Archiv der Kategorie: Elektronikbastler

VFD-Uhr mit Datum, Wochentag und Sound

Einen neuen Bausatz zum Thema Vakuum Floureszenz Display habe ich von Günter (gr-pojects) erhalten. Vielen Dank!

Es ist eine Uhr mit Vakuum-Floureszenz-Anzeigeröhren der Typen IV-11 für die Stunden, Minuten und Sekundenanzeige und einer IV-18 Röhre für die Datumsanzeige, sowie IV-3 zur Darstellung des Wochentages. Die Uhr besteht aus einem Mainboard mit Spannungsversorgung, CPU, MP3-Modul sowie den Treiberbausteinen für die Röhren. Die Uhrzeit wird über einen extern angeschlossenen DCF-77 Empfänger eingestellt und synchronisiert. Später wird das Board noch mit einer Realtimeclock-Schaltung erweitert.  Die Energieversorgung für die gesamte Schaltung kommt von einem kleinen Steckernetzteil mit 12V/1.2A. Die gesamte Stromaufnahme beträgt ca. 450mA. Als besonderes Feature besitzt die Uhr ein kleines MP3-Soundmodul mit MicroSD-Kartenslot. Dieses erhält vom Microcontroller über die serielle Schnittstelle zu jeder viertel-Stunde ein entsprechendes Commando, ein MP3 File abzuspielen. So wird die viertel Stunde mit einem „Gongschlag“, die halbe Stunde mit zwei und die dreiviertel Stunde mit drei „Gongschlägen“ signalisiert. Zur vollen Stunde wird die entsprechende Uhrzeit angesagt.

Die gesamte Schaltung ist in ein Alu-Acryl Gehäuse eingebaut. Alle Formteile sind gefräst und werden  verschraubt. Ein Video vom Aufbau und der Funktion ist unten zu sehen:

ABS Steuergerät und der Wackelkontakt

In den modernen Kraftfahrzeugen ist ja massenweise Elektronik verbaut, die über unterschiedliche Bussysteme miteinander kommuniziert. Zahlreiche Steuergeräte verarbeiten Sensordaten und führen damit Regel- und Steueraufgaben durch und senden diese an Aktoren und Geber. Doch leider ist viel Elektronik, vorallem die hochintegrierte, auch fehleranfällig. Die rauhen Umgebungsbedinungen, die in einem Fahrzeug herrschen, insbesonders im Motorraum, lassen diese Komponenten schneller altern. So treten immer wieder Ausfälle von Komponenten auf. Manchmal sind es nur Kleinigkeiten, wie Kontaktfehler durch zum Beispiel kalte Löstellen. Diese Fehler lassen sich oft auch einfach reparieren, ohne gleich ein neues Teil kaufen zu müssen. Oder zumindest provisorisch reparieren, um das Fahrzeug im betriebsfähigen Zustand zu halten, bis ein Neuteil verfügbar ist.

Dieses Mal habe ich ein Auge auf ein Steuergerät eines BMW geworfen, das für die Bremsdruckunterbrechung im Radblockier-Fall zuständig ist – also ein ABS – Steuergerät. Die ABS-Kontrolleuchten im Tachomodul signalisierten durch ein Dauerleuchten, dass hier ein Defekt vorliegt. Die Radsensoren und Verbindungsleitungen zum Steuergerät kamen als Fehlerursache nicht in Betracht – es konnte dann nur das Steuergerät sein. Vom Hydraulikblock getrennt landet es auf meinem Tisch.

Bosch ABS-Steuergerät 34.52-6750345

Die Elektronik verbirgt sich unter einer verschweissten Kunststoffabdeckung. (im Bild direkt vor dem Stecker zu sehen). Diese lässt sich nur mit gröberer Gewalt öffnen. Ich wählte hier eine kleine Trennscheibe für den Drehmel, mit dem ich die Klebestellen an drei Kanten vorsichtig auftrennen konnte.

Schnitt entlang der Klebeschweissstelle

Im Bild kann man die Schnittstelle erkennen. Die hintere Seite unter dem Stecker ist für die Trennscheibe nicht zugänglich. Das ist aber auch nicht notwendig, da der Deckel so zum Stecker hin hochgebogen werden kann und nicht vollständig entfernt werden muss.

Deckel ist hochgeklappt

Nun kann der Deckel hochgeklappt werden. Darunter kommt die Elektronik zum Vorschein. Hier ist nun höchste Vorsicht geboten. Die Trägerplatine (vermutlich Rogers-Material) ist lediglich mit Silikongel geschützt. Und darunter befinden sich nicht nur einige SMD-Komponenten, sondern auch direkt die DIEs (also die Siliziumhalbleiter – so wie sie vom Waver geschnitten werden, bevor sie in einem Gehäuse vergossen und gesichtert werden) Diese wiederum sind auf die Platine geklebt und mit Bonddrähten zu dieser verbunden. Die Drähte haben teilweise einen Durchmesser von 25µm und man kann sich vorstellen, die sind auch ziemlich empfindlich. Geschützt sind sie lediglich durch das Silikongel, das immer extrem dauerelastisch ist. Diese Konstruktion macht den extremen mechanischen Materialstress, der durch die thermischen Gegebenheiten im Motorraum und Vibrationen besteht, vermutlich am besten mit…

Betrachtet man die Platine genauer, so ist zu erkennen, dass auch die Verbindungsleitungen zur Aussenwelt (Stecker und Elektromagnete) mit unterschiedlich dicken Bonddrähten ausgeführt sind. Und hier ist in den meisten Fällen auch der Fehler zu suchen. Manche Bondstellen brechen.

Die ersten fünf dicken Leitungen von links sehen unter dem Mikroskop wie folgt aus:

Bruchstellen an den Bondstellen

Wenn man ganz genau hinsieht kann man die Bruchstellen erkennen. Mit einer Pinzette lassen sich die defekten Leitungen einfach herunterziehen.

defekte Bonddrähte sind entfernt

Sind die defekten Bonddrähte entfernt, dann muss das Silikongel vorsichtig zur Seite geschoben werden. (Ideal wäre an dieser Stelle, das gesamte Gel zu entfernen – das würde eine professionelle Reparatur unter dem Wirebonder ermöglichen) Da ich die Möglichkeit zur Gelentfernung leider nicht habe, muss hier gelötet werden. Aber auch hier ist doch ein wenig Geschick von Nöten.

Neue Verbindungsleitungen

Es sieht zwar nicht perfekt aus, aber die Lötverbindungen halten und haben Kontakt. Ich habe hier lackierten Kuperdraht mit 100µm Durchmesser genommen, da die Silberbonddrahtbestände in dieser riesigen Dimension nicht vorrätig sind…

Jetzt kann das fehlende Silikongel ersetzt werden. Ein vorsichtiges Verstreichen des umliegenden ist bedingt ebenfalls möglich. Der Deckel kann nun mit Kleber wieder verschlossen und versiegelt werden. Hier bietet sich der KFZ-Scheibenkleber an.

Wenn alles geklappt hat und keine weiteren Bonddrähte (auch auf dem Board selbst) beschädigt sind, dann sollte das Steuergerät wieder arbeiten.  Hier ein kurzes Video zur Reparatur:

 

 

 

Hameg Oszilloskop HM1508

Ein besonderes Dankeschön möchte ich in diesem Beitrag an die Firma Rohde und Schwarz Österreich GmbH für die kostenlose Überlassung eines Hameg Mixed Signal CombiScope HM1508 aussprechen. Vielen Dank für diese Spende.

Das Hameg HM1508 ist ein Vier-Kanal Oszilloskop mit zwei analogen Kanälen und zwei Logic-Eingängen. Die Samplerate beträgt 1GS/s bei einer Speichertiefe von 106 Punkten pro Kanal. Die analoge Bandbreite beträgt 150MHz. Das Gerät ist noch mit einer klassischen Monochrom-Anzeigeröhre ausgestattet und bietet etliche Funktionen der modernen Speicheroszilloskope.

So sind beispielsweise Messungen am Signal im Amplituden- und Zeitbereich per Cursor und auch automatisch möglich.

Die Datenpunkte werden per Interpolation (sinx/x, pulse, bzw. linear) verbunden. Die Dataaquisition kann in den Modi: single, average, envelope, roll und refresh erfolgen. Die vertikale Darstellung ist in den Bereichen von 1mV bis 20V pro Division einstellbar. Weiters bietet das Hameg einige Math-Funktionen sowie die Moglichkeit, die erfassten Daten zu speichern und exportieren.

Eine USB-Schnittstelle, sowie eine RS232 DB9 Buchse dienen als Schnittstelle zur Aussenwelt.

Ebenso im Lieferumfang enthalten: Die Signalprobes (eine pro Channel)

Die Abmessungen betragen: 285 x 125 x 380 mm 
Gewicht: 5,6kg
Leistungsaufnahme: 35W bei 240VAC und 50Hz

 

Sony TV-Video8 Combo EV-DT1

Aus den ganz frühen 90iger Jahren stammt der SONY EV-DT1, ein tragbares Röhren TV-Gerät mit einem 13cm Trinitron Bildschirm und einem integrierten Video8 Video Recorder und Player. In das Gerät wurde ein Netzeil (AC/DC Converter für 240Volt/50Hz), sowie ein DC/DC Converter mit einem Eingangsspannungsbereich von 12-24V DC eingebaut. Somit ist der Betrieb zuhause und mobil in Fahrzeugen möglich.  Die technischen Daten:

  • Bezeichnung/ Modell: TV/VCR (Video8) Combo / EV-DT1
  • Hersteller: Sony Japan
  • Baujahr: ca. 1988
  • Abmessungen: 160x230x300mm
  • Gewicht: 5,8 kg
  • Bildschirm: Trinitron – Röhre 120x100mm Bildschirm
  • Versogungsspannung: 240VAC,12VDC,24VDC
  • Analogtuner: VHF/UHF-Band
  • TV-System: PAL 625
  • VCR-System: Video 8 PAL, Recorder/Player
  • Lautsprecher: 0,5W dynamisch, intern

Genau ein solches Gerät habe ich sehr günstig (quasi nur für  die Portokosten) als defekt erworben. Die Fehlerangabe hier war: „lässt sich nicht einschalten“. Also dachte ich mir – wenn gar nix geht, dann lässt sich leichter der Fehler finden :D.  Die Serviceunterlagen zu dem Gerät findet man auch im Netz – also kann man die paar Euros riskieren.

Also zuerst einmal das Gerät an die Versorgungen anschliessen und das Fehlerbild nachvollziehen. Und tatsächlich – es tat sich nichts. Und das sowohl bei Netzspannung als auch bei Niederspannung. Glücklicherweise ist der EV-DT1 sehr gut und servicefreundlich zu zerlegen. Den Deckel bekommt man nach Lösen von vier Schrauben ab. Dann lassen sich die einzelnen „Module“ (Monitor, Netzteil, Bedienteil, Videorecorder) abschrauben. Die Verbindungsleitungen zwischen den Modulen sind mit Steckverbindern versehen.

Das Netzteilmodul wollte ich zuerst begutachten. Wenn gar nichts mehr tut, dann wird wohl hier der Fehler sein.

Das ausgebaute Netzteilmodul wird zuerst einmal optisch auf Fehler untersucht. Es sind aber keine kalten Lötstellen an der  kleinen Anschlussplatine für den Kaltgerätestecker zu sehen. Die hier verbaute Sicherung ist auch in Ordnung. Daher wird das Netzteil jetzt zerlegt. Die Zuleitungen und Verbindungsleitungen zu dem DC-Reglerboard lassen sich auch abstecken.

Nun liegt die Netzteilplatine in ihrer vollen Pracht vor mir. Augenscheinlich ist hier auch nichts Böses zu sehen. Weitere Sicherungen am Board sind alle in Ordnung. Auch die Leistungshalbleiter haben keine Kurzschlüsse. Interessant ist hier eine Schaltungsvariante, die ich lange nicht mehr gesehen habe – die „crowbar“ (Brecheisen)-Schaltung. Diese Schaltung besteht im wesentlichen aus einem Thyristor, dessen Anode und Kathode parallel zur Spannungsquelle geschaltet sind. Und das in Durchlassrichtung, so das beim Zünden des Thyristors die Quelle kurzgeschlossen wird. Das verursacht dann ein Auslösen einer vorgeschalteten Sicherung und schützt gleichzeitig die versorgten Verbraucher. Das Zünden des Thyristors wird initiert, wenn die Spannungsquelle aus irgendwelchen Gründen in ihrer Ausgangsspannung zu steigen beginnt. Diese Schaltung ist auch in diesem Netzteil verbaut – aber das in der Primärseite, netzseitig direkt nach dem Netzgleichrichter ! Ist wohl ein absoluter Schutz, die Netzgleichspannung von 300V kurzzuschließen.

Aber alle diese Komponenten sind in Ordnung. Also habe ich als nächstes die Blechabschirmung abgelötet. Darunter befindet sich laut Schaltplan die DC/DC-Converterschaltung.

Beim Ablöten des Bleches, und durch die dadurch entstehende Erwärmung, wurde der bekannte „Fischgeruch“ freigesetzt. Also wieder eine Kondensatorproblem.

Man kann die Übeltäter schon erkennen. Also steht wieder einmal Elkotauschen auf dem Programm. Nach dem Auslöten der Elkos kann der Schaden begutachtet werden.

Hier sind wieder die durch den ausgelaufen Elektrolyten typischen Schäden an den Leiterbahnen zu sehen. Nach der Reparatur derselben, konnten die neuen Kondensatoren eingabaut werden. Ein erster Funktionstest war dann sogar schon teilweise erfolgreich. Die Ausgangsspannungen waren alle vorhanden. Jedoch nach ein paar Minuten Betriebszeit brachen die Spannungen aus dem DC/DC Converter zusammen. Der Fehler lag hier bei zwei defekten Widerstanden in der Feedbackleitung des DC-Converters. Die hatte anscheinend auch der Kondensatorelektrolyt zerfressen. Also diese getauscht und einen neuen Funktionstest gestartet – und siehe da, der Combo läuft wieder. TV und Videorecorder sind in einem Super Zustand. Die Bildgeometrie zeigt keinerlei Verzerrungen.

Der Sony EV-S9000 und wenn es nach „Fisch“ riecht

Aus den Zeiten der analogen Videoaufzeichnung auf Magnetband stammt der SONY EV-S9000E Recorder. Es handelt sich dabei um einen „Pro-Consumer“ Recorder der etwa Anfang der 90iger Jahre auf den Markt kam. Er besitzt ein 8mm Videobandlaufwerk, das sowohl die Formate Video8, als auch HI8 (vergleichbar mit S-VHS) wiedergeben und aufzeichnen kann. Zu seinen Besonderheiten gehört wohl das elektrisch ausfahrbare Bedienpanel, auf dem sich unter anderem auch ein JogShuttle-Drehrad und eine integrierte Schnittsteuerung befindet. Mit dem Recorder war es möglich, über die Schnittstellen „LANC“ bzw. „Control S“ einen weiteren Recorder zu steuern und ihn als Zuspieler zu verwenden.  Die Besonderheit hierbei war, dass beide Videosignale (sowohl vom Player als auch vom Recorder) auf dem Monitor in Fenstern angezeigt wurde. So konnten alle Schnitte des Quellbandes per Timecode vordefiniert werden. Per Knopfdruck wurden alle Schnitte dann automatisch abgearbeitet. Die Maschinen arbeiteten und spulten die Bänder und man konnte zusehen, wie das Masterband entstand.

Mittlerweile arbeitet niemand mehr mit linearem Schnitt und zeichnet auf Analogbänder auf. Die Technik wurde von den Digitalbändern (D8, DVHS, DV, DVCam…) abgelöst. Auch die Bänder wurden mittlerweile abgelöst und durch Speicherkarten ersetzt. Der Fernsehstandard wurde bekanntlich ja neu definiert (HD, 4K UHD etc).

Aber: Es gibt noch Unmengen an alten Analogbändern in schlechter SD-Auflösung, die viele viele Jugenderinnerungen beinhalten. Und diese sollen ja auch in die Zukunft gerettet werden. Darum lohnt es sich, die alten Bandbaschinen am Leben zu halten, um die Erinnerungen digitalisieren und in die neuen Formate konvertieren zu können. (mp4…)

Genau eine solche Digitalisierung musste ich schnell mit einem alten Videoband durchführen. Doch falsch gedacht. Der EV-S9000 wollte nach dem Einstöpseln kein Lebenszeichen mehr von sich geben. Also: Deckel runter, Servicemanual herausgesucht und die Betriebsspannungen am Ausgang des Netzteils überprüft. Hier war schon das erste Problem zu finden. Es stimmte fast keine der Ausgangsspannungen mehr. Das Netzteil benötigte also ein Service. Wie immer bei alten Geräten werden zuserst die Elektrolytkondensatoren geprüft. Auch hier war wie erwartet, keine einzige Kapazität mehr dem Aufdruck entsprechend. Abweichungen bis zu -90% waren hier messbar. Daraufhin habe ich ausnahmslos alle Elkos erneuert. (den kleinen 56µF Elko habe ich mangels Verfügbarkeit im Lager gegen eine Parallelschaltung eines 47µF und eines 10µF ersetzt). Nach dem Reinigen der Platine und Wiedereinbau in den Metallkäfig folgte der erste Test. Und siehe da: Der Recorder startet wieder. Das Panel wurde ausgefahren aber ausser den Leds an den Tastern, keine Anzeige im Floureszenzdisplay. Ich erinnerte mich, dass das Display beim letzten Mal auch schon nicht funktionierte, ich aber zu faul war, mich darum zu kümmern. Nach längerem Betrieb des Recorders war auch der Geruch von faulem „Fisch“ wahrzunehmen, der langsam den Raum füllte. Das roch wieder nach Elkos, die ihr ganzes Inneres offenbarten. Also startete ich einen Riechangriff und versuchte die Quelle des Übels zu erriechen. Ich wurde schnell fündig und machte das Bediepanel als Verursacher aus. Ein kurzer Blick in den Schaltplan verriet mir, dass auf dem Panelboard ein Schaltwandler untergrabracht war, der sowohl die Heizspannung, als auch die hohe Spannung zwischen Anode und Kathode erzeugt. Also wurde die Platine ausgebaut um sie zu untersuchen.

Im Bild unten ist die VFD (VakuumFloureszenzDisplay)-Anzeige zu sehen und links oben die kleine Metallbox unter der sich die DC/DC Converterschaltung verbirgt.

Man kann schon erkennen, dass hier etwas nicht ganz in Ordnung sein kann. Der dunkle Fleck rechts neben der Box sollte nicht sein.  Die Schirmbox ist schnell entfernt und der Blick darunter wird frei:

Auf der Bauteilseite ist schnell zu erkennen, dass hier ein Elko undicht ist und der ausgelaufene Elektrolyt die Leiterbahnen beschädigt hat.

Auch auf der Lötseite sieht es nicht besser aus. Darum habe ich zuerst einmal alle Elkos entfernt, um dann mit der Reinigung und Restauration der verätzten Leiterbahnen zu beginnen.

Nach dem Wiedereinbau der Elkos werden beidseitig wieder die Schirmbleche befestigt. Auch alle weiteren, auf dem Board befindlichen Elektrolytkondensatoren, werden geprüft und ggf. erneuert. Das folgende Bild zeigt die Ausbeute an defekten Teilen:

Jetzt kann das Panel wieder zusammengebaut und einem Funktionstest unterzogen werden.

Bingo! Gleich nach dem Einschalten wird das Timecodedisplay und die Audiopegelanzeige wieder sichtbar. Die VFD-Anzeige lebt wieder.

 

YouTube, und interessante Favoriten aus dem Bereich Technik

Dieses Mal berichte ich nicht über ein Projekt oder eine „Altgeräte-Vorstellung“, sondern möchte einige interessante Nutzer bzw. deren Beiträge aus dem Portal YouTube vorstellen. Es sind dies Beiträge aus dem Bereich Computer, Technik und Wissenschaft, die ich persönlich sehr gerne ansehe.

Als allererstes ist hier die Legende der modernen Computergeschichte zu erwähnen, die mich schon seit Jugendzeiten in den Bann gezogen hat. Der ComputerClub aus WDR Zeiten mit Wolfgang Rudolph und Wolfgang Back. Die beiden Moderatoren haben ab Anfang der 80iger bis 2003 beim Westdeutschen Rundfunk die Sendung Computerclub moderiert. In den Themen beschäftigen sich die beiden Herren allgemein mit Computern und Peripherie, neuen Entwicklungen im Bereich Elektronik und stellen hier alle möglichen Dinge vor.  Auf YouTube sind  viele Sendungsmitschnitte unter anderem vom user janbras archiviert.

Am 22. Februar 2003 wurde die letzte Sendung beim WDR ausgestrahlt.

Doch die beiden Protagonisten haben den Computerclub nicht aufgegeben und ihn am 24.Juli 2007 über einen deutschen Privatsender (NRW-TV) wieder auferstehen lassen.

Der Privatsender NRW-TV musste jedoch 2016 seinen Betrieb einstellen und so wurde die Sendung Nr.186 als letzte in den Studios des NRW aufgezeichnet.

Doch Wolfgang Rudolph hat es geschafft durch Spendenaufrufe, ein eigenes Studio auf die Beine zu stellen und produziert den CC2 nun in eigener Regie aus seinem privaten Studio.

Im Hintergrund hat sich auch einiges geändert, das die Zuschauer und Freaks ein wenig verwirrte. Parallel zu den Sendungen existierte die Seite cczwei.de die von beiden Herren befüllt wurde. Nach dem 13.12.2016 tauchte plötzlich eine neue Seite auf. Die neue Domain cc2.tv wurde erstellt. Die betreibt nun Herr Rudolph alleine. Die domain cczwei.de wird weiterhin von Herrn Back betrieben. Ihm zur Seite steht Herr Heinz Schmitz der nun mit Herrn Back YouTube Sendungen produziert. Anscheinend gab es zwischen den Herren ausreichend Gründe, sich von der langjährigen Gemeinschaftsarbeit zu trennen. Eine offizielle Erklärung dazu gab es nie.

 

Aus dem Bereich Computer berichten die Jungs von VirtualDimension. Sie nennen Ihren Kanal VD Hurrican und produzieren die Formate: Virtuelle Welten, Back in Time, Retroplay und Vor Ort.  Die Beiträge sind absolut professionell gestaltet und behandeln hauptsächlich das Thema Homecomputer. Mit viel Hintergrundinformation werden hier die alten 8 und 16 Bit’er vorgestellt. Gameplays sowie Messeberichte und Beitrage von Community-veranstaltungen gehören ebenfalls zu ihrem Repoertoire. Als Beispiel hier ein Link zum Unboxing eines Amiga500 und dessen Geschichte. Anlässlich ihres 1000ten Abonnenten auf YouTube haben sie ein 1000-Abonnenten-Special mit einer Studiotour veröffentlicht.

Vom Australischen Kontinent aus bloggt Dave Jones, ebenfalls ein eingefleischter Techniker. Auf seinem YouTube Kanal EEVblog, Stellt er ebenso elektronische Geräte vor, erklärt deren Aufbau und Funktionsweise. Eine besondere Rubrik in seinem Kanal sind die sogenannten Mailbags. Hier bekommt Dave Pakete von Leuten aus der Community zugesandt die er vor laufender Kamera öffnet und deren Inhalt vorstellt. Das können alte Computer und Platinen, oder auch neue Entwicklungen und Prototypen von Startup´s sein, die hier präsentiert werden.

 

Ein etwas anderer Kanal ist der eines Engländers. Er nennt sich Photonicinduction und zeigt Experimente mit hohen Leistungen. Alle möglichen Geräte, wie Staubsauger, Heizlampen, Waschmaschinen, Lautsprecher, etc. werden bis an die Grenze ihrer maximalen Leistungsdaten betrieben – und noch weit darüber hinaus. Das Ende des Gerätes durch Zerstörung ist hierbei das Ziel.

 

 

Retrocomputer in eigener Sache

Amiga500+ Mainboard

Hallo liebe Leser des Blogs,

ich bin in letzter Zeit eifrig am Restaurieren und wieder Instandsetzen alter 8-Bit Homecomputer von Commodore und Co. Leider habe immer öfter Probleme, Ersatzteile zu finden. Meist sind sie vereinzelt über ebay-Verkäufer zu beziehen, jedoch dann zu horrenden Preisen, und auch ohne Funktionsgarantien. Darum habe ich mir gedacht, einmal hier einen Aufruf zu starten. Vielleicht hat der eine oder andere Leser noch einen alten 8Bit’er oder Teile davon im Keller, den er nicht mehr benötigt und kann ihn spenden oder günstig abgeben… Falls mir hier jemand helfen kann – bitte in den Kommentaren benachrichtigen.

 

Zurzeit bin ich auf der Suche nach folgenden Teilen:

  • MOS CPU 7501R1 oder 8501R1 (CPU von C116,C16,Plus4 Commodore Rechnern)
  • Denise(Superdenise) Grafikchip 8372R3 (Commodore Amiga 500+)
  • Commodore VIC20
  • Sinclair ZX-Spektrum
  • Sincalir ZX81
8501 MOS CPU

USB Camera an Raspberry PI mit OSD

In diesem Projekt stelle ich eine Anwendung des Raspberry PI im Bereich Bilderfassung vor. Es gibt zu diesem Thema etliche Foren und Beiträge im Internet, doch eine direkt geeignete Lösung war nicht zu finden. Darum poste ich hier meine Lösung.

Als Aufgabenstellung  soll eine Platinenbohrmaschine der Firma Lemmen von der optischen Version (Bohrlochzentrierung per Lupe) in eine opto-elektronische Version (Bohrlochzentrierung auf Bildschimmonitor) kostengünstig umgebaut werden.

Lemmon „Variodrill“ Bild: Herstellerwebsite

Die Bohrmaschine soll dahingehend modifiziert werden, dass die zur Sichtkontrolle verwendete Lupe mit sechsfacher Vergrößerung durch eine Kamera ersetzt wird. Das Kamerabild soll auf einem LCD Computermonitor dargestellt werden. Eine geeignete Kamera war schnell gefunden. Hier gibt es günstige Mikroskopkameras, die eine variable Vergrößerung bis 200fach erreichen. Eine solche Kamera ist beispielsweise die DigiMicro Scale von „dnt“. Allerdings ist das eine USB-Kamera, die einen PC und eine geeignete Software benötigt, um ein Bild anzuzeigen. Und ein PC ist wiederum nicht unbedingt eine kostengünstige Lösung. Weiters käme auch eine CVBS Kamera (also eine analoge Videocamera) in Frage, die einfach an einen geeigneten Bildschim (oder PC-Monitor mit Upscaler/Converter) geschaltet werden müsste. Aber das ist nicht zeitgemäß … Weiters soll das Bild ja nicht nur das Bohrloch vergrößern, sondern auch noch die Vorzüge eines Zielvisieres, also eines Fadenkreuzes oder Kreisabsehens implementieren. Dafür bräuchte man im analogen Bereich wieder einen OSD- (OnScreenDisplay) Generator oder zumindest einen Edding, der das Kreuz gemalt auf dem Bildschirm darstellt 🙂

USB Microskopkamera

Also die Varianten PC oder analoges Kamerasystem fallen durch. Aber es gibt ja noch den Raspberry PI, den kleinen Einplatinencomputer mit einem integrierten USB-Host und wunderbaren Grafikfähigkeiten.  Das Projekt wird also mit einem Raspberry PI 3 realisiert.

 

Als Betriebssystem kommt das Raspian-Jessi zur Anwendung. Das Image kann hier heruntergeladen werden. Nach dem Entpacken der ZIP Datei und dem Beschreiben der MicroSD Karte mit dem Win32DiskImager, kann der Rasbperry gebootet werden. Jetzt gibt es zwei Möglichkeiten an den Raspberry eine Camera anzuschliessen: 

 

-mittels Flachbandkabel an den Cameraport (hier kann nur die PI-Camera angeschlossen werden)

 

-oder über den USB-Port jede USB2.0 Camera.

 

Voraussetung hierbei ist, dass die Cam auch erkannt wird. Hier kann mit >lsusb in der Linuxconsole nachgesehen werden, ob die angeschlossene Cam auch in der Deviceliste erscheint. Als einfaches Tool, um am Desktop das Camerabild zu sehen, kann guvcview verwendet werden. Das würde jetzt auch schon genügen, wenn man nur das Bild sehen will. Unser Ziel ist jedoch, in das Camerabild ein Overlay mit Fadenkreuz einzublenden.

 

Das lässt sich in Python mit der PI-camera und der der picamera Library wunderbar lösen. Die Library besitzt eine integrierte Overlayfunktion. Es geht aber auch mit der USB-Kamera. Hierfür müssen ein paar Module installiert werden. In der Linuxkonsole sind folgende Zeilen einzugeben:

 

zuerst einmal die üblichen Aktualisierungen:

 

>sudo apt-get update >sudo apt-get upgrade

dann installieren wir numpy >sudo apt-get install python-numpy und danach das Bildverarbeitungstool schlechthin: OpenCV
>sudo apt-get install python-opencv

Jetzt kann ein Pythonscript erstellt werden, das die USB-Camera initialisiert, und in einer Endlosschleife die Bilder an ein Desktopfenster übergibt. Mit den Bildbearbeitungsfunktionen in opencv lässt sich auch das Erstellen eines Fadenkreuzes realisieren. Auch das Fixieren des Ausgabefensters am Desktopbildschirm ist möglich. Siehe folgendes Script:

 

 

 

</p>
<p style="text-align: justify;">#usb camera mit osd für platinenbohrsystem
#version 1.0 03/2017 by bihlo


import numpy as np
import cv2


cam = cv2.VideoCapture(0)
cam.open(0)

cam.set(3,800)
cam.set(4,600)

while(True):

# bei jedem schleifendurchlauf wird ein frame genereriert

# frame von der camera holen
ret, frame = cam.read()

# fadenkreuz mit der funktion line zeichnen mit 2 pixeln linienbreite
cv2.line(frame,(0,300),(800,300),(255,0,0),2)
cv2.line(frame,(400,0),(400,600),(255,0,0),2)

# zwei kreise zeichnen
cv2.circle(frame,(400,300), 50, (255,0,0), 2)
cv2.circle(frame,(400,300), 100, (255,0,0), 2)

#text ins bild einblenden
font = cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX
cv2.putText(frame,'Platinenbohrsystem V1.0',(10,50), font, 1,(255,255,255),2)

# ausgabe des frames in fenster/ beenden mit taste "q"
cv2.nameWindow('Platinenbohranlage CAM')
cv2.moveWindow('Platinenbohranlage CAM',0,0)
cv2.imshow('Platinenbohranlage CAM',frame)
if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
break

# nach beendigung das device freigeben und das fenster schlissen
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()</p>
<p style="text-align: justify;">

 

Nach Starten des Scripts sollte am Bildschirm das Camerabild und das Fadenkreuz zu sehen sein:

Will man, dass das Pythonscript (in meinem Fall habe ich es "camtest9.py" genannt) nach dem Hochfahren und Laden des Desktops automatisch gestartet wird, so kann man am einfachsten im LXSession Configurationsfenster einen Eintrag hinzufügen. Dazu ist  im Desktopmenu unter >Einstellungen >Default applications for LXSession anzuklicken.

Im LXSession Menue ist dann unter "Autostart" der folgende Eintrag hinzuzufügen:

@python /(pfad zum pythonscript)/camtest9.py

Jetzt muß nur mehr neu gestartet werden und das Script sollte nach dem Start direkt ausgeführt werden. Die folgenden Bilder zeigen den umgebauten Variodrill...

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