Teardown von Trådfri

Eigentlich habe ich mich nur in der Ausfahrt vertan – was bin ich nur für ein Dussel. Weil ich aber schon dort war, habe ich mir etwas mitgenommen: Die billigste verfügbare Lampe mit Funkanbindung (GU10 mit 400 lm, 803.652.70) und einen drahtlosen Dimmer (003.478.31), der eine relativ interessante Funktionsweise hat: Man kann ihn in quasi beliebiger Raumlage drehen (liegend oder an der Wand klebend) – die Halterung braucht man dafür nicht. Daher meine Vermutung: Da muss ein mindestens ein Drehratensensor (Gyroskop) oder gar ein Kompass drin sein.

Der Hauptgrund des Einkaufes war – zumal es in meiner Wohnung keine Leuchten mit GU10-Lampen – eher ein Teardown, da ich online bis jetzt noch nichts finden konnte.

Nimmt man das „User-servicable“ Gehäuse vom Dimmer ab, bekommt man folgendes zu Gesicht (klick macht wie immer groß):

Die Typenbezeichnung ist also neben der Ikea-Nummer ICTC-G-1. Obwohl das Gehäuse den Anschein macht, als wäre es Ultraschall-verschweißt, ist es nur geklipst. „Built to a price“, das Schweißen wäre ein zusätzlicher Produktionsschritt und die Spritzguss muss sowieso ran. Mit einem Schraubendreher lassen sich die Gehäuseteile vorsichtig trennen.

Das Rückteil ist weniger spektakulär – ein Magnet und eine Kontaktfeder für die Batterie. In der anderen Hälfte steckt die „Magie“:

Der Codename für das Leiterkärtchen ist allen Anschein nach „Nebula_1F“. Ich bin kein Trekkie, aber ist das eine Anspielung auf eine Schiffsklasse? Halbwegs futuristisch ist die Bedienung immerhin…

Hirn und Herz ist ein Silabs EFR32 MG1P132GI. Für ein Datenblatt sollte man den Suchbegriff auf „EFR32MG1“ einschränken: „Mighty Gecko Mesh Networking Wireless SoCs for Zigbee and Thread“-Produkt-Familie beim Hersteller.

Leider hört es da auch schon fast auf. der IC rechts unten (mit der Aufschrift „I4BEB2 P10343“) dürfte ein EEProm sein (nachdem der Gecko wohl keinen internen hat), bei den oberen beiden (Aufdruck „S2 636“ und „628“) dürfte es sich vermutlich um Magnetometer und Gyro handeln. Letzteres vermutlich eher links oben, da diese Komponenten meines Wissens etwas höhere Pulsstromaufnahmen (schließlich muss die Mikromechanik angeschubst werden) haben.

Schön an den Geckos ist, dass man die Pins ziemlich komfortabel auf die gewünschten Funktionen routen kann, für’s Reverse Engineering ist das allerdings nicht so ganz schön.

Wenn man die Leiterbahnen etwas verfolgt erkennt man, dass es die Leiterkarte mehr als 2 Lagen hat, halbwegs erstaunlich, bei der vergleichsweise geringen Komplexität. Bei der Leiterkartenproduktion wurde das aber wieder reingeholt: Die Leiterkarte ist gestanzt statt gefräst und das Material sieht eher billig als günstig aus. Immerhin sind die Kontakte vergoldet und es wurden einige Testpunkte spendiert – da wird sicher ein I²C dabei sein.

Objekt 2 ist, wie oben geschrieben, eine GU10-Lampe:

Der Deckel bzw. die Optik geht erstaunlich leicht runter, Innen sieht es erstaunlich unspektakulär aus:

Ein herumflatterndes Kupferfähnchen? Sieht nach einem late fix zum Bestehen der EMV-Prüfungen aus. Das LED-Modul hat keine Wärmeleitpaste im Rücken und die leicht verklebte Metallplatte lässt sich mit sanfter Gewalt (mit dem Schraubendreher am Schraubloch hebeln) herausnehmen. Dahinter begrüßt einen die Elektronik – oder zumindest das Funkmodul.

Es sieht besser aus als es ist. Ich bin mir nicht sicher, ob das Shielding seinen Namen verdient hat, es wackelt wie ein Kuhschwanz. Eine saubere elektromechanische Verbindung sieht auf jeden Fall anders aus. Ein bisschen mehr hebeln und das Innere erblickt das Tageslicht:

Das Silabs-Logo lässt sich erahnen, links unten sitzt auch ein „alter Bekannter“. Bin mir ziemlich sicher, dass es sich hier um einen EEProm handelt. Im Bild sieht man auch, dass das Modul by design eher bescheiden eingelötet ist: unter der linken Kante sitzt ein SMD-Widerstand, unter der rechten nicht. Da man sowas maschinell nicht vernünftig gelötet bekommt: Messer rein, Gedärme raus. Natürlich: Modul rein, Lötzinn-Raupe drüber.

Mit ein bisschen Zug kommt auch das Netzteil + Controller raus. Es ist hinten nicht verlötet und sieht von oben zwar sehr eng gepackt aber dennoch halbwegs ok-ish aus:

Von unten sollte man es – zumindest wenn man Elektroniker ist und einen schwachen Magen hat – besser nicht ansehen. Verdammt viele Handlötungen, mehr Lötzinn als mir lieb ist und noch mehr ekelhafte Flussmittelrückstände:

Der 5-Beiner oben ist mit ZR7IB beschriftet (kein Datenblatt auffindbar). Das Beuteil im SO-8-Gehäuse heißt BEH7JB (auch nix zu finden). Die Qualität dieser Leiterkarte ist leider nicht wirklich rühmlich.

Einen High-Pot-Test würde ich angesichts solcher Lötstellen nicht unbedingt machen:

Chirp mag keine Staunässe

Eine längere Zeit überwachten Chirp zwei meiner Topfpflanzen.

Nachdem Topf 2 deutlich größer (und vor allem tiefer) ist, zirpte der Sensor sehr früh, weshalb ich nach dem Prinzip „aus zwei mach eins“ die Sensorfläche deutlich vergrößerte.

Funktionierte etwas besser aber nicht ganz so gut wie erhofft. Dazu kommt, dass die Pflanze an einem eher schattigen Plätzchen steht, wodurch eher geblinkt als gezirpt wurde.

Irgendwann war ich dann mal im Urlaub und Mutti hat das Gießen übernommen und anscheinend (vielleicht war’s auch ich) die Elektronik mitgewässert.

Also: gar kein Zirpen/Blinken mehr, also wieder nach Gefühl (viel zu viel) gegossen aber den Sensor in der Erde gelassen. Irgendwann hab ich ihn dann doch herausgezogen und dann war auch klar, warum das Teil nicht mehr funktioniert:

Der Grund für die zwei Flachbandkabel: das eine – klar – das Programmierinterface (das hier auch für die Stromversorgung mit zwei AA-Zellen verwendet wurde), das andere zu einem NR24L01+-Modul. Ja, die Chirps haben funken gelernt, sind aber noch nicht in einem Zustand, in dem ich es veröffentlichen möchte.

Am Batterieclip lag die ganze Zeit Spannung an und dementsprechend ist das Teil sprichwörtlich abgefault:

Auch auf der anderen Seite haben sich an der Stromversorgung Kristalle gebildet:

Leider war ich in Chemie nie ’ne Leuchte, könnte also nicht sagen was zu was reagiert hat.

Erstaunlicherweise hat sich der Lötstopplack so ziemlich nur auf dem Kupfer gelöst:

Das Kupfer darunter war noch erstaunlich blank:

Trotzdem, da muss ich mir überlegen, wie das Teil besser vor dem Milieu im Blumentopf geschützt werden kann.

Deckel über die Elektronik geht nicht, wegen der LED a. k. a. Lichtsensor, Coating geht auch nicht, weil sonst die Batterie nicht mehr getauscht werden kann.

Für die Sensorfläche wäre die Frage: Welcher Lack ist naturverträglich und hat möglichst wenig Einfluss auf die kapazitive Messung? Hmm.

Was mir an Trådfri gefällt (und was nicht)

Seit einiger Zeit hängen in meiner Wohnung Lampen von Ikea. Zunächst nur das E27 Starterset mit einstellbarer Farbtemperatur.

Ort der Anwendung: Büro. Dort brauche ich gleichzeitig helles Arbeitslicht, möchte an Programmierabenden aber dimmen können und wärmeres Licht haben. Das von vorne wird schon durch f.lux seiner Blauanteile entledigt.

Die Lampe ist mit 980 Lumen an Wintertagen angenehm hell, der CRI von 80 ist zwar nicht das Beste aber auch nicht das Schlechteste was ich gesehen habe. Für meine Anwendung ist es gut genug.

Die Einrichtung und Bedienung mit der E1524 (die mit den 5 Tasten) ist ganz gut, ein Drücken der Tasten verändert die Farbtemperatur und Helligkeit in Stufen, wenn man länger drückt wird langsam auf- bzw. abgedimmt. Das Verändern der Farbtemperatur mit longpress mag mir nicht so gelingen, bin mir aber auch nicht sicher, ob das wirklich funktioniert.

Wenn man die Lampe über die Fernbedienung ausschaltet und den Raum verlässt ist man nicht ganz verloren: Schaltet man den klassischen Lichtschalter aus und wieder an, kommt die Lampe mit der letzten An-Einstellung zurück.

Allerdings fehlt mir eine Option: dimmt man die Lampe komplett herunter, bekommt man sie nur über den Dimmer wieder hell. Schön wäre es, über die Sequenz (Aus) – An – Aus – An in eine vordefinierte Einstellung zu kommen.

Ich war so zufrieden, dass ich mehr wollte. Leider war das Gateway bis Ende Januar nicht lieferbar. Aber dann kam doch die Mail – praktisch, dass mein Arbeitsweg direkt am nächsten Schweden-Möbelhaus vorbeiführt.

Meine Bedenken gegenüber Datenschutz und Calling home haben sich bis jetzt nicht bestätigt. Das Teil nimmt nur aus zwei Gründen Kontakt zum „Mutterschiff“ auf: Firmware-updates und die aktuelle Zeit.

Letztere wird für die Lichtwecker-Funktion verwendet, wo ich auch schon bei der ersten richtigen Kritik bin: Die App zeigt sich bei der Konfiguration derselben etwas zickig. Möchte ich für die Wochentage einen anderen Zeitpunkt als für das Wochenende festlegen (also zwei Wecker parallel laufen lassen), wird gemeckert. Auch lässt sich die Dauer für den Anstieg der Helligkeit sowie Start- und End-Helligkeit und Farbtemperatur nicht einstellen. Es wird einfach auf die letzte An-Helligkeit gedimmt. Wenn man nach dem Aufstehen die Lampe aus- und wieder später wieder einschaltet springt sie auf eine Helligkeit von etwa 30 %. Da muss Ikea nochmal feilen.

Genauso reicht der sonst eigentlich ganz gute Dynamikumfang für den Lichtwecker nicht. Oft wache ich schon vom Einschalten der Lampe (bei geringster Helligkeit) vergleichsweise unsanft aus.

Eine weitere Funktion, die ich nicht verstehe: Zeitgesteuertes ein- und ausschalten. Man kann das Ein- bzw. Ausschalten nur als Zeitraum festlegen, nicht als Zeitpunkt. Das macht es unübersichtlich und verwirrend.

Leider ist selbst die Kernkompetenz der App nicht zu Ende gedacht. Während man die Helligkeit von 0 bis 100 % einstellen kann, gelingt das bei der Farbtemperatur nur in 3 Stufen. Die Lampen können über andere Apps mehr, warum wird das nicht genutzt? Die einfachste und intuitivste Bedienung wäre doch wie folgt:

Zwei Schieberegler und ein Fadenkreuz um beide Parameter gleichzeitig zu ändern. Wo Ikea doch sonst so für Pragmatismus und intuitive Konzepte bekannt ist…

Gleichwohl verstehe ich nicht, warum das Gateway zwar auf Port 80 lauscht aber nicht einfach eine Seite ausliefert, über die man die Lampen steuern kann. Das wäre wirklich plattformunabhängig. Für Windows gibt es z. B. keine Anwendung und wenn ein Bookmark auf dem Handy funktioniert mindestens genauso gut wie eine App, die zusätzlichen Aufwand bedeutet.

Bei der App stört ebenfalls die nicht vernünftige Nutzung des Platzes. Man muss sich durch die Menüs hangeln. Auf dem Handy blöd und auf dem Tablet richtig mistig. Ein einziger Helligkeits-Slider auf einen 10 Zoll Bildschirm aufgeblasen ist zumindest nicht wirklich optimal.

Was seit dem Gateway oder dem durch dessen Verwendung auf den Lampen installierten Update auffällt: die Dinger flackern hin und wieder. Hat zumindest die im Büro vorher nicht gemacht und ist auf der nervig-Skala eine glatte 4 (von 10). Der Mehrwert der Lampe ist größer als der Bug in ihrer Kernkompetenz. Trotzdem unschön. Ikea, fix it.

Kein Funk ist auch keine Lösung

Die nRF24L01P sind beliebt und günstig, weshalb hier seit längerem auch ein paar Module mit den Chips herumliegen.

Getrieben durch das Vorhaben eine Wetterstation zu bauen habe ich zwei jeweils an einen Mikrocontroller gehängt.

Nachdem die Übertragung (endlich) funktionierte, ging es daran die Reichweite zu testen. Im ersten Einfach-Programm ließ ich im Sender jede Sekunde ein Paket mit Counter und den Werten des bereits angedengelten Luftfeuchte- und Temperatursensor senden.

Auf der Gegenseite lediglich eine LED, die bei jedem empfangenen Paket toggelt. Bei 1 Mbit/s und 0 dBm war schon im Treppenhaus schluss, ich hoffte aber noch, dass es im Garten noch bzw. wieder klappt, da quasi Sichtkontakt besteht. Nichts. Grmpf.

Laut Datenblatt gewinnt man mit 250 kbit/s gegenüber 1 Mbit/s 9 dB an Sensitivity, was ein wenig Quell der Hoffnung war. Leider hat das auch nicht so wirklich geklappt.

Um zumindest einen Erkenntnisgewinn zu haben, ging es in den Park nebenan um dort auszuloten, wie weit es überhaupt geht. Im ersten Versuch schaffte ich knapp 190 Meter im freien Feld und bei gut aufeinander ausgerichteten Antennen. Ohne Ausrichtung war bei etwa 70 Meter gerade noch zuverlässiger Empfang möglich.

Allerdings hatte ich keine Information, wie oft tatsächlich übertragen werden musste, um Daten von A nach B zu bekommen. Schließlich verwenden die Module Handshaking mit Retransmission. Eine Anzeige musste her. Also schnell das alte und zerkratzte Nokia-Display ausgegraben und angeschlossen. Der eingestaubte Code funktionierte auch fast auf Anhieb.

Da der Empfänger von sich aus nicht wissen kann, wie viele erfolglose Übertragungen es gab werden die Werte im Sender kumuliert in den Sendepuffer geschrieben und nach einer erfolgreichen Übertragung wieder zurückgesetzt. Auf dem Display sieht es dann wie folgt aus:

Ob es wirklich sinnvoll ist, die Temperatur und Luftfeuchtigkeit darzustellen, sei mal dahingestellt, aber warum wegwerfen, was der Sensor hergibt?

Neuer Tag, neues Glück? Mitnichten. Vielleicht lag es am Wetter, vielleicht an der Verdeckung durch Parkbesucher oder am Display – die Reichweite war niedriger. Zuverlässige Datenübertragung ohne Antennenausrichtung war bis knapp 55 Meter möglich, mit (und mit etwas Glück) etwa 85 Meter.

Die Verbindung zwischen geplanten Aufstellorten von Sender und Empfänger war nach wie vor nicht möglich.

Nächste Schritte? Am liebsten würde ich die nRF-Module verwenden. Die Software läuft und die Hardware ist schon da. Interessant wäre, wie sich die Antennen verbessern ließen. Ohne eine vernünftige Möglichkeit, die abgestrahlte Leistung oder das Stehwellenverhältnis zu messen wird es schwierig. Durch den Park laufen tut zwar gut ist aber nicht so richtig vergleichbar. Messequipment für solch einen Zweck zu kaufen steht in keiner Relation. Vielleicht muss ich mal mit ein paar bekannten HAMs reden.