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1-Wire ist die Bezeichnung für ein einfaches, dennoch leistungsfähiges Bussystem, dass nahezu beliebig erweiterbar ist. Durch Verwendung geschirmter Leitungen, einer Spannung von 5 V und einem Strom von nur wenigen millionstel Ampere ist 1-Wire praktisch völlig strahlungsfrei. Dies ermöglicht ein kostengünstiges und ausserordentlich energieeffizientes Design sowie kleine Bauformen der Komponenten. 1-Wire wird bereits seit mehr als 10 Jahren in weit über 100 Millionen Geräten für Messung von Temperatur, Akkupacks sowie zur Fälschungssicherung eingesetzt. Seit 2009 bieten wir auf 1-Wire basierende Server, Sensoren und Aktoren unter dem Markennamen „WireGate“ für den Einsatz in der Gebäudeautomatisierung an.


Vorteile:

Einfach EINFACH:
   Keine Programmierung notwendig: Einbauen, Anschließen, Fertig!
   Lediglich eine Leitung für 20-100 Geräte / Sensoren / Teilnehmer
   Kleine Baugrößen ermöglichen örtlicher Einbau, hierdurch Einsparung von Verkabelung

PREISWERT PREISWERT:
   Temperatursensor (je nach Ausführung): ca. 2 € - 40 €*
   Multisensoren (für Unterputz): ca. 38 € - 60 €*
   Universal I/O: ab ca. 5 €* pro Kanal
   Standard Busmaster: ab ca. 20 €*

ENERGIEEFFIZIENT ENERGIEEFFIZIENT:
   iButton: ca. 10 μW**
   Temperatursensoren: ca. 15 μW**
   Universal I/O: ca. 0,5 mW**
   Multisensoren (Feuchte / Licht): ca. 2,5 - 5 mW**
   Standard Busmaster: ca. 7,5 mW**
   Multifunktionsgateway (je nach Ausführung): ca. 2,5 - 10 W**

*Preise inkl. 19% MwSt zzgl. Versandkosten, Stand Juli 2013, Änderungen vorbehalten; **(μ= mikro = 1 / 1.000.000 = ein Millionstel) , (m = milli = 1/1.000 = ein Tausenstel)


Einsatzbereich für 1-Wire

1-Wire eignet sich insbesondere für Sensorik, (Temperaturmessung, Akkuüberwachung, Spannung, Temperatur, Stromfluss), zur Steuerung und Meldung (Tasterschnittstelle, Fensterkontakt, Rauchmelder) sowie für Identifikation durch einmalige, eindeutige und nicht veränderbare 64 Bit-Seriennummern (Zugangskontrolle, digitales Schlüsselbrett).

Weiterhin sind Offline-Sensoren (iButton) verfügbar, die Einsatz in der Lebensmittelüberwachung (z.B. Thermochron iButton) und im Agrarbereich als Datenlogger finden. Hierbei wird z.B. Luftfeuchte und Temperatur regelmäßig von den iButtons autark (ohne permanenten "1-Wire Busanschluss") intern protokolliert und dies kann später über einen 1-Wire Busmaster / Hostinterface ausgelesen werden.

Im Bereich der Gebäudeautomatisierung sind 1-Wire Sensoren, insbesondere wegen des sehr günstigen Preises, der sehr einfachen Verkabelung vor allem für die Erfassung von Temperatur-, Luftfeuchte, Barometrischer Druck, Luftgüte, Umgebungslicht, Erfassung von Fenster-Kontakten usw. sowie für die laufende Messung anderer Umweltwerte interessant.


Installation mit 1-Wire-Sensoren:

1-Wire Sensoren beinhalten bereits komplett die Auswertung und Digitalisierung sowie das 1-Wire Businterface. Bei den Temperatursensoren befindet sich dies alles in einem winzigen TO-92 Gehäuse - oder im Fall von SMD-Komponenten - noch kleiner.

Wegen der Digitalisierung im Sensorelement entfällt auch jegliches Kalibrieren wegen Leitungslänge, zudem sind die Sensoren mit +/- 0,5 °C deutlich genauer als übliche PT100- bzw. PT1000 Fühler und deren Auswerteelektroniken mit Toleranzen von zumeist +/- 2 °C.
WireGate 1-Wire-Sensoren
Die Anschlüsse der Sensoren werden dabei untereinander auf einfachste Weise verbunden, z.b. mit einer einfachen zweiadrigen Ringleitung von Raum zu Raum (ohne hierbei den Ring elektrisch zu schließen). Durch die in jedem Sensor enthaltene Seriennummer ist eine zweifelsfreie Zuordnung zur Messstelle jederzeit möglich.

An einer Stelle in diesem Bus wird der Busmaster / Hostadapter angeklemmt, der auch die Stromversorgung (2,8 bis 5,5 V) über eine optionale dritte Ader zur Verfügung stellt und die Kommunikation auf dem Bus steuert (One-Master / Multi-Slave).

In aller Regel können die Sensoren Ihren Strombedarf mittels integriertem Kondensator aus der Datenleitung versorgen ("Parasitic Power"), so dass zwei Adern meistens ausreichend sind, bei größerem Strombedarf oder für erweiterten Temperaturbereich können zusätzliche Adern mit 5 V und / oder 12 V nötig werden. Bitte beachten Sie hierzu die Angaben zu den jeweiligen Geräten.

Hinweis: Alle WireGate 1-Wire Temperatur Sensoren sowie der Multisensor (ohne VOC) als auch der Multi-IO (6IO) können mit Parasitic Power betrieben werden (bei begrenzter Anzahl pro Bus, bitte Datenblatt beachten)! Für die - derzeit in Entwicklung befindlichen - Produkte Multisensor mit VOC als auch für den Multi-IO 8Led4Rel wird eine separate Versorgungsspannung mit 12 V erforderlich sein.

Der Preis pro Sensorlinie mit fertig konfektionierten Fühlern liegt bei ca. 20 Messstellen bei je 32,44 EUR (inkl. WireGate Multifunktionsgateway, Busmaster / Hostadapter und 20 Kabeltemperaturfühlern). Dieser Vergleich ist eigentlich ungenügend, weil hierbei noch nicht die mit dem Wiregate Multifunktionsgateway erheblichen erweiterten Fähigkeiten beachtet sind.


Topologie / Empfehlungen für 1-Wire Bus:

Die optimale Funktion des 1-Wire Bus wird vor allem von drei Parametern entscheidend bestimmt:

1. Auswahl des richtigen Busmasters und dessen Ansteuerung durch die Software. Letzteres übernimmt das WireGate Multifunktionsgateway optimal für Sie.
2. Anzahl der Sensoren und die Summe der Länge aller Leitungen.
3. Und insbesondere die verwendete Topologie (Bus, Stern usw.).

Tabellarische Übersicht der verschiedenen Topologien für 1-Wire Bus:

Art:Bezeichnung:Zulässig / Länge:Empfohlen:
1-Wire Installation als Linie mit Abzweigen

Baumstuktur


1-Wire Baumstuktur
Ja, 50 - 100m Gesamtlänge und 10 - 20 SensorenEingeschränkt, nur bei kleinen Installationen
als Bus mit kurzen Abzweigen (einige Meter)

Baumstuktur, kurze Abzweige


1-Wire Baumstuktur, kurze Abzweige
Ja, bis bis zu 100m möglich.Ja, fast optimale Längenausdehnung möglich.
Wird auf die "Äste" verzichtet, alle Sensoren hängen hintereinander

Linie


1-Wire Linie
Ja, bis zu 150m möglich.Ja, optimale Installation, maximale Reichweite.
Alle Sensorleitungen werden an einem Punkt zusammen-geführt

Stern


1-Wire Stern
Ja, bis 100m Gesamtlänge möglich <= 10 Sensoren.Eingeschränkt, nur bei kleinen Installationen
Wird ein Ende mit dem Anfang verbunden entsteht ein

=> Ring


1-Wire Stern
NeinNein, keine Funktion

Hinweis zu dieser Tabelle: Die obigen Angaben beziehen sich auf die Einhaltung der weiter unten angegebenen Empfehlungen zu Installationsleitungen, Aderbelegung, Schirmung und Abstand von Störeinstrahlungen.

Mischstrukturen: Diese Topologie können in gewissen Grenzen auch gemischt werden. Hinsichtlich der Längenempfehlungen und max. Anzahl der Sensoren sollten dann jedoch hierbei diejenigen der beteiligten Topologie mit den geringsten Angaben beachtet werden. Beispiel: Werden etwa Sensoren in Linien verschaltet und diese Linien wiederum im Stern zueinander, empfehlen wir eine Gesamtlänge von 100m und einen Anzahl von 20 Sensoren insgesamt nicht zu überschreiten.

Einschränkungen bei Verwendung von Parasitic Power: Bei Anschluss der 1-Wire Sensoren mit "Parasitic Power", wie weiter unten beschrieben, empfehlen wir topologieunabhängig eine maximale Länge von 100m und nicht mehr als 20 Sensoren. Bitte beachten sie auch, dass bei Nutzung von Parasitic Power die maximale messbare Temperatur etwa 85 °C (anstatt bis zu 125 °C) beträgt - was für die meisten Einsatzbereiche jedoch ausreichend ist.

Pro 1-Wire Bus: Diese Angaben gelten jeweils pro 1-Wire Bus, jedoch können - je nach Hostmaster / Gateway - auch mehrere Busse angeschlossen werden.

Mehrere Busmaster: Am WireGate Multifunktionsgateway können theoretisch rund 80 Busmaster mit jeweils 20 Sensoren angeschlossen werden. Bis 15 Busmaster / Hostinterfaces haben wir dies auch positiv getestet. WireGate DS9490R 1-Wire USB Adapter
Reichweitenverlängerung über Ethernet: Hinsichtlich z.B. des Einsatzes in großen Gebäuden mit mehreren Stockwerken können auch mehrere Hostmaster (an dem dann wiederum mehrere 1-Wire Busmaster / USB Hostadapter angeschlossen sind) über Ethernet verbunden werden. Als Hostmaster können hierfür sowohl weitere WireGate Multifunktionsgateways als auch mehrere 1-Wire IP Busextender über Ethernet miteinander verbunden werden. Hiermit wird die Reichweite über Ethernet erheblich erweitert.
Einfachste Konfiguration: Innerhalb des selben IP-Subnetzes erkennen sich alle Multifunktionsgateways und IP-Extender dabei jeweils selbständig, es ist - sofern ein DHCP-Server vorhanden ist - keinerlei Konfiguration notwendig. Anstecken genügt. An jedem WireGate Multifunktionsgateway stehen alle Werte aller an allen anderen Multifunktionsgateways / IP-Extendern angeschlossenen 1-Wire Sensoren / Aktoren zur Verfügung.
1-Wire IP Busextender Medium

Weitergehende Informationen: Für weitergehende Informationen sei auf die Anwendungshinweise des Herstellers Maxim verwiesen (in Englisch http://pdfserv.maxim-ic.com/en/an/AN148.pdf), an denen wir uns - allerdings sehr konservativ - zusätzlich zu eigenen Tests und Erfahrungen orientiert haben.

Wenn die hier genannten Punkte und Grenzen berücksichtigt werden, ist ein weitergehendes Studium dieses Hinweise von Maxim allerdings nicht notwendig.


Installationsvariante 1-Wire-Sensoren mit "Parasitic Power" (empfohlen):

1-Wire Parasitic Power

Hinweis: Diese schematische Skizze gibt nicht die Anschlussbelegung / Pinbelegung eines bestimmten Sensors wieder. Bitte hierfür ausschließlich jeweiliges Datenblatt beachten!

Bitte prüfen Sie unbedingt zuvor anhand der Herstellerangaben / Datenblätter, ob ein 1-Wire-Sensor für die parasitäre Stromversorgung über die Datenleitung DATA (auch als DQ bezeichnet) geeignet ist. Dies ist insbesondere bei Multisensoren (Temperatur, Luftfeuchte, Druck, Umgebungslicht) bzw. IO-Boards von anderen Herstellern nicht immer der Fall. Diese Anschlussvariante wird zumeist als "Parasitic Power" bezeichnet. Alle unsere WireGate Temperaturen-Sensoren sind grundsätzlich hierfür geeignet. Ebenfalls kann unser Multisensor (ohne VOC) und der Multi-IO (6IO) parasitär angeschlossen werden.

Bei parasitären Betrieb werden am Sensor nur zwei Adern vom Busmaster angeschlossen: GND und DATA (DQ).

Wichtige Hinweise zur Konfiguration: Für Sensoren mit ausschließlich dem Element DS18B20 gilt: Der Anschluss VDD des Sensorelementes ist mit GND zu verbinden, damit das Sensorelement auf parasitäre Versorgung konfiguriert wird. Dies kann am Sensor, in Stockwerks-Klemmdosen oder innerhalb der Verkabelung bis kurz vor dem Busmaster erfolgen. Zu beachten hierbei: Der Ausgang VDD des Busmasters darf nicht mit GND verbunden werden, da hierdurch ein Kurzschluss entsteht. Die oben beschriebene Brücke ist also nur sensorseitig vorzunehmen, keinesfalls darf diese den Ausgang VDD des Busmaster einbeziehen! Beim Multisensor und beim Multi-IO dürfen solche Brücken ebenfalls NICHT an den Anschlüssen angebracht werden. Es ist JEWEILS das Datenblatt hierzu zu beachten.

Der Sensor bezieht seine Spannungsversorgung hierbei "parasitär" aus der DATA-Leitung und speichert die Betriebsenergie während der HIGH-Phasen der Datenleitung in einem Kondensator zwischen. Damit insbesondere zum Aufladen des Kondensators bei High-Pegel ein ausreichend großer Strom geliefert werden kann ist sowohl die richtige Ansteuerung durch die Software als auch ein Busmaster / Hostadapter mit Strong-Pullup erforderlich. Die im WireGate Multifunktionsgateway oder in den IP Extendern enthaltene Software sowie der in unserem Shop erhältliche Busmaster / Hostadapter unterstützen dies!

Zu Beachten für den parasitären Betrieb:
- Nur bei Sensoren deren Datenblatt diesen Betrieb vorsieht (Temperatur / Luftfeuchte)
- Nur wenn die Software des Hostmasters und der Busmaster dies auch unterstützen!
- Gesamt-Kabellänge pro Bus: <=100m
- Anzahl der Sensoren pro Bus: <=20
- Eingeschränkter Messbereich bei Temperatursensoren: max: ca. 85°C
- Für Sensoren die ausschließlich das Sensorelement DS18B20 enthalten gilt meist: Pin 'VDD' des Sensors ist zur Konfiguration der parasitären Betriebsart sensorseitig mit 'GND' zu verbinden! Jedoch nicht bei parasitär betriebenen Multisensoren oder Multi-IO unseres Hauses. Daher: Bitte immer das jeweilige Datenblatt beachten!

Wir empfehlen die parasitäre Installationsvariante wegen dem deutlich geringeren Verkabelungsaufwand und der geringeren Wahrscheinlichkeit von Fehlverdrahtungen. Auch ist dies die zumeist am leichtesten nachträglich nutzbare Variante, da bei bestehender Fernsprech- oder KNX-Verkabelung oftmals noch zwei miteinander verdrillte Adern frei sind. 1-Wire ist SELV und darf daher mit anderen SELV-Anwendungen wie z.B. KNX zusammen in der selben Leitung (aber auf verschiedenen Adern) genutzt werden.

Empfehlung bei Neuplanung: Um alle Möglichkeiten zur späteren Erweiterung für Sensoren die eine zusätzliche Spannungsversorgung benötigen (z.B. Luftgütesensor VOC oder Multi-IO für LEDs) offenzuhalten, empfehlen wir, trotz überwiegend möglichen parasitärem Anschluss der Temperatursensoren mit nur zwei Adern, soweit möglich, mind. 3-4 Adern für 1-Wire zu verlegen und vorzusehen.


Installationsvariante mit 1-Wire-Sensoren und Stromversorgung durch den Busmaster:
1-Wire Aufbau mit separater Stromversorgung
Hinweis: Diese schematische Skizze gibt nicht die Anschlussbelegung / Pinbelegung eines bestimmten Sensors wieder. Bitte hierfür ausschließlich jeweiliges Datenblatt beachten!

Alle Temperatursensoren sowie der Advanced Multisensor dürfen auch - anstatt parasitärer Versorgung - mit 5 V aus dem Busmaster versorgt werden. Der Busmaster kann insgesamt einen Strom bis 25 mA liefern.

Hinweis: Bitte beachten Sie bitte unbedingt die Datenblätter zum jeweiligen Sensor.



Installationsvariante mit separater Stromversorgung durch externe Netzteile

Bei Verwendung anderer Sensoren mit höherer Stromaufnahme (z.B. Multisensor mit Luftgütesensor VOC oder Multi-IO mit daran angeschlossenen LEDs & Relais) muss die Stromversorgung durch separate Netzteile mit 5 V bzw. 12 V (stabilisiert) erfolgen.

Hierbei werden am Busmaster nur GND und DATA angeschlossen. Die Spannungsversorgungen für 5 V und / oder 12 V sind an das Netzteil anzuschließen. Wichtig: GND des Netzteiles muss hierbei mit GND des Busmaster verbunden werden.

Hinweis: Bitte beachten Sie bitte unbedingt die Datenblätter zum jeweiligen Sensor.

Mischbetrieb: Alle Installationsvarianten können auf dem gleichen Bus auch gemischt betrieben werden. Bei den parasitär betriebenen Sensoren wird hierbei lediglich sensorseitig VDD auf GND gelegt (soweit nötig und zulässig).


Leitungen / Aderbelegung:

Für die meisten Einsatzzwecke ist die normale Fernmeldeinstallationsleitung ("Telefonkabel") J-Y(ST)Y 2x2x0,8 bzw. eine KNX-Installationsleitung bestens geeignet.

Anmerkung zum Durchmesser bzw. Querschnitt der Adern: Leider werden die Angaben zu Durchmesser (mm) bzw. Querschnitt (mm²) von Adern vom Groß- und Einzelhandel gerne miteinander verwechselt. Insbesondere im Shop zum goldenen 'C' waren die Angaben bei gefühlt der Hälfte der überprüften Artikel falsch. Wir empfehlen daher dringend immer die Originaldatenblätter der Hersteller zu prüfen.

Im wesentlichen lassen sich drei Angaben finden: Für dünnere Adern ist oft die Angabe des Aderndurchmessers in mm üblich. Seltener ist hier die Angabe des Querschnittes in mm² oder AWG. Um aus der AWG - Zahl den Querschnitt zu ermitteln, ist die Zuhilfenahme einer Tabelle erforderlich.

Der Querschnitt ist hierbei die Schnittfläche einer Ader. Über diesen Querschnitt findet die Stromleitung statt. Ein doppelter Querschnitt bedeutet hierbei eine Halbierung des elektrischen Widerstandes einer Leitung und damit auch eine Halbierung der Verluste.

Wir empfehlen 0,8 mm Durchmesser: Zwar sind Leitungen mit einem Aderndurchmesser von 0,6 mm verbreiteter und "üblicher" als mit 0,8 mm, jedoch ist der Querschnitt beim 0,8er mit fast 0,5 mm² doppelt so groß wie beim 0,6 mm mit einem Querschnitt von nur 0,25 mm². Damit beträgt der Schleifenwiderstand entsprechend nur die Hälfte und der Spannungsbfall ebenfalls. Insbesondere für Sensoren mit höherer Stromaufnahme wie Multisensoren mit VOC oder Multi-IO mit LED-Ansteuerung ist ein Aderndurchmesser von 0,8 mm äußerst empfehlenswert.

Datenleitungen wie CAT 5 / 6 / 8 wie für Ethernet sind zwar von der Störfestigkeit und der Übertragungsqualität mehr als geeignet für 1-Wire, jedoch beträgt der Querschnitt mit zumeist AWG 24 = ca. 0,2 mm² nur etwa 40 % des von uns empfohlenen Querschnittes von 0,5 mm² (Durchmesser 0,8 mm).
Für normale Temperatur- und Multisensoren ist dieser Querschnitt zwar völlig ausreichend für Längen bis 100 m und 20 Sensoren, jedoch führt dieser geringe Querschnitt bei Sensoren mit vergleichsweise hoher Stromaufnahme (insbesondere bei mehreren davon an einem Bus) wie z.B. Multisensor mit VOC (mit ca. 35 mA gegenüber einem Multisensor ohne VOC mit ca. 500 uA) zu hohen Leitungsverlusten. Bei eigenen Berechnungen zum Spannungsabfall bitten wir den Schleifenwiderstand zu berücksichtigen, also den Widerstand für Hin- und Rückweg zur Spannungsquelle.

WICHTIGER Hinweis zur Adernbelegung: Für maximale Störfestigkeit ist für die Signale 'DATA' (auch als 'DQ' oder '1W' bezeichnet) und 'GND' ein verdrilltes Adernpaar zu verwenden! (bei J-Y(St)Y sind dies meist entweder rt/sw oder ge/ws)

- Festverdrahtet: Beliebig in UP / AP-Dosen mit z.B. (Micro)-Steckklemmen oder in der Verteilung auf Reihenklemmen bzw. LSA+-Leiste.

- Steckbar: Wenn lösbare Steckverbindungen bevorzugt werden: Mit handelsüblichen zwei- oder vierpaariges Twisted-Pair-Kabel ab Kategorie 5 aufgelegt auf Panels und Hubs mit RJ12 / RJ45-Steckern.


Belegung der Adern bei Nutzung mit Stecker

Farbe
(z.B. J-Y(St)Y)
Farbe
(WireGate Sensoren)
FunktionRJ-12
6/6 Stecker
RJ-45
8/8 Stecker
Schwarz (sw)BlauMasse (GND)45
Rot (rt)WeissData34
   23
Gelb (ge)SchwarzVDD (+5 VDC)12

RJ-12 Stecker
(von vorne)
RJ-45 Stecker
(von vorne)
Belegung 1-Wire RJ12 Belegung 1-Wire RJ45 

Praktische Hinweise:

Die Schirme und Beilaufdrähte werden nicht angeschlossen und an Klemmstellen nicht durchverbunden.

Wir empfehlen die Sensoren nacheinander anzuschließen und jeweils einen Suchlauf am WireGate Multifunktionsgateway zu starten und die Zuordnung (Name / Bezeichnung) vorzunehmen.

WireGate Label Von uns bezogene konfektionierte WireGate 1-Wire Sensoren haben ein Etikett mit der Seriennummer, die bei der Installation einfach nur notiert werden sollte.


Vorteile 1-Wire:
  Günstige Sensoren und Gateways / Adapter
  Einfach in der Verdrahtung (Bus), vergleichbar mit anderen Bussystemen (KNX, DALI, etc.)
  Hohe Genauigkeit (bei Temperatursensoren)
  Keine Messwertverfälschung durch Leitungslänge/Störeinflüsse (digitale Messwertübertragung vom Sensor zum Busmaster / Hostadapter)
  Einfache Zuordnung da jeder Sensor eine eindeutige Seriennummer hat.


Nachteile:
  "Relativ" langsam beim auslesen (zwischen 100 und 750ms je nach Auflösung 9 - 12 Bit), dürfte in der Praxis jedoch völlig vernachlässigbar sein.
  Für Leitungslängen >100 m sind nicht alle Topologien möglich.

 

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