Archiv der Kategorie: Elektronikbastler

SDR – Software Defined Radio

Wer schon immer einmal auf kostengünstigste Weise eine Spektralanalyse im Frequenzband bis knapp 1GHz durchführen will, oder einfach sehen möchte, welche Trägersignale vorhanden sind, der kann sich des SDR (SoftwareDefinedRadio) bedienen. Die günstigste Variante einen entsprechenden Empfänger zu bekommen, ist es, einen DVB-T Stick auf Basis des Realtek Chip RTL2832 zu erstehen. Diese Sticks sind im Internet für wenige Euros zu erstehen.

Die technischen Facts des Sticks und die darin verwendeten IC´s:

Zum einen kommt hier der RTL2832U von Realtek zum Einsatz. Das ist ein quadratischer 6mm Chip (QFN-Package) mit zwölf Pins pro Seite. Er wird mit einer Spannung von 3.3V versorgt und mit einem Takt von 28.8 MHz betrieben. Der IC ist ein DVB-T COFDM Demodulator. (Coded Orthogonal Frequency-Division Multiplexing). Das „U“ in der Bezeichnung definiert das Interface des Chip, das ein USB 2.0 Interface ist. Hier wird im Datenblatt angegeben, den RTL2832U unbedingt über ein USB-Verlängerungskabel anzuschliessen, um die Empfindlichkeit des Empfängers nicht durch die Störaussendungen des Computers zu beeinträchtigen. Weiters besitzt der RTL2832U auch acht GPIO Ports sowie einen Infrarot remote control Port.

Der mit dem RTL2832U meist verwendete Tuner-Chip ist der R820T von Rafael Micro. Der Tuner hat einen Frequenzbereich von 42-1002MHz, die Noise figure liegt bei 3.5dB @ RFin. Die Stromaufnahme liegt bei kleiner 178mA bei 3.3V. Der Eingang darf mit einer Leistung von maximal +10dBm beaufschlagt werden. 

Ein anderer Tunerchip, der auch oft in den DVB-T Sticks zum Einsatz kommt ist der E4000 von Elonics. Er hat im Vergleich zum R820T einen Frequenzbereich von 64MHz bis 1.7GHz.

Der RTL2832U besitzt einen 8Bit ADC und einen DSP. Er beherrscht Digitale Down Conversation (DDC) von IF zum Basisband via I/Q Mixern, digitales Low-pass Filtering, I/Q resampling und sendet die 8Bit I/Q Daten über den USB Port. Ein weiteres Feature des RTL2832U ist  die FFT (FastFourierTransformation), sowie der COFDM Demodulator, der per Software gesteuert werden kann und in den SDR-Applikationen zu Einsatz kommt.

RTL2832U Blockschaltbild (Quelle: Herstellerdatenblatt)

 

Die Software um den DVB-T Sticks SDR-Radio zu entlocken:

Hier gibt es mittlerweile eine riesige Community und ebenso für fast alle Systeme Lösungen um SDR zu betreiben. Eine Ausnahme ist hier  Apple mit seinen iPhones und iPads.

Für den Mac ist hier die Applikation GQRX die erste Wahl. Unter dem folgenden Link: http://gqrx.dk/download ist auch eine Version für den RaspberryPI2 und 3 und für Ubuntu Linux zu finden.

Screenshot von GQRX

Die Software ermöglicht die Darstellung des Frequenzbandes in einstellbarer Bandbreite. Es zeigt die Träger auf der y-Achse in dBuV an. Ebenso kann ein Averaging eingestellt werden. Per einstellbarem Wasserfalldiagramm können auch nur kurzzeitig auftretende Trägersignale sichtbar gemacht werden. Etliche Parameter, wie Sampletrate, FFT-Size, Demodulation, etc. sind konfigurierbar.

Natürlich sind auch für Windows-Systeme geeignete Tools verfügbar: Hier beispielsweise die freie Software SDR# (SDR sharp) von Airspy. Sie bietet dieselben Features wie die GQRX Version für den MAC.

Screenshot von SDRsharp

Wem jetzt auch noch die portable Version fehlt, der kann sein Tablet oder Smartphone mit Android Betriebssystem als „mobiles Messsystem“ aufbauen. Hierzu wird lediglich eine Treibersoftware und das Analyzertool benötigt. Im APP-Store muß hierzu folgendes heruntergeladen werden:

RTL-sdr-driver von Martin Marinov (es ist kein root für das Android Betriebssystem notwendig)
RF-Analyzer oder SDR-TOUCH

Screenshot RF-Analyzer Android

Zusammenfassend noch einmal die Linksammlung:

MAC, Linux und Raspberry:  GQRX
Windows: SDRsharp
Android: RF-Analyzer, RTL-SDR-Driver

 

Amiga und Gotek Floppy Emulator

Als interessanten Ersatz für die alten internen und externen Diskettenlaufwerke (Floppydrives) gibt es mittlerweile Emulatoren, mit denen es möglich ist, auf USB-Medien gespeicherte Disk-Images als 3,5 Zoll Diskette zu emulieren. Dabei können viele Images auf einem USB-Stick gespeichert und per Tasten am Emulator ausgewählt werden. Der Emulator wird rechnerseitig über das 34polige FDD Interface angeschlossen. Auf dem Emulator läuft ein ARM Core Microcontroller von ST. Diese Drive-Emulatoren, in diesem Fall der Gotek Floppy Emulator, sind für IBM-PCs geeignet und können direkt anstelle des originalen Laufwerks angeschlossen werden. In meinem Fall soll der Emulator aber ein Diskettenlaufwerk eines Amiga ersetzen. Dazu ist es notwendig, die Firmware des Gotek neu zu flashen. Wie das gemacht wird, ist in vielen Anleitungen online beschrieben. (z. Bsp. ist es auf Mingos Commodore Page sehr ausführlich erklärt). Ich habe habe mir also einen USB-UART-TTL Adapter (mit PL2303MDL-Chip) bestellt, die Software von ST (in verschiedenen Versionen) heruntergeladen und versucht die Firmware zu flashen.

PL2303 USB-UART

Die Verbindungen zwischen USB-UART Controller und dem Gotek Emulator sind schnell hergestellt. Die Funktion und korrekte Installation des UART Controller habe ich mithilfe von hterm (einem Terminalprogramm) im Loopback getestet (einfach TX zu RX verbinden). Aber das Flashloader Programm von ST bringt immer die Fehlermeldung: „Unrecognized device… Please, reset your device then try again“

Fehlermeldung

Schön brav, wie auch in Mingos Anleitung beschrieben, habe ich den Reset auf dem Emulator durchgeführt und erneut versucht, die Verbindung herzustellen. Aber keine Änderung. Egal in welcher Reihenfolge ich den Reset und den Verbindungsaufbau versuche, es kommt keine Datenaustausch zustande. Leider habe ich kein Oszi zuhause um die Pegel und Timings des RS232 Signals  zu überprüfen – aber es kann ja fast nur daran liegen. Glücklicherweise befindet sich in meinem Fundus aber noch ein FTDI232 USB Kabel (von den Arduino Experimenten). Also warum nicht mit dem versuchen?

FTDI232 Kabel an Gotek

Gedacht – gemacht. Die Pinbelegung des FTDI Kabels ist im Netz dokumentiert. Und siehe da, die Verbinung zwischen PC und Gotek wird sofort aufgebaut. Jetzt kann die Protection des IC aufgehoben und die Firmware für die Amigaemulation geflasht werden.

FTDI232 RX,TX,+5V und GND mit Gotek verbunden

 

 

Eine alte Freundin braucht Pflege – Amiga Kondensatortausch

Im Zuge der Begutachtung und Reinigung meiner alten Commodore Amiga Computer,  A600 und A1200 liegt es natürlich nahe, sich auch um den Zustand der gealterten Kondensatoren zu kümmern. Wie in anderen Blogeinträgen schon erwähnt, sind hier insbesondere die kleinen SMD-Elkos betroffen. Sie werden undicht, der Elektrolyt läuft aus und verunreinigt umliegende Bereiche auf der Platine. Das kann soweit gehen, dass hier Übergangswiderstände oder auch Kontaktfehler durch korrodierte Bauteilanschlüsse entstehen. Der andere Fall ist das Austrocknen des Elkos. In beiden Fällen verliert der Kondensator seine Kapazität und verändert seinen ESR (Equivalent Series Resistance). Hier bietet es sich an, diese Elkos gegen Tantal- oder sogar gegen Keramikkondensatoren zu wechseln. Die gibt es mittlerweile ja schon mit großen Kapazitäten bei kleiner Bauform (z.Bsp. SMD 1210 … ) und auch den geeigneten Spannungsfestigkeiten. Im Foto oben ist der Vergleich SMD-Elko zu den Keramikkondensatoren dargestellt. Ein weiterer Vorteil der „Kerkos“ – man braucht nicht auf die Polarität zu achten. Wie die erneuerten Kondensatoren am Mainboard aussehen, ist im folgenden Bild eines A1200 zu sehen:

Die bedrahteten Elkos bleiben in ihrer Form erhalten und werden wieder durch bedrahtete Radialkondensatoren ersetzt. Nachfolgend habe ich die getauschten SMD-Kondensatoren für einen A1200 und einen A600 Amiga aufgelistet. Die Bestellnummern beziehen auf den Lieferanten Farnell (Stand 01/2017).

SMD-Elektrolytkondensatoren des AMIGA1200 Mainboard Rev.2B

Kapazität Spannungsfestigkeit Stückzahl Positionsnummern Bestellnummer
10µF 25V 2 C214, C306 1828859
22µF 25V 5 C324, C334, C303, C304, C459 1828821
47µF 16V 2 C821, C822 1838761
100µF 10V 4 C235, C236, C239, C409 2442786

SMD-Elektrolytkondensatoren des AMIGA600 Mainboard Rev.1.5

Kapazität Spannungsfestigkeit Stückzahl Positionsnummern Bestellnummer
10µF 25V 4 C214, C460, C306, C613 1828859
22µF 25V 4 C303, C304, C334, C324, C459 1828821
47µF 16V 2 C821, C822 1838761
100µF 10V 4 C235, C236, C239, C409 2442786

 

Schweben mit Ultraschall – Der Tractor Beam

Schwebendes Kügelchen

Ein cooles Projekt hat auf  instructables.com vorgestellt. Es handelt sich dabei um eine Anordnung von Ultraschalltransducern, deren Schallwellen so ausgerichtet sind, dass sich Schallkeulen ausbilden, in denen ein leichter Körper (zum Beispiel ein Styroporkügelchen) schwebend gehalten werden kann. Da das Projekt auf http://www.instructables.com/id/Acoustic-Tractor-Beam/ sehr ausführlich beschrieben ist und wir (Mario, Bernd und ich) smarte Jungs sind 🙂 haben wir und gedacht, wir bauen das nach.

Die Elektronik  besteht aus einem H-Brückenmodul, einem Arduino Nano sowie einem China DC/DC – Converter.  Das Zusammenschrauben der Module funktioniert prinzipiell ganz gut, aber als Elektroniker macht man natürlich eine eigene Platine, auf der alles nötige drauf ist. Also habe schnell ein geeignetes Layout erstellt und per nasschemischer Fertigung hergestellt. Es mag zwar immer Leute geben, die Platinen gerne in einen Fräsbohrplotter einspannen und die Maschine per spanendem Verfahren Material abtragen lassen, aber wenn es schnell gehen und auch schön werden soll, dann wird natürlich geätzt. So sind auch dünnste Leiterbahnen problemlos möglich. Und der ganze Prozess (egal wie groß die Platine ist) dauert gerade einmal 30 Minuten.

Also wie üblich die Schaltung auf Basis Asier Marzos Projektangaben gezeichnet und einwenig optimiert und in den Schematic-Editor eingegeben, ein Layout geroutet und die Belichtungsfolien erstellt.

Die unterschiedlichen Bohrlöcher für die THT Bauteile macht auch hier die Maschine.

Danach werden in einem Bad gleich mehrere Platinen in einem „Ruck“ geätzt.

Jetzt wird bestückt und gelötet.

Die fertige Platine mit aufgestecktem Arduino Nano

Der Träger für die Ultraschalltransducer wird im 3D-Drucker aus ABS gedruckt. Das Stereolithographie-File kann auf der „instructables“ Website heruntergeladen werden.

Wir haben hier unterschiedliche Druckverfahren getestet. Mit Polyvinylalcohol als Support-Material und auch ohne Support…

Das Supportmaterial kann nach dem Druck im warmen Wasser herausgelöst werden. Das dauert in diesem Fall aber einige Stunden.

Nach dem Lösen des Supportmaterials sieht der Ultraschallträger dann so aus.

Mario und Bernd konstruieren zwischenzeitlich eine Halterung für Platine und Akku, auf die der Schallkopf schlussendlich aufgeschraubt werden soll.

Grate entfernen und Feinarbeiten werden mit dem Dremel gemacht.

Jetzt werden alle Ultraschallgeber (Transducer) auf Polarität und Gleichphasigkeit geprüft und bei Abweichungen entsprechend sortiert. Da in der Halbschale insgesamt vier Arrays aus Transducern verschaltet und getrennt angesteuert werden, ist es besonders wichtig, dass alle Transducer innerhalb eines Arrays die selbe Phasenlage erzeugen.

Jetzt kann ich alle Schallgeber in die Halbschale einbauen und entsprechend verdrahten.

Das fertige Werk wird nun an die Platine angeschlossen und der Arduino Microcontroller mit Programmcode versehen.

Nach dem Einschalten und den ersten Messungen, ob alle Spannungen vorhanden sind und die Transducerarrays phasengleich angesteuert werden, kann über einem Wasserbad die Ausbildung der Schallkeulen überprüft werden.

Der Erfolg zeigt sich, wenn ein Styroporkügelchen schwebend gehalten wird …

Ein kurzes Video, das den Aufbau und Test des Tractor-Beam Projektes zeigt, ist hier zu sehen:

 

 

 

 

 

 

 

Raspberry Pi – mechanische Beanspruchung extrem

Der Raspberry Pi ist als universell einsetzbarer Einplatinencomputer in vielen Hobby- und Heimanwendungen zu finden. Ob als Webserver, TV- oder Radio-Streamingserver, Spielekonsolenemulator oder Steuerungen im Bereich Robotik und Automation, der Raspberry PI kann diese Aufgaben erfüllen. Auch als mobiler Datenlogger lässt er sich aufgrund der kompakten Bauform und geringen Stromaufnahme ideal nutzen. In einem früheren Blogbeitrag habe ich ein Beispiel mit Wetterdatensensoren, angeschlossen an einen batterieversorgten Raspberry Pi, aufgebaut. Der „Logger“ zeichnete die Daten der Sensoren auf einer Speicherkarte auf. So ein Logging-System lässt sich auch wunderbar in ferngesteuerte  Fahr- oder Flugmodelle einbauen. 

Was jedoch passiert wenn so ein Flug- oder Fahrmodell von seiner Momentangeschwindigkeit in einem sehr kurzen Moment auf Geschwindigkeit Null verzögert wird, kann man sich vorstellen. Wie jedoch das Logging-System darin dann aussieht, vielleicht nicht. Aber ich kann hier mit Bildmaterial helfen.

Hier war einst die CPU

Die USB-Buchsen sind noch vorhanden. Der LAN-Anschluß fehlt.

Die Zweiteilung des Raspberry Boards haben die ihn überholenden, schwereren Komponenten (Batterien), die hinter ihm angeordnet waren verursacht. 

Selbst der Mini-USB Stick verformte sich so stark, dass der Speicherchip in zwei Teile zerbrach. Ein Auslesen der Daten war somit auch nicht mehr möglich.

Ultraschall aus der Medizintechnik

 

Sehr günstig und als defektes Bastlergerät habe ich diesmal dieses schmucke Teil erworben. Es handelt sich um einen Esaote Sim7000 Challenge Ultraschallscanner, der in der Medizintechnik eingesetzt wurde. Das Gerät stammt aus dem Jahr 1998, hat in etwa die Größe eines alten PC-Gehäuses mit einer integrierten Tastatur und einem Trackball und wiegt knappe zehn Kilogramm. Ein eingebauter 10 Zoll Monochrommonitor ermöglicht das Arbeiten ohne weitere externe Geräte. Mitgeliefert wurde auch eine, als defekt markierte Ultraschallsonde der Type 5075 AA-C. Also ran an den „Speck“ und sehen, ob man das nicht reparieren kann. Ein kurzer Funktionstest zeigt, dass die Sonde zwar prinzipiell arbeitet, aber ein absolut verwischtes Bild produziert. Diejenigen, die das Prinzip des Filmprojektors noch kennen, können sich das in etwa wie einen Film vorstellen, der ohne Verschluss an der Projektionslinse vorbeigezogen wird…

 

Zum Prinzip der bildgebenden Ultraschallmessung:

(Quelle: Internet und Publikationen aus Fachzeitschriften)
Das menschliche Ohr kann Töne mit Frequenzen von ca. 20 Hz bis 20 kHz hören. Schallwellen, die jenseits der Wahrnehmungsfähigkeit des menschlichen Gehörs liegen und einen Frequenzbereich von 20 kHz bis mehrere hundert MHz umfassen, bezeichnet man als Ultraschall).

Die Intensität von Schallwellen wird in Watt pro cm² gemessen und ist ein Maß für den Energieinhalt der Wellen. Bei der Absorption im Gewebe werden Schallwellen in Wärme umgewandelt und können dementsprechend eine Temperaturerhöhung bewirken. In enger Beziehung zur Energie der Ultraschallwellen steht der Schalldruck. Die Schallwelle erzeugt periodisch einen Unterdruck und einen Überdruck. Sehr hoher Unterdruck kann im Gewebe Gasblasen erzeugen (Kavitation) und nachfolgend zu Gewebeschäden führen. Daher gibt es Grenzwerte für den Schalldruck, der in der Einheit Pa (Pascal) gemessen wird. Die Schalldrücke im Gewebe bei diagnostischen Verfahren liegen üblicherweise unter 0,5 MPa.
Die Eindringtiefe von Ultraschallwellen in das Gewebe ist bei niedrigen Frequenzen höher und nimmt mit höheren Frequenzen ab. Bei therapeutischen Anwendungen, bei denen es vor allem auf die thermische und mechanische Wirkung ankommt, werden Frequenzen zwischen 20 KHz und 800 KHz bevorzugt, in der Diagnostik zwischen 1 und 40 MHz.

Die bildgebende Ultraschalldiagnostik nutzt die Eigenschaft der Schallreflexion. Diese variiert in Intensität und Phase in Abhängigkeit der Dichte der Medien. Laufzeit, Amplitude und Phase der reflektierten Welle zur ausgesendeten Welle bilden die Grundlage zur elektronischen Erfassung und Darstellung des Schallbildes. Um das Schallbild auch zweidimensional darstellen zu können, muß die Schallwelle in einer Ebene zusätzlich noch mit ausreichender Geschwindigkeit gelenkt werden. Dies geschieht bei einem mechanischen Schallkopf mit Hilfe eines elektrischen Antriebes. Modernere Schallköpfe haben eine Reihe an Schallgebern nebeneinander angeordnet (Array), die je nach Anzahl eine entsprechend hohe Zeilenauflösung darstellen können. Die Eindringtiefe der Schallwellen ist, wie oben erwähnt, von der Frequenz der Welle abhängig. Grundsätzlich gilt: je höher die Frequenz, desto weniger tief dringt die Welle ins Gewebe ein. Oder anders ausgerückt: je länger die Welle (Wellenlänge) desto tiefer. (bekanntlich gilt ja: λ = c/f  wobei c die Schallausbreitungsgeschwindigkeit des Mediums ist. Als Vergleich: c(Luft)=343m/s und c(Wasser)=1484m/s)

Ultraschallmedien
(Quelle: Fachzeitschriften)
Um stärkere Schallreflexionen an der Grenzfläche zwischen Schallkopf und Haut – bedingt durch dazwischen eingelagerte Luft – zu vermeiden, werden Ultraschallmedien verwendet. Sie stellen den optimalen Kontakt zwischen Schallkopf und Haut her. Ultraschallmedien dürfen ebenfalls keine Luftbläschen enthalten, um den möglichst lückenlosen Schallübergang zu gewährleisten. Flüssigkeiten wie Wasser und Alkohole wären prinzipiell zwar geeignet; aufgrund ihrer Flüchtigkeit und niedrigen Viskosität sind sie aber sehr unpraktisch. Daher wurden spezielle Gele entwickelt.
Gele sind nichts anders als Flüssigkeiten, die mittels eines Verdickungsmittels bequem auf der Haut verteilbar sind. Man unterscheidet zwischen Hydrogelen und Lipogelen (Oleogele). Lipogele bestehen aus Ölen pflanzlicher, synthetischer oder mineralischer (Erdöl) Herkunft. Sie sind weniger geeignet, da sie fetten und nach der Behandlung nur mühsam zu entfernen sind. Hauptkomponente der Hydrogele ist – wie der Name schon andeutet – Wasser. Daher kann man Hydrogele nach Gebrauch praktisch ohne Rückstand einfach abwischen.

 

Von dem theoretischen Exkurs nun zur technischen Beschaffenheit und der Fehlersuche:

Zuerst habe ich mich ein wenig über die Ultraschallsonde schlau gemacht. Hierbei handelt es sich um eine mechanische Sektorsonde, die bei 3.5 und 5.0MHz arbeitet. Der Kristall ist hier auf einem, in einer Achse beweglichen Kopf (man kann sich eine Wippe vorstellen) montiert, die über einen kleinen Aktuator mittels Bowdenzug angetrieben wird. Die folgenden Bilder zeigen die Ultraschallsonde in den unterschiedlichen Demontagezuständen.

Die hintere Verschlusskappe ist mit zwei Schrauben befestigt. Diese sind hinter der Silikonvergussmasse versteckt. Entfernt man die Schrauben, so ist die Kabelzugentlastung auch gelöst und man kann die Steckverbindung abziehen.

Jetzt kann man vier kleine Madenschrauben lösen, die das Abschrauben des Deckels ermöglichen. Um zu den Madenschrauben zu gelangen, muß die Silikonummantelung der Sonde nach vorne abgerollt werden.

Ist das Kabel abgezogen, so kommt darunter eine Platine zum Vorschein. Diese ist wiederum mit zwei Schrauben befestigt. Löst man die Schrauben, so kann auch die Platine abgezogen werden.

Die Anschlussleitung sollte auf Beschädigungen bzw. Verunreinigungen geprüft und gereinigt werden.

Hier ist eine klebrige Masse (ich vermute das Öl bzw. Gel aus dem Inneren des Sondenkopfes) anhaftend. Diese Verunreinigung lässt sich nach Abstecken des Kabels dann einfach mit Alkohol oder Platinenreiniger entfernen und reinigen.

Ist die Platine nun abgezogen, so kommen dahinter die Anschlußstifte zum Vorschein. In der Mitte befindet sich ein Gummipfropfen der den „Öl?-„gefüllten Bereich der Sonde freilegt. Ein Spannring am Gehäuserand hält die Antriebseinheit in Position. Darunter befindet sich ein Dichtring sowie ein O-Ring.

Nun kann das Öl?  (falls jemand weiss, welches Material das wirklich ist – ich würde mich freuen, es zu erfahren) – entfernt werden. Ich habe es vorsichtig mit 2ml Spritzen herausgezogen um es aufzuheben und wieder einfüllen zu können.

Das Zeug ist extrem klebrig und zähflüssig. Ich vermute, dass das auch das eigentliche Problem ist. Die Viskosiät der Flüssigkeit. Die ist wahrscheinlich aufgrund des Alters zähflüssig geworden und der Schwingkopf kann sich nicht mehr mit seiner Sollgeschwindigkeit bewegen.

Jetzt kann begonnen werden, die Membrane zu lösen. Eigentlich ist die Membrane mit einer, mit Innengewinde versehenen Aluminiumhülse angeschraubt und sollte sich lösen lassen. (Im Bild ist die Membrane das graue Kunststoffhütchen und die Aluminiumhülse im Bereich des Daumens zu sehen.) Leider ist es mir nicht gelungen, diese Verschraubung zu lösen. So musste ich die Membrane quasi aus dem Gewinde heraushebeln. Das wiederum ist mir ganz gut gelungen. Zumindest ist die Membrane nicht gerissen und hat Ihre Dichtheit bewahrt.

Das Innenleben kommt zum Vorschein. In der Spitze der Membrane ist deutlich ein verdickter Klumpen von dem zähflüssigen Medium zu erkennen.

Hier ist der Kristall montiert auf seiner Wippe zu sehen, ebenso der Bowdenzugantrieb und in der ganz rechten Bildhälfte noch das Gehäuse des Aktuators. Diese komplette Einheit lässt sich übrigens auch wieder mit zwei Miniaturmadenschrauben lösen.

Das ist das gesamte Innenleben des Schallkopfes. Jetzt können alle Leitungen überprüft werden, ob hier irgendwelche mechanischen Beschädigungen vorliegen.

In diesem Fall war keinerlei Beschädigung zu erkennen. Alle Coaxialleitungen zum Kristall sind in Ordnung. Alle Anschlusspins sind ebenso ok. Der Aktuator funktioniert. Der Bowdenzug ist ebenso ok. Also kann es nur mehr das „Öl?“ sein. Also habe ich die Einheit wieder zusammengebaut.

Nach dem Zusammenbau habe ich auch wieder das alte Öl eingefüllt. Das erweist sich als recht mühsam, zumal es lange dauert, die Luftblasen los zu werden. Es geht jedoch wesentlich schneller, wenn man dieses Öl erwärmt (ich habe das mit einem Fön bewerkstelligt). Und genau das hat mich auf eine Idee gebracht, den Schallkopf nach dem Zusammenbau zu erwärmen und das Verhalten nochmals zu testen. Wenn das Öl wirklich merklich dünnflüssiger wird, dann sollte auch die Beweglichkeit der Wippe leichter werden. Gesagt, getan. Zuerst wollte ich jedoch testen, ob der Schallkopf meine Zerlegeprozedur generell überlebt hat. Und ja – er hat. Das Schallbild sieht jetzt schon um einiges besser aus als zuvor. Also habe ich den Versuch mit dem Heißluftfön gestartet. Vorsichtshalber habe ich die obere Temperaturgrenze auf 45° C eingestellt. Und siehe da, das Schallbild wird zunehmend besser. Es ist jetzt ein deutliches Bild zu erkennen. Es wackelt und zittert nur noch ein wenig in der x-Achse – die Ursache ist also doch das Öl. Wenn hier jemand Erfahrung damit hat, oder eine Quelle, wo man die passenden Öle und auch Ersatzteile bekommen kann – ich bin für jede Information dankbar 🙂

 

 

 

 

 

 

Homematic Zählersensor an S0-Ausgang

Mit dem von HomeMatic angebotenen Energiezähler-Erfassungssystem kann man mit Hilfe unterschiedlicher Zählersensoren die Anzeigen- bzw. Zähleinheiten der Energieversorger ablesen und für eigene Datenerfassungssysteme aufbereiten. Dies geschieht auf unterschiedliche Weise. Es kann die Drehscheibe (Ferrarisscheibe) eines Wirbelstromzählers abgetastet werden, oder der Led-Blinkimpuls von modernen elektronischen Zählern, sowie auch mittels Reedkontakt die Zählimpulse der mechanischen Gaszähler. Dies kann alles mit dem HomeMatic Funk-Zähler Erfassungssystem HM-ES-TX-WM bewerkstelligt werden. Für die unterschiedlichen Zählertypen sind unterschiedliche Sensoren erhältlich, die alle über eine 6polige Western-Modular-Steckverbindung angeschlossen werden können. Die Sensortype wird dabei vom Funksender automatisch erkannt und stellt in seinen Softwareeinstellungen die entsprechenden Umrechnungsoptionen (Impulse/kWh, Umdrehungen/kWh, m³/kWh) dar.

Hat man jetzt zum Beispiel einen eigenen elektronischen Subzähler verbaut, so kann natürlich auch mit dem LED-Sensor die Impuls LED abgefragt werden, um so zu den Daten des Zählers zu gelangen. Die meisten elektronischen Hutschienenzähler haben aber auch einen sogenannten S0-Ausgang, der einen potentialfreien (open-collector) Ausgang über Schraubklemmen zur Verfügung stellt. Wenn man die Schaltung des LED-Sensors ein wenig geändert neu aufbaut, so kann der S0-Ausgang des Hutschienenzählers anstelle der Fotodiode angeschlossen werden. Der Sensortyp wird dann weiterhin korrekt erkannt und am Funk-Zähler Erfassungssystem angezeigt.Mit dieser Schaltung erkennt der HM-Sender den LED-Sensor. Anstelle der Fotodiode wird die Kollektor-Emitter-Strecke des Hutschienenzählers angeschlossen. Die ganze Schaltung wird auf eine kleine Platine gebracht, diese dann geätzt und bestückt.

Mehrere Platinen direkt aus dem Ätzbad… Danach erfolgt der Zuschnitt und das Beschichten mit Lötlack.

Die Platinen sind nun zugeschnitten, lackiert und können jetzt bestückt werden.

Mit Bauteilen versehen, fehlen jetzt nur mehr die Zuleitungen.

Es sind nun alle Leitungen angelötet. Zum Schutz vor Kurzschlüssen wird die Platine mit einem Schrumpfschlauch überzogen. Jetzt kann alles angeschlossen und eingebaut werden.

An den S0-Ausgang des Hutschienenzählers angeschlossen, kann es dann gleich losgehen. Im Homematic-Funksender oder in den Geräteeinstellungen der CCU2 muss nur mehr die dem Zähler entsprechende Impulsanzahl pro kWh eingestellt werden. Diese Information sind in den Datenblättern des Zählers zu finden. Sie sind aber auch fast immer direkt auf den Zählern zu finden. In diesem Fall erzeugt der Zähler 1600 Impulse/kWh.

3.2″ TFT Display an Raspberry PI

dsc_2944Der Raspberry Pi in seiner Anwendungsvielfalt wurde bisher immer als kleiner Server, oder Datenlogger, oder auch als TV-Frontend betrieben. Dabei wurde er über seinen HDMI-Ausgang an einen TV oder Monitor angeschlossen. Im Server- bzw. im Dataloggerbetrieb war kein externer Monitor notwendig. Sämtliche Einstellungen sind über die Konsole über das Netzwerk durchführbar. Will man den Raspberry aber einmal als – beispielsweise – mobiles, Akku betriebenes Gerät aufbauen, so gibt es eine Vielzahl an Anzeigenelementen und Displays. Von einfachen LC-Displays, die mehrzeilig Zeichen darstellen können, über monochrome Dot-Displays bis hin zu TFT-Farbdisplays in unterschiedlichen Größen ist hier alles erhältlich.

Ich stelle hier das 3,2 Zoll TFT 65k Farbdisplay von „joy-it.net“ vor. Das Display ist mit einem Touchscreen ausgestattet und wird über eine 26-polige Buchsenleiste direkt auf die GPIO-Pinheaderleiste des Raspberry gesteckt. Weitere Verbindungen sind nicht notwendig. Das Display hat die selben Abmessungen wie das Raspberry Pi Board und bildet so ein kompaktes, handliches PI-Paket…

dsc_2946Ist das Display aufgesteckt, und auf der SD-Karte ein Raspbian-Image mit graphischer Oberfläche installiert, dann kann es losgehen. Zur Einrichtung des Displays sind noch ein paar Schritte durchzuführen. Nach dem Einschalten wird erst einmal nur die Hintergrundbeleuchtung des Displays hell. Mehr passiert vorerst nicht. Darum verbindet man den Raspberry vorher noch einmal mit einem Monitor über HDMI oder über das Netzwerk mit einem Terminal. Hat man nun Zugriff so wird folgende Datei bearbeitet:

sudo nano /boot/config.txt

Hier sind die folgenden Zeilen am Ende einzufügen:

dtparam=spi=on
dtoverlay=waveshare32b:rotate=270

Dann die Datei speichern und den Editor wieder schließen. Jetzt die cmdline.txt bearbeiten:
sudo nano /boot/cmdline.txt

An das Ende der Zeile ist folgendes anzufügen:

fbcon=map:10

Und die Datei wieder speichern. Jetzt wird eine neue Datei erstellt:
sudo nano /usr/share/X11/xorg.conf.d/99-calibration.conf

Hier die folgenden Zeilen eintippen und die Datei wieder speichern:

Section „InputClass“
Identifier „calibration“
MatchProduct „ADS7846 Touchscreen“
Option „Calibration“ „160 3723 3896 181“ Option „SwapAxes“ „1“
EndSection

Jetzt ist noch die 99-fbturbo.conf zu editieren:

sudo nano /usr/share/X11/xorg.conf.d/99-fbturbo.conf

Hier ist in der Zeile:
Option „fbdev“ „/dev/fb0“  das fb0 in fb1 zu ändern. Das soll dann so aussehen:
Option „fbdev“ „/dev/fb1“  Und wieder speichern.

Jetzt in den tmp Ordner wechseln (cd /tmp) und folgende Datei herunterladen:
wget http://www.joy-it.net/anleitungen/rpi/tft32b/waveshare32b-overlay.dtb
und nach
sudo cp waveshare32b-overlay.dtb /boot/overlays/waveshare32b.dtbo
kopieren.

Das war´s dann schon. Mit sudo reboot und angestecktem Display dann neu starten.

dsc_2948Wenn alles geklappt hat, so sollte das Display jetzt arbeiten und der Touchscreen funktionieren.

3D-Druck, Raspberry PI und Schalten von Netzspannung

dsc_2916Heute stelle ich kurz ein Miniprojekt, das aus gegebenem Anlass enstanden ist, vor.  Zum Thema 3D-Druck mit dem Ultimaker 2 Drucker gibt es ja mittlerweile schon tonnenweise Informationen im Web. Auch die Steuerung über einen Webserver (octoprint) samt Webcameraüberwachung ist sehr gut dokumentiert und einfach zu realisieren. So haben es viele selbsternannte 3D-Drucker-Experten einfach, und können auf das umfangreiche Wissen aus dem Web zurückgreifen. An meinem Abeitsplatz im Labor ist seit kurzem auch ein Ultimaker 2+ Drucker im Einsatz und wird, da ja viele Druckaufträge oft mehrere Stunden bis zur Vollendung benötigen, per Webcam überwacht. Jetzt könnte man den Drucker unbeaufsichtigt drucken lassen und den Raum oder das Gebäude verlassen und den Fortschritt remote überwachen. Doch wenn jetzt etwas nicht nach Plan verläuft und der Druckkopf beispielsweise mit dem Druckobjekt kollidiert oder das Druckobjekt selbst nicht so gedruckt wird, wie es der Slicer vorsieht, dann kann der Drucker nicht per Remote not-abgeschaltet werden.

Da der Octoprint – Server nun aber auf einem Raspberry PI läuft, dessen GPIO Port – Pins einfach ungenutzt herumstehen 🙂 , bieten sich diese an, ein Interface zu bauen, das im Falle des Falles die Stromversorgung des Druckers abschalten kann. Eine, in ein kleines Kunststoffgehäuse eingebaute Relaisplatine soll an die GPIOs angeschlossen werden. Die Relaiskontakte werden dann daran angeschlossene Schukosteckdosen schalten. Ich habe die Relaisplatine für vier Kanäle dimensioniert, um nicht nur den Drucker notabschalten zu können, sondern zukünftig auch ein Abluftventilator etc. damit zu schalten. Die Schaltbefehle werden dann direkt am Raspberry, über z.Bsp. Python-Scripten, oder einfach nur bash commandos ausgeführt.

Hier ist die supereinfache Schaltung für den Aufbau der Relaiskarte dargestellt:

schematicgpio

Vom Papier zur fertigen Platine und diese dann in ein Gehäuse eingebaut und per 40poliger Stiftleiste und Flachbandkabel an den Raspberry PI angesteckt, ist im folgenden Bild zu sehen. Als Gerätebezeichung ist mir „Ultimaker Schukocontroller“ eingefallen. Da die Aluminium-Frontplatte des Gehäuses wegen der Aussparung für das Flachbandkabel ohnehin in den Fräsbohrplotter musste, habe ich den Schriftzug „Ultimaker Schukocontroller“ auch gleich dort verewigt.

dsc_2918

Die Hardware ist nun fertig und mit dem Raspberry verbunden. Als GPIO Pins habe ich, wie im Schaltplan zu erkennen, die GPIOs 08, 23, 24 und 25 verwendet. Als einfachen Test kann man die Relais jetzt über das Terminalfenster des Raspberry (entweder lokal, oder über einen Putty) ganz einfach ansteuern. Als Beispiel ist hier GPIO Pin8 angegeben:

sudo echo „8“ > /sys/class/gpio/export
sudo echo „out“ > /sys/class/gpio/gpio8/direction

Relais einschalten:
sudo echo „1“ > /sys/class/gpio/gpio8/value

Relais ausschalten:
sudo echo „0“ > /sys/class/gpio/gpio8/value

 

 

Aus der Nixie Ära, noch mehr VFD

 

img_6297In einem früheren Blogeintrag habe ich einen Uhrenbausatz vorgestellt, dessen Anzeigenelemente mit VFD-Röhren aufgebaut sind. Diese Vakuum-Fluoreszenz-Display Röhren stammen, wie auch die Nixieröhren, aus den 60iger, 70iger Jahren und wurden dann von den LED 7-Segment Anzeigen abgelöst. Doch der Reiz der glimmenden, in Glaskolben verpackten Leuchtziffern erobert heute wieder so manches Wohnzimmerregal. Über den damaligen Beitrag über den VFD – Uhrenbausatz von gr-projects, bin ich mit dem Konstrukteur und Hersteller dieses Bausatzes, Herrn Rother in Kontakt gekommen.  Herr Rother hat mir weitere Uhrenmodelle zur Verfügung gestellt, deren Auf- und Zusammenbau ich in Form kurzer Filme aufbereitet und dokumentiert habe. Die verwendeten Anzeigeröhren sind russische Röhren der Typen IV-11, IV-6 und IV-3.

Hier die Infos zu den Röhren:

IV-11:

  •  Glaskolben mit einer Höhe von 55mm und einem Durchmesser von 22mm.
  • Anzeigehöhe 20x13mm (HxB)
  • Heizspannung 1,5V bei einem Strom von 50-70mA
  • Gitterspannung ca 25-30V
  • Lebensdauer ca. 5000h

IV-6:

  • Glaskolben mit einer Höhe von 40mm und einem Durchmesser von 12mm.
  • Anzeigehöhe 11x5mm (HxB)
  • Heizspannung 0.85-1.15V bei einem Strom von 50mA
  • Gitterspannung ca 25-30V
  • Lebensdauer ca. 5000

Hier nun die Aufbauvideos zu den Uhrenmodellen: