstelle und/oder mindestens eine USB-Port-Anschluss zur Speichererweiterung und/oder eine HDMI-Schnittstelle aufweist.
Elektronische Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) ein Gehäuse besitzt, das von zwei zusammensteckbaren Gehäuseschalen gebildet ist, wobei eine der Gehäuseschalen auf eine HUT-Schiene anordenbar ist.
Elektronische Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einplatinencomputer (7) als Mastergerät betreibbar ist.
Elektronische Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einplatinencomputer (7) als embedded System realisiert ist.
Elektronische Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Ein- und Ausgangsplatine 3 innerhalb des Gehäuses fünfunddreißig Printklemmen (K1 bis K35) zur Bereitstellung von Ein- und Ausgängen,seriellen Schnittstellen und Busanschlüssen angeordnet sind.
Elektronische Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) einen Hardware Watchdogdienst zur permanenten Systemüberwachung besitzt.
Elektronische Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ein DIN-Hutschienenleergehäuse mit integrierten Schnappfuß ist und die Innenseiten des Gehäuses mit einem EMV-Schutzlack überzogen sind.
Elektronische Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der elektronischen Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) als DALI-Master autonom DALI-Betriebsgeräte zeitsteuerbar sind und/oder diese manuell via angeschlossene Taster ansteuerbar sind, wobei die Anzahl von DALI-Kanälen der elektronischen Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) erweiterbar sind.
Elektronische Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die elektronische Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) herkömmliche Fernschalter als Stromstoßschalter, Treppenlichtschalter und alle Arten von Multifunktionsrelais ersetzbar sind, indem an den Eingängen Taster mit Schließer- und/oder, Öffner- und/oder Wechselkontakten und an den Ausgängen Solid-State-Relais und/oder halbelektronische bistabile Relais und/oder Schütze mit 24 V DC-Versorgungsspannung angeschlossen sind.
Elektronische Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die elektronische Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) durch Anschluss von Tastern mit Schließer- und/oder, Öffner- und/oder Wechselkontakten manuell oder automatisch zeitgesteuert Audio- und/oder Videosignale über einen HDMI-Ausgang zu- oder abschaltbar sind, die auszugebende Lautstärke regulierbar und/oder alle Bedienfunktionen eines in der elektronischen Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) implementierten Multimediaplayers bereitstellbar sind.
Elektronische Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Zeitschaltuhr (1.1, 1.2) mit externen Geräten, auch WIFI-Mikrokontrollern, via WLAN bidirektional kommuniziert.