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Baby Monitor Fix für PG&E Smart Power Meter
Vater sein ist schön - vor allem wenn man Nachts schlafen kann weil man per Babyphone geweckt wird wenn klein David was braucht. Na ja - das ging genau so lange gut, bis unser Stromversorger PG&E elektronische Stromzähler installierte - so genannte "Smart Power Meter". Diese übermitteln ihre Daten übers Stromnetz und nutzen dabei allgemein frei gegebene Frequenzbänder. Es gibt ein Regelwerk, welches bestimmt mit wie viel Energie ein solches Gerät senden darf. Bei der Festlegung dieser Regeln hatte man damals vor allem die Begrenzung der Reichweite im Sinn, so dass verschiedene Geräte diese freien Frequenzen nutzen können. Ob das im Falle der Nutzung des Stromnetzes als Trägermedium (mit Sendeantennen überall) noch immer seine Gültigkeit hat müssen offizielle Stellen entscheiden - Fakt ist in unserem Fall hat es die Benutzung unseres 900 MHz Babyphones unmöglich gemacht.
PG&E hatte direkt am nächsten Tag einen Mitarbeiter geschickt, der sich alles angeschaut hat und uns sagte, dass wir am heutigen Tag bereits das dritte Babyphone sind - schlimmer noch: einige Garagentore öffnen sich bedingt durch die Smart-Power-Meter-Störungen selbstständig. Er drückte mir ein Formular in die Hand mit den Worten: Kauft euch ein neues Babyphone und PG&E wird euch dafür entschädigen. Das klang alles ganz gut - schließlich gab es digitale Babyphones und mit denen sollte es dann keine Probleme mehr geben.
Genau hier startet eine Odyssee von
- Babyphone suchen
- Babyphone kaufen
- Babyphone testen :-(
- Babyphone umtauschen
- neues Babyphone suchen, kaufen, testen, zurückbringen, .... siehe oben.
Nach dem sechsten Gerät (2.4 GHz sogar mit Video) habe ich dann entgeistert aufgegeben. Die 2.4 GHz Geräte reagieren zwar nicht auf die Smart-Power-Meter-Störungen, aber irgendwie muss keiner der Ingenieure dieser Geräte selber im Alltag je benutzt haben. Sie waren entweder:
- zu leise
- hatten keine Rauschsperre
- ließen sich von Smart-Power-Meter stören
Unglaublich - alles kleine Hightechwunder - aber keines war wirklich zu gebrauchen. Manche hatten Einschlaflieder gespeichert - wieder andere konnten das Licht fernbedienbar an und aus machen - aber liebe Hersteller - alles was ein Babyphone können muss ist einen störungsfreien Empfang zu haben, eine Rauschsperre zu besitzen und laut genug müssen sie sein (wirklich laut genug!). Unser Babyphone "Sony NTM-910" konnte das alles und wir waren super glücklich damit - bis zu dem Zeitpunkt als die Smart Power Meter installiert wurden.
Signalanalyse
Also ab in die Werkstatt, mein USB-Oszilloskop an den Laptop angeschlossen und sich das Signal erst mal angeschaut. Bereits beim hören des "Knackkkkckkcckkk" war mir klar, dass der Signalanstieg der Störsignale so eine steile Flanke haben musste, wie sie selbst das stärkste Babygeschrei nicht erzeugen konnte. Und in der Tat: Babygeschrei schafft Anstiegszeiten im Bereich von 100 ms, während das Smart-Power-Meter-Störsignal in wenigen µs oben ist.
Störsignal
Außerdem dauert das Störsignal auch nur wenige Millisekunden an - eine Eigenschaft die Babygeschrei eindeutig nicht hat ;-)
Mit diesem Wissen konnte man jetzt loslegen und eine Schaltung entwerfen, die das Störsignal unterdrückt. Zu Beginn wollte ich einen Mikrokontroller verwenden und die Funktion programmierbar implementieren - je länger ich aber darüber nachdachte, um so klarer wurde mir dass eine analoge Lösung einfacher war (ich hatte viel Zeit zum darüber nachdenken - bei den ganzen Fahrten zum Baby R us, Target und anderen Babywarenhäusern....).
Alles was man im Grunde machen muss ist, sich das Amplitudensignal im Babyphone abzugreifen, mit einem analogen Differenzierer den Anstieg zu ermitteln und diesen mit einem Schwellwert zu vergleichen und wenn ein steiler Anstieg (Störung) registriert wird, diese zu unterdrücken. Diese Schaltung unterdrückt natürlich auch Klatschen - da ich aber davon ausgehe dass unser David nicht von Schreien auf Klatschen umsteigen wird ist das wohl akzeptabel.
Genau das macht die oben gezeigte Schaltung:
Der OPV mit C8 und R8 bildet einen Differenzierer. Positive Anstiege ziehen den Ausgang gegen Masse, so dass die Diode D1 den Kondensator C9 entlädt (R9 zieht die Spannung danach wieder langsam hoch). Der zweite OPV wird als Komparator benutzt und fungiert nur als logischer Inverter. Seine Dioden und RC-Schaltung sorgt dafür, dass das Sperrsignal schön gehalten wird. Der Transistor N2 löscht das Störsignal noch bevor es einen Pegel erreicht hat, bei dem das Babyphone die Rauschsperre aufmacht.
Das ganze alleine funktioniert bereits recht gut, aber wenn das Baby nur mal seufzt und daher die Rauschsperre (gewollt) aufgeht, dann hat man wieder die harten Störknacke drin - und die lassen einen nachts im Bett aufspringen. Diese Kacklaute lassen sich nicht vollständig löschen, aber so stark begrenzen, dass sie akzeptabel werden. Transistor N1 wird einfach an den Schleifkontakt des Lautstärkereglers angeschlossen - und wird eine Störung detektiert, so schaltet N1 die Lautstärke ab. Vom KNACKKCCKCKCK bleibt dann nur noch ein leisen Mmmbt übrig.
Testaufbau
Für das ganze hatte ich dann erst mal einen Testaufbau gemacht. Dieser hatte sogar noch eine analoge Zeitmessung mit Reset - war aber gar nicht notwendig - die oben beschriebene Funktion reicht vollkommen aus.
Das ganze dann ins Eagle einzuhacken war im Grunde eine Standardsache - nach einer Stunde stand Schaltplan und Layout. Es wird nur eine Lage und keine Drahtbrücken verwendet :-)
Wichtig war mir, dass die Platine vollständig im Babyphone verschwindet - die Akzeptanz einer offenen Leiterplatte ist bei jungen Müttern relativ gering im Vergleich zu Ingenieuren ;-)
Die Platine verschwindet schön unterm LED-Balken - etwas Silikon und Sekundenkleber hält alles an seinem Platz.
Auf dem obigen Bild ist zu sehen, wo man im Babyphone die entsprechenden Signale findet. Das Anlöten ist kein Problem, da sich das Babyphonlayout Drahtbrücken bedient und alle benötigten Signal dort abgegriffen werden können.
Mama und Papa können ab jetzt hoffentlich wieder besser schlafen :-)
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