KOALA Hardware Manual
Das KOALA System ist auf einer „Europakarte“ (160 x 100 mm) aufgebaut. Es enthält alle Komponenten und Funktionen entweder auf dem Basisboard oder auf den Modulen die auf die Leiterplatte über Sockel montiert sind. Drei Module komplettieren das System:
- Schaltregler (DIL 24 Modul “AQM5973”
- Microcontroller(DIL 32 Modul “AQM8S105”)
- Fernsteuerempfänger (868 MHz , “FS20SM8”, ELV Electronic)
Über einen 10-poligen Verbinder (Conn2) und ein entsprechendes Flachbandkabel kann eine weitere Leiterplatte (Disp16LED) mit 16
LEDs zur Signalisierung der verschiedenen Kanäle angeschlossen werden. Die dabei verwendete Schnittstelle ist ein SPI Interface.
Das System bietet eine Kommunikationsschnittstelle (UART) zu einem PC um die Ausgabe der Alarmdaten oder Konfiguration besser visualieren zu können.
Über die UART kann die Funktion der Anlage auch zusätzlich konfiguriert werden, bzw. es können verschiedene Szenarien für die Alarmauslösung in das
KOALA-System geladen werden.
Unabhängig vom PC arbeitet das System völlig autark über mehrere Tage durch die separate Möglichkeit einer Notstromversorgung von einem 12V Blei-Gel-Akku.
Die Stromaufnahme des Gesamtsystems ist dabei sehr niedrig und durch die Verwendung eines Schaltreglers auch unkritisch.
Das KOALA-Board paßt, inclusive des LED-Boards, in ein kompaktes Kunststoffgehäuse mit den Abmessungen 200 x 112 x 50 mm. Das Basis-Board wird auf die
dafür vorgesehenen Befestigungspunkte des Gehäuses in der Bodenschale mit Schrauben montiert.
Gleiches gilt für das LED Signalisierungsboard das in entsprechender Weise im Deckel des Gehäuses Platz findet. Die montierten SMD-LEDs sind
durch entsprechende Bohrungen im Gehäusedeckel, sichtbar.
Die Verbindung beider Boards erfolgt durch ein 10-poliges Flachbandkabel mit Steckern an beiden Seiten. Das LED-Board bietet neben den 16 LEDs für
die Alarmkanäle auch zwei Steckverbinder um einen externen "Buzzer" (der
Interne befindet sich auf dem Basis-Board) und einen Kontakt für das Aktivieren/Deaktivieren der LEDs zu installieren.
System Anschluß
Das KOALA-Systemboard hat verschiedene Steckverbinder für unterschiedliche Ein-/Ausgangs Funktionen. Es kommen einreihige PSK Steckerverbinder, bzw. zweireihige Wannenstecker im 2.54 mm Raster, eine Sub-D 9 Buchse für die UART-Verbindung oder Leiterplattenklemmen zum Einsatz. Die Steckverbinder sind ausschliesslich auf dem System-Board verbaut, mit der Ausnahme des Programmiersteckers für das Microcontroller Modul.
- Conn 1 14-poliger Wannenstecker 2.54mm für die Alarmausgabe
- Conn 2 10-poliger Wannenstecker 2.54mm für des LED Flachbandkabel
- Conn 2 10-poliger Wannenstecker 2.54mm für des LED Flachbandkabel
- Conn 3 9-polige Sub-D Buchse für den UART Anschluß
- Conn 4 4-poliger, einreihiger PSK Stecker 2.54mm für externe Alarm-LEDs
- Conn 5 2-polige Leiterplattenklemme für die +12V Versorgung
- Conn 6 2-polige Leiterplattenklemme für die +12V Akku-Versorgung
- Conn 7 8-polige Leiterplattenklemme für die drahtgebundenen Alarmeingänge 1 bis 4
- Conn 8 8-polige Leiterplattenklemme für die drahtgebundenen Alarmeingänge 5 bis 8
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Bei Wandmontage des Gehäuses werden alle Anschlüsse von unten zugeführt, mit Ausnahme der Alarm-Eingänge die seitlich durch das Gehäuse
geführt und per Leiterplattenklemme angeschlossen werden.
Details der Anschlüsse und deren Lage auf dem Board sind der
nachfolgenden Zeichnung zu entnehmen.
Versorgungsspannung (Conn 5)
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Die primäre Versorgungsspannung von +12 Volt wird über die zweipolige Leiterplattenklemme (Conn 5) angeschlossen. Die Spannung ist gegen eine versehentliche Verpolung durch eine Schottky-Diode geschützt und damit gleichzeitig von der Batterieversorgung entkoppelt. Im Gegensatz zum Anschluß der Batterie (Conn 6) wird die Primärspannung vom Microcontroller überwacht, dadurch kann der Ausfall der Spannung oder ein mutwilliges Unterbrechen detektiert werden. |
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Verbinder: Versorgungsspannung (Conn 5) |
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| Pin | Signal | Richtung | Art | Kommentar |
| 1 | + 12 Volt nominal (+ 9 V …. + 20 V) | Eingang | Versorgung | Linker Anschluß |
| 2 | Masse | GND | Versorgung | Rechter Anschluß |
Die Überwachung der Versorgungsspannung für das System erfolgt über drei Schaltschwellen:
„zu hoch“ (> 14 Volt), „zu niedrig“ (<9V) und „Ausfall“ (<2V).
Die Schaltschwellen „zu hoch“ und „zu niedrig“ sind programmierbar. Der maximale Eingangsstrom für diesen Spannungsanschluß ist durch eine 0.5 A Sicherung (Si 1) auf dem Basisboard limitiert.
Achtung: Falls die Eingangsspannung am Primäranschluß die nominal vorgegebenen +12V überschreitet, wird diese Spannung auch an den Alarm-LEDs (Conn 4) anliegen. Die angeschlossenen LED-Cluster müssen für diese erhöhte Spannung ausgelegt sein !
Batterieversorgung (Conn 6)
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Die zweipolige Leiterplattenklemme “Conn 6” dient zum Anschluss einer Notstrom-Batterie (Blei-Gel), für den Fall eines Ausfalls der Primärversorgung. Die Anschluss Klemme liegt neben der des Primäranschlusses am rechten unteren Rand des Boards. Der positive Anschluss-Pol ist ebenfalls durch eine Schottky-Diode gegen Verpolung geschützt und erlaubt das Laden des Akkus im normalen Betrieb. |
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Verbinder: Batterieversorgung (Conn 6) |
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| Pin | Signal | Richtung | Art | Kommentar |
| 1 | + 12 Volt nominal (+ 9 V …. + 20 V) | Eingang | Batterie | Linker Anschluß |
| 2 | Masse | GND | Batterie | Rechter Anschluß |
Die Batterieversorgung wird nicht vom System überwacht, da diese Aufgabe von einem externen Ladegerät übernommen wird. Der maximale Strom über den Batterieanschluss ist durch eine zweite Sicherung (Si 2) begrenzt, der Wert der Sicherung ist ebenfalls 0.5 Ampere.
Achtung: Falls die Eingangsspannung am Batterieanschluss die nominal vorgegebenen +12V überschreitet, wird diese Spannung auch am Steckverbinder der Alarm-LEDs (Conn 4) anliegen. Die angeschlossenen LED-Cluster müssen für diese erhöhte Spannung ausgelegt sein!
Alarm Eingänge (Conn 7 und Conn 8)
Über zwei 8-polige Leiterplattenklemmen “Conn 7” und “Conn 8” werden die leitungsgebundenen Alarmsignale an das System angeschlossen, wobei das jeweilige Eingangssignal und die dazu passende Masse auf benachbarten Klemmen liegen um einen einfachen Anschluss zu ermöglichen.
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Alarm Eingänge 1 bis 4 (Conn 7) |
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| Pin | Signal | Richtung | Spannung | Kommentar |
| 1 | Masse des Systems | Masse | 0 Volt | |
| 2 | Eingang Kanal 4 | Eingang | +5.0 Volt | über 33 kOhm |
| 3 | Masse des Systems | Masse | 0 Volt | |
| 4 | Eingang Kanal 3 | Eingang | +5.0 Volt | über 33 kOhm |
| 5 | Masse des Systems | Masse | 0 Volt | |
| 6 | Eingang Kanal 2 | Eingang | +5.0 Volt | über 33 kOhm |
| 7 | Masse des Systems | Masse | 0 Volt | |
| 8 | Eingang Kanal 1 | Eingang | +5.0 Volt | über 33 kOhm |
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Alarm Eingänge 5 bis 8 (Conn 8) |
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| Pin | Signal | Richtung | Spannung | Kommentar |
| 1 | Masse des Systems | Masse | 0 Volt | |
| 2 | Eingang Kanal 8 | Eingang | +5.0 Volt | über 33 kOhm |
| 3 | Masse des Systems | Masse | 0 Volt | |
| 4 | Eingang Kanal 7 | Eingang | +5.0 Volt | über 33 kOhm |
| 5 | Masse des Systems | Masse | 0 Volt | |
| 6 | Eingang Kanal 6 | Eingang | +5.0 Volt | über 33 kOhm |
| 7 | Masse des Systems | Masse | 0 Volt | |
| 8 | Eingang Kanal 5 | Eingang | +5.0 Volt | über 33 kOhm |
Die drahtgebundenen Alarmeingänge können über mechanische Schalter, Open-Kollektor Ausgänge oder über Push-Pull Ausgänge mit einem Spannungshub von maximal +30 Volt betrieben werden. Die Eingänge sind flankengetriggert und können über steckbare Brücken (Jumper) auf die steigende oder die fallende Flanke auslösen. Die aktive Signalflanke wird durch ein Flip-Flop gespeichert und vom Microcontroller gelesen, der zugleich das Latch wieder in die Ausgangslage zurücksetzt.
Achtung: Die Eingangssignale dürfen keine negative Potentiale aufweisen, dies betrifft im Speziellen die Ansteuerung durch Open-Kollektor oder Push-Pull Ausgangsstufen.
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Leitungsgebundene Alarmeingänge (Conn 7 und Conn 8) |
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| Parameter | Min. | Typ. | Max. | Kommentar |
| Positive Eingangsspannung | 0 Volt | 5.0 Volt | 30 Volt | Ruhespannung an den Eingängen ist typ. +5.0 Volt über Pull-Up (33kOhm) |
| Negative Eingangsspannung | - 0.5 Volt | Die Eingangsspannung darf keine negativen Werte annehmen und ist durch 100 Ohm und eine Diode geschützt |
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| Eingangsstrom | - 150 µA | bei Kurzschluß von Eingang und Masse |
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| Eingangsfrequenz | 20 Hz | Max. Eingangsfrequenz die durch das Filter detektiert wird |
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| Signal-Polarität | Positive oder negative Flanke | Selektierbar über Jumper | ||
Die 8 leitungsgebundenen Eingänge sind nach folgendem Schema anzuschließen.
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Alarm Ausgang (Conn 1)
Der Steckverbinder für den Alarmausgang (Conn 1) liefert die Alarmsignale für die beiden programmierbaren Ausgänge ALARM1 und ALARM2, sowie die Ausgänge für die beiden LED1 and LED2 Signale an externe Treiber. Am Alarmausgang kann eine externe Elektronik angeschlossen werden, die entsprechende optische oder akustische Alarmquellen wie eine Sirene, ein Blitzlicht oder entsprechende LED Clusters (Mehrfach-LED) treibt.
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Die beiden ALARM Signale liegen als 5 Volt CMOS Push-Pull Signal (Pin 9 and 11, max. 4 mA), als auch als Open Collector Ausgang eines bipolar BC558 Transistors (max. 100 mA) vor. Zusätzlich sind die Power MOSFET Stufen des LED Ausgang 1 und des LED Ausgang 2 am Alarm Ausgangsstecker verfügbar. Die LED Ausgänge sind Open Drain Anschlüsse von den Power MOSFETS und in der Lage bis zu 1 Ampere zu liefern (limitiert durch die Sicherungen auf dem System-Board auf 500 mA max. begrenzt). |
Achtung: Sollten die LED-Anschlüsse am “LED Ausgangsstecker” (Conn 4) mit 12Volt LEDs betrieben werden, so werden die Anschlüsse Pin 3 und Pin 5 des “Alarm Ausgangsstecker” (Conn1) auf die +12V Versorgung durch die LEDs hochgezogen. In diesem Fall muß ein entsprechend verbundener Logik-Eingang diese Spannung verarbeiten können.
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Die + 5.0 Volt Betriebsspannung und die entsprechende Systemmasse stehen am Steckerverbinder des Alarmausgang (Conn 1) ebenfalls zur Verfügung. Das Schaltregler-Modul das die +5Volt Versorgung generiert kann bis zu 2 Ampere Ausgangsstrom liefern, soll mehr als 1 Ampere nach Aussen geliefert werden ist es sinnvoll die beiden +5Volt Pins (13 und 14), sowie die beiden Masse-Pins (1 und 2) parallel zu benutzen. |
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Stecker: Alarmausgang (Conn 8) |
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| Pin | Signal | Richtung | Port | CPU Pin |
| 1 | Masse des Systems | Masse | Versorgung | |
| 2 | Masse des Systems | Masse | Versorgung | |
| 3 | LED Ausgang 1 (Power MOSFET, 12V) | Ausgang | PB2 | 8 |
| 4 | Nicht belegt | |||
| 5 | LED Ausgang 2 (Power MOSFET, 12V) | Ausgang | PB3 | 7 |
| 6 | Nicht belegt | |||
| 7 | Masse des Systems | Masse | 0 Volt | |
| 8 | Masse des Systems | Masse | 0 Volt | |
| 9 | ALARM Ausgang 1 (CMOS Push-Pull) | Ausgang | PB5 | 5 |
| 10 | ALARM Ausgang 1 (Open Collector) | Ausgang | PB5 | 5 |
| 11 | ALARM Ausgang 2 (CMOS Push-Pull) | Ausgang | PF4 | 4 |
| 12 | ALARM Ausgang 2 (Open Collector) | Ausgang | PF4 | 4 |
| 13 | +5.0V Systemversorgung | Ausgang | Versorgung | |
| 14 | +5.0V Systemsversorgung | Ausgang | Versorgung | |
Die zeitliche Dauer der ALARM Signale kann durch die Software auf „0“ (kein Alarmausgang) bis zu 255 Sekunden, in 1 Sekunden Schritten konfiguriert werden. Die ALARM1 and ALARM2 Zeitdauer kann unterschiedlich konfiguriert werden. Die ALARM Ausgänge können darüber hinaus, bei der Auslösung eines Alarms zeitlich verzögert werden ( 0 bis 255 Sekunden) um genügend Reaktionszeit für das Abschalten zu gewähren. Die LED-Ausgänge sind von dieser Verzögerung nicht betroffen und werden bei einer Alarmauslösung sofort aktiviert.
SPI Display Schnittstelle (Conn 2)
Die “SPI Display Schnittstelle” ist von der Aussenseite des Gehäuses nicht zugänglich. Sollte es notwendig sein das Anzeigenboard ausserhalb des Gehäuses zu montieren, muß das Flachbandkabel zwischen den beiden Gehäuseschalen nach außen geführt werden.
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Der 10-polige Wannenstecker (Conn 2) dient als Interface zum „KOALA Display Board“ das auf einem STP16CPx05, Seriell auf Parallel Konverter mit Konstantstrom-Ausgängen für LEDs, beruht. Die verwendete Schnittstelle ist eine unidirktionale SPI Schnittstelle. Der Microcontroller STM8S105 ist der SPI Master der den Takt liefert und das MOSI Signal treibt. Der SPI-NSS Pin des Kontrollers wird benutzt um die seriellen Daten in die parallelen Register zu “latchen” nachdem alle 16 Bit übertragen wurden. |
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Die Anzeigendauer der LED Signalisierung kann ebenfalls per Software zwischen “0” (keine Anzeige) bis zu 255 Sekunden in 1 Sekunden Schritten konfiguriert werden. Die Haltezeit ist für alle 16 Kanäle gleich aber unabhängig für jeden Kanal, der durch den auslösenden ALARM gestartet und nach Ablauf der “HOLD”-Zeit wieder gelöscht wird. |
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Stecker: SPI Display (Conn 2) |
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| Pin | Signal | Richtung | Port | CPU Pin |
| 1 | Reset | Eingang | Reset | 2 |
| 2 | Masse des Systems | Masse | Versorgung | |
| 3 | SPI - MISO (Master In/Slave Out) | Eingang | PC7 | 18 |
| 4 | Masse des Systems | Masse | Versorgung | |
| 5 | SPI - MOSI (Master Out/Slave In) | Ausgang | PC6 | 17 |
| 6 | Nicht belegt | |||
| 7 | SPI - CLK (Master Clock) | Ausgang | PC5 | 16 |
| 8 | Buzzer Ausgang (Open Collector) | Ausgang | PD4 | 23 |
| 9 | SPI - NSS (Chip Select) | Ausgang | PE5 | 11 |
| 10 | System Versorgung (+5.0V) | Ausgang | Versorgung | |
Das “KOALA Display Board” integriert einen “Reset Schalter” für den KOALA Prozessor (STM8S105), der Pin1 (Reset) mit Pin2 (Masse) bei Aktivierung verbindet.
Neben dem 10-poligen “Display Interface Stecker” gibt es zwei weitere 2-polige Stecker auf dem Display Board. Ein Stecker ermöglicht das Abschalten der Signalisierungs-LEDs durch einfaches kurzschliessen, während der zweite Stecker den Anschluß eines weiteren Signalgebers (“Buzzer”) ermöglicht.
UART Buchse (Conn 3)
Die UART Buchse ermöglicht die Verbindung des KOALA Systems mit einem Signalisierungsrechner (z.B. einem PC). Die Buchse ist außerhalb des KOALA-Gehäuses zugänglich und wird durch ein gerades (nicht gekreuztes) UART Kabel mit zwei 9-pin Sub-D Stecker/Buchsen verbunden. Auf der KOALA Seite kommt ein 9-poliger Sub-D Stecker zum Einsatz, während auf der PC Seite eine 9-polige Sub-D Buchse erforderlich ist
Das KOALA UART Interface ermöglicht die Übertragung der Alarmmeldungen an den PC aber gleichzeitig die Steuerung und Konfiguration des KOALA Systems vom PC aus.
Die UART des KOALA Systems ist fest konfiguriert auf:
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Das Ein-/Ausgabeprotokoll des KOALA Systems ist in einem separaten Dokument beschrieben
“KOALA UART Protocol”
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Buchse: PC - UART (Conn 3) |
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| Pin | Signal | Richtung | Port | CPU Pin |
| 1 | Brücke (verbunden mit Pin 4) | Brücke 1 | ||
| 2 | TX (Transmit Data, RS 232 Level) | Ausgang | PD5 | 24 |
| 3 | RX (Reveive Data, RS 232 Level) | Eingang | PD6 | 25 |
| 4 | Brücke (verbunden mit Pin 1) | Brücke 1 | ||
| 5 | Masse des Systems | Masse | ||
| 6 | Nicht belegt | |||
| 7 | Brücke (verbunden mit Pin 8) | Brücke 2 | ||
| 8 | Brücke (verbunden mit Pin 7) | Brücke 2 | ||
| 9 | Nicht belegt | |||
LED Ausgang (Conn 4)
Der 4-polige LED Ausgangsstecker (Conn 4) verbindet die „Open-Drain“ Ausgänge der beiden Power MOSFETs auf dem KOALA Systemboard mit den externen LED-Clustern zur optischen Alarmsignalisierung. Zusätzlich wird durch den Stecker die +12Volt Versorgung und die Systemmasse zur Verfügung gestellt. Dadurch können die LED-Cluster ohne eigene Versorgung betrieben werden. Die +12Volt Betriebsspannung ist durch die beiden Sicherungen abgesichert.
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LED Ausgangsstecker (Conn 4) |
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| Pin | Signal | Richtung | Port | CPU Pin |
| 1 | Masse des Systems | Masse | Versorgung | |
| 2 | LED Ausgang 2 (Power MOSFET, Open Drain) | Ausgang | PB3 | 7 |
| 3 | LED Ausgang 1 (POwer MOSFET, Open Drain) | Ausgang | PB2 | 8 |
| 4 | + 12 Volt (Betriebsspannung !) | Ausgang | Versorgung | |
Vorsicht: Sollen die LED-Cluster über eine eigene Versorgungsspannung (nicht über Pin 4) betrieben werden, so muß die Absicherung dieser Spannung ebenfalls extern erfolgen und darf pro Ausgang 0.5 Ampere nicht überschreiten.
Basisboard Layout
Das Systemboard („Europakarte“) ist eine doppelseitige Leiterplatte auf der alle Komponenten sowie die drei verwendeten Module untergebracht sind. Module und Logikbausteine sind gesockelt um gegebenenfalls eine einfache Reparatur zu ermöglichen.
Blockschaltbild “KOALA”
AQM8S105 Prozessor Modul
Der zentrale Mikrokontroller des KOALA Systems ist auf einem separaten 28-pin Dual-In-Line Modul (AQM8SD105) aufgebaut das über einen 28-pin Sockel mit hochwertigen, gedrehten und vergoldeten Kontakten mit dem Systemboard verbunden wird.
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Der Pin 1 für den Sockel ist auf dem PCB mit einem quadratischen Pad gekennzeichnet und liegt dem RS232 Treiberbaustein am Nächsten. Sowohl der Modulträger als auch der Sockel auf dem Systemboard haben die von DIL-Gehäusen bekannte halbkeisförmige Aussparung zur Kennzeichnung von Pin 1.
Details zum STA8S105 Modul können dem entsprechenden AQUAREL Datenblatt entnommen werden.
AQM5973 Schaltregler Modul
Das zweite Dual-In-Line Modul das auf dem KOALA Systemboard verwendet wird ist das Schaltregler Modul AQM5973. Es ist auf einem 24 pin DIL Träger aufgebaut und sitzt nahe den beiden Feinsicherungen auf dem KOALA Board. Auch dieses Modul ist gesockelt um einen einfachen Austausch zu ermöglichen. Wie beim Prozessor Modul kommt ein Sockel mit hochwertigen, gedrehten und vergoldeten Kontakten zum Einsatz.
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Pin 1 des Sockels ist im Layout des KOALA Boards mit einem quadratischen Pad versehen. Auch hier sind Modul-Träger und Sockel mit den halbkeisförmigen Ausschnitt versehen um die Seite mit Pin 1 zu kennzeichnen.
868 MHz Empfänger (FS20SM8)
Das dritte Modul das im KOALA System zum Einsatz kommt ist ein 868 MHz Empfänger/Dekoder für das FS20 System (TM) von “ELV” Elektronik. Es wird auf zwei doppelreihige (2 x 13 Pin) Buchsen mit 2,54 mm Raster gesteckt, wobei nicht alle Pins zur Verwendung kommen. Das Modul wird mit den darauf befindlichen SMD-LEDs in Richtung der Systemboard-Aussenkante montiert.
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Es ist wichtig dass der 2 x 8 pin und der 2 x 3 pin Stecker des Moduls vollständig in die Buchse am Rand des Basisboards passt da sonst die Betriebsspannung eventuell falsch angeschlossen wird.
Die Programmierung des 868 Mhz Empfängers kann nur auf dem FS20_Modul selbst durchgeführt werden (dazu sollte den Hinweisen im FS20SM8 Manual folge geleistet werden). Es gibt keine Möglichkeit die Programmierung der Empfängeradressen über das PC-Interface des KOALA-Boards durchzuführen.
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