Wireless Hausautomation Z-Wave-Geräte für die Haus-Automation entwickeln

Die intelligente, kabellose Vernetzung von Geräten in Gebäuden wird vermehrt zur Herausforderung für Entwickler. Der offene Funkstandard Z-Wave kann weiterhelfen.

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Heitec AG

ISH Ingenieursozietät GmbH

RECOM Power GmbH

Der Markt für Geräte der Hausautomation wächst. Einer der internationalen Standards für die Funkkommunikation in intelligenten Häusern (Smart Homes) ist Z-Wave . Wird der Standard komplett implementiert, entsteht eine 100%-ige Kompatibilität der Geräte untereinander. Produkte verschiedener Hersteller können in einem Funknetz miteinander verwendet werden und ermöglichen damit die Vision eines zentral gesteuerten Hauses. Dieser Artikel beschreibt den Entwicklungsprozess für Hardware, Firmware und die Kommunikation mit Steuersoftware sowie den bei Z-Wave notwendigen Zertifizierungsprozess.

Die Hardware, ein Z-Wave-Funk-Transceiver

Um die Funkkommunikation von Z-Wave zu unterstützen, ist ein entsprechender Z-Wave-Funk-Transceiver erforderlich. Der Hauptanbieter für diese Hardware ist Sigma Designs. Ein weiterer Anbieter, die Mitsumi Corporation, bietet funktions- und pin-kompatible Bausteine an. Der Beitrag bezieht sich auf die Chip-Generation Series 400 von Sigma Designs, die Standardkomponente trägt die Bezeichnung ZM4101.

Sigma und Mitsumi verkaufen beide keine separaten Transceiver, sondern die Funklösung als Teil eines System-on-a-Chips (SoC) in Kombination mit einem Mikroprozessor und weiteren Baugruppen. Der Funkempfänger und Microprozessor ist als Chip für Anwendungen mit sehr großem Volumen erhältlich, aber die meisten Kunden erwerben ein Modul, das alle Funktionen eines Kommunikationsmoduls inklusive der Funkschnittstelle integriert.

Der Z-Wave-Tranceiver-Chip der Serie 400 von Sigma Designs bietet einen nur einmal programmierbaren Speicher (One-Time-Programmable Memory – OTP). Dadurch ist der Chip ideal für kostengünstige Designs, bei denen kein erneutes Programmieren erforderlich ist.

Der überwiegende Teil der heutigen Anwendungen verwendet hingegen einen Chip der Vorgänger-Serie 300. Dessen im Einsatz neu programmierbarer EEPROM (engl. Abk. für electrically erasable programmable read-only memory – zu deutsch: elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher) eignet sich besser für Entwicklungssysteme und Anwendungen, die von Zeit zu Zeit aktualisiert werden müssen. Die Generation Serie 300 verfügt jedoch über deutlich weniger Speicher und weniger Peripheriefunktionen.

Das bisher am häufigsten eingesetzte Modul ZM3102 von Sigma Designs kombiniert den Chip Series 300 mit einigen Funktionen, einem Quarz, und – am wichtigsten – einem Antennenfilter. Der Antennenfilter ist erforderlich, um die Vorschriften für das lizenzfreie SRD-Frequenzband (Short Range Device) einzuhalten, das für Z-Wave genutzt wird. Diese Antennenfilter sind frequenzspezifisch für z. B. 868,4 MHz (Europa, Afrika und Teile von Asien) oder 908,4 MHz (Nordamerika) und wandeln die Module damit in regionenspezifische Produkte um. Als Ergebnis gibt es unterschiedliche Hardware für unterschiedliche Frequenzbänder. Die Module können entweder direkt beim Hersteller oder über Distributoren wie Digi-Key bestellt werden.

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