Im Teil 1 habe ich beschrieben, wie man einen Keymatic / Abus HomeTec Handsender so umbauen kann, dass er an einer Schaltung mit 3V oder 5V Versorgungsspannung betrieben werden kann.
In diesem Teil 2 geht es nun um die gesamte Schaltung für einen Ersatz bzw Nachfolger für ein Funk Codeschloss für einen Keymatic / Abus Funk Türschlossantrieb. In Teil 3 werde ich die passende Arduino Software vorstellen.

Das Grundprinzip
Vor der Türe ist ein RFID-Codeschloss auf Touchbasis montiert. Dieses gibt die eingegeben Codes / RFID-IDs per Wiegand Interface nach innen ins Haus weiter. Ein Arduino wertet die Codes aus und steuert einen Abus Homtec Handsender an. Verschiedene Codes / RFIDs können dann nach Wahl die Tür auf- oder abschließen.
Durch diesen Aufbau wird eine hohe Manipulationssicherheit gewährleistet. Das Codeschloss im Außenbereich wird nicht kodiert und die außen liegende Elektronik bewertet nicht, ob ein Code korrekt ist oder nicht. Die Auswertung erfolg vollständig auf dem Arduino, der im Innenbereich liegt.

Auswahl des Codeschlosses
Es gibt auf dem Markt eine Vielzahl von RFID Codeschlössern zu kaufen, die ein Wiegand Interface anbieten. Viele dieser Codeschlösser sind allerdings nicht wetterfest und/oder kamen qualitativ aus meiner Sicht nicht in Frage.
Ein weiteres Kriterium ist die Handhabung der RFID Codes auf dem Wiegand Interface. Oft ist dazu keine Dokumentation verfügbar. Ergo kauft man die Katze im Sack. Es gibt auch offen gesagt dämliche Implementierungen, bei denen auf dem Wiegand Interface übertragen wird, ob das Codeschloss einen gültigen RFID gesehen hat und ggf unter welcher Nummer er im Codeschloss registriert ist. Das führt das gesamte Sicherheitskonzept ad absurdum, da die Antwort des Codeschlosses auf einen gültigen RFID a priori für jeden bekannt ist.
Der qualitative Anspruch, eine vernünftige Dokumentation des Verhaltens sowie ein sinnvolles RFID Verhalten auf dem Wiegand Interface habe ich bei den Codeschlössern der Firma Sebury gefunden. Diese Codeschlösser werden in Deutschland über über i-keys.de vertrieben. Ich will hier keine Werbung machen. Es gibt bestimmt auch gute Codeschlösser anderer Firmen; u.a. auch mit Fingerabdrucklesern etc. Im Prinzip sollten alle diese Codeschlösser und Leser verwendbar sein und ich freue mich über Kommentare zu alternativer Hardware. Es kann jedoch im Bereich der Wiegand Codeauswertung zu Unterschieden kommen.
Wer am Ende gerne den Arduino Code ohne Änderung nutzen will, fährt mit dem vorgeschlagenen Codeschloss auf der sicheren Seite. Mit leichten Code Anpassungen sollte man auch andere Wiegand Leser ans Laufen bringen.
Konkret habe ich mich für das Modell Sebury sTouch standalone W-w entschieden; hier im Vergleich zur Originallösung:

Die Wahl basiert einerseits auf der Optik, die meines Erachtens die Keymatic / Abus Lösung um Längen schlägt: Metall statt Pastik. Touch statt Folie. RFID zusätzlich. Weiterhin ist das Schloss nach IP65 staub- & wasserdicht ist und sollte aufgrund der kapazitiven Touch-Tastatur verschleißfrei sein sollte. Die Folientastatur der Originallösung hat sich also nicht sehr haltbar erwiesen.
Vieleinstellen muss man an dem Codeschloss nicht. Den Admin-Code sollte man natürlich ändern, das Schloss als Wiegand Leser konfigurieren und die Übertragung von 26 auf 37Bit umstellen. Das war es auch schon.
Die Anlernkarten für RFIDs braucht man bei der Nutzung als Wiegand Leser nicht. Als RFIDs kann man einfach 125kHz RFIDs nach EM4100/4102 kaufen. Wer günstig in China bestellt, bekommt bei ebay 10 Stück für unter 3€.

Kein Wiegand Controller von der Stange
Ein Wiegand Controller ist eine Box, welche die Wiegand Codes interpretiert und bei korrekten Codes Ausgänge beschaltet. Es gibt natürlich kommerzielle Wiegand Controller zu kaufen. Nun kommt das kleine, aber relevante Problem: Wir brauchen einen Wiegand Controller mit zwei Ausgängen: Es müssen die Funktionen Auf- und Abschließen mit unterschiedlichen Codes angesteuert werden. Solche Wiegand Controller kosten mehrere Hundert Euro. Die Idee: Wir bauen uns einen entsprechenden Controller für ein paar Euro aus einem Arduino selbst.
Eine Alternative wäre auch ein simpler Wiegand Controller mit nur einem Ausgang. Das Kommando für Abschließen könnte man auch mit einem zusätzlichen Taster realisieren, da man dieses Kommando eigentlich nicht per Code schützen muss. Ein solcher einfacher Wiegand Controller kostet aber immer noch 50-100€. Und man braucht eine sinnvolle Lösung für den zusätzlichen Schalter.
Meine Wahl war damit klar: Controller selbst bauen.

Ein Arduino Nano Clone tut’s
Am Codeschloss ist ein Kabel für die Stromversorgung und die Signalleitungen angebracht. Dieses habe ich nach innen ins Haus geführt und mit etwas Abstand eine kleine Unterputzdose in der Wand montiert. Für die Auswertung der Wiegand Codes und die restliche Steuerung langt ein Arduino Nano. Ich habe mich für einen China Clone mit FTDI USB Schnittstelle entschieden (es geht natürlich auch einer mit CH340 USB Chip). Solche Arduino Clones gibt es für 3-5 Euro bei ebay.
So sieht das Ganze dann auf eine Lochrasterplatine aus:

Mit dieser Größe passen alle Komponenten für den Innenbereich problemlos in eine Unterputzdose. Auch das ist ein Argument für den Selbstbau. Ein Wiegandkontroller von der Stange ist größer.

Mit Hilfe der USB Schnittstelle ist es sehr einfach, Codes & RFIDs hinzuzufügen oder zu löschen: Rechner per USB anschließen, serielles Terminalprogramm (z.B. putty) mit 9600 Baud, 8N1 starten und fertig. Ein minimales textbasiertes Menü ist in der Arduino Software implementiert.
Ein weiterer Vorteil des Arduinos ist der eingebaute EEProm, auf dem RFID & Codedaten hinterlegt werden können. So können die Daten auch bei einem Spannungsverlust erhalten werden.

Das Wiegand Interface
Das Wiegand Interface ist ein sehr einfaches, serielles Protokoll mit den Pegeln 0V und 5V. Beschreibungen finden sich im Netz sehr viele. Stark verkürzt: Es gibt zwei Datenleitungen D0 und D1. Für jedes übertragene Bit springt D0 für 100 Mikrosekunden von high auf low. Geht D1 zwischen zwei D0 Pulsen auch auf low, so wurde eine 1 übertragen. Bleit D1 auf high, so ist es eine Null. Es gibt kein Ende einer Übertragung. Man muss halt schauen, ob länger nichts mehr kommt.
Dieses Format läßt sich sehr leicht auf einem Arduino implementieren. Die Pins D2 und D3 können bei einem Nano Interrupts auslösen. Passt perfekt auf unsere Problemstellung.

Stromversorgung
Arduino wie Codeschloss können mit 12V Gleichstrom betrieben werden. Wer sich einfach 12V mit Hilfe eines Steckernetzeils organisieren will, kann hier das Lesen aufhören. Da das Codeschloss bei uns an der Stelle des Klingelschalters montiert ist, soll die Stromversorgung über den Klingeltrafo erfolgen. Bei uns ist ein Klingeltrafo der Marke Grothe, Typ GT3148 montiert. Dieser liefert nach Spezifikation 8V Wechselstrom und einen maximalen Strom von 1A. Das sind allerdings nur Richtwerte. Im Leerlauf werden ca. 12V Wechselspannung erreicht. Wenn man die Spannung gleichrichtet und stabilisiert, ergeben sich ca. 16V.
Diese habe ich mit einem Festspannungsregler LM78S12 auf 12V Gleichspannnung herabgesetzt und mit einem Elko stabilisiert. Eine Diode schützt den Festspannungsregler gegen Restspannung auf der Verbraucherseite.
Den Gleichrichter und die Spannungsstabilisierung habe ich auf einer separaten Platine aufgebaut:

Da bei uns liegen an der Tür sowohl die Klingelspannung als auch die zwei Pole für die Klingel vor. Dadurch kann das Codeschloss/Arduino parallel zur Klingel angeschlossen werden. Bei manchen Häusern/Wohnungen sind an der Tür nur zwei Pole verfügbar; die Klingel löst bei Verbindung der Pole aus. Hier passt das hier vorgeschlagene Konzept zur Spannungsversorgung nicht.

Da war noch was: Die Klingel
Die 12V Gleichstrom haben wir uns jetzt vom Klingeltrafo organisiert. Nun müssen wir noch die Klingel ansteuern. Das Sebury Codeschloss hat einen Klingeltaster und wollen wir natürlich nutzen. Das Codeschloss hat einen eigenen Klingelausgang, der aber nicht mit hohen Strömen belastbar ist. Man braucht also eine Treiberstufe.
Ich habe einen alternativen Weg gewählt: Der Druck auf den Klingeltaster erzeugt einen 18Bit Wiegand Code. Dieser wird auf dem Arduino als Klingelkommando erkannt und steuert über den Pin D8 einen npn-Transistor an. Dieser schaltet ein Relais, an welchem die klassische Klingel (Ding/Dong – ca. 800mA) hängt. Eine Freilaufdiode stellt sicher, dass Transistor und Arduino beim Abschalten des Relais keinen Schaden neben (Relaisspule = Induktivität –> hohe Spannung beim Abschalten).

Anschluss des Handsenders
Nun muss noch der Keymatic / Abus HomeTec Handsender angeschlossen werden. Diesen wie in Teil 1 beschrieben umbauen. Die Spannungsversorgung läuft über den Arduino Pin D7. D11 und D12 schalten die Kommandos für auf- bzw abschließen. Der Handsender wird nur mit Spannung versorgt, wenn auch ein Kommando gesendet werden soll. Eine Kommandodauer von 3 Sekunden hat sich als ausreichend erwiesen.

Erfolgskontrolle: Buzzer und LED im Codeschloss
Im Sebury Codeschloss ist ein Piezosummer und eine LED eingebaut, die sich extern ansteuern lassen (pull to low). Die LED und der Summer wird genutzt, um den Anwender optisch und aktustisch zu informieren, ob ein korrekter Code eingegeben wurde. Dazu werden die entsprechenden Eingänge des Codeschlosses mit den Arduino Pins D8 und D9 verbunden.
Ein langer Piep und ein grünes Leuchten bestätigen einen korrektem Code. Eine Piep,Piep,Piep-Folge mit einer blinkenden LED im Fall einer Fehleingabe. Bei 5 falschen Codes / RFIDs in Folge blinkt das Codeschloss 3 Minuten lang und akzeptiert so lange keine Eingaben. Falsche Code Eingaben merken wir uns auch im EEprom, so dass man diesen Mechanismus nicht durch eine Sabotage an der Spannungsversorgung umgehen kann.

USB Init Probleme?
Einige Arduino Nanos (Clone und Original) haben Probleme mit der Initialisierung des FTDI Chips (Chip für USB Kommunikation), wenn parallel eine externe Spannung anliegt und danach währen des Betriebs ein USB Kabel angeschlossen wird. Es gibt im Netz Informationen, dass dies an einer fehlerhaften Beschaltung des Test-Pins am FTDI Chips liegt. Ich habe nicht versucht das Test-Pin Problem zu lösen. Statt dessen habe ich einen kleinen Schalter montiert, mit dem man die externe Spannung abklemmen kann, bevor man den Rechner per USB anschließt. Ist der Rechner dran und der FTDI erkannt, kann man die externe Spannung auch wieder zuschalten. Der FTDI ist jetzt sauber initialisiert.
Wer einen Arduino ohne diese Probleme hat, kann den Taster weglassen.

Hier der gesamte Schaltplan:

Und hier die komplette Schaltung mit allen Kabeln vor der Unterputzdose:

Die Schaltung ist bei uns seit ca. Anfang Oktober in Betrieb und funktioniert stabil.

In Teil 3 werde ich die Software auf dem Arduino beschreiben.