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Der Wetterfrosch 2.0 oder Umweltdatenlogger

21. Mai 2021 ingmarsretro Schreibe einen Kommentar

Vor ein paar Jahren habe ich ein Projekt vorgestellt, in dem ein Raspberry Pi als Datenlogger arbeitete. An diesen Raspberry waren ein paar Sensoren angeschlossen, die Umweltdaten, wie Lufttemperatur, relative Luftfeuchte, den Luftdruck und auch die aktuelle GPS Position aufzeichneten. Die Sensoren bestanden größtenteils aus fertigen Breakoutboards, die über die diversen Busse (I²C, Serial, SPI…) an den RaspberryPi angeschlossen waren. Am PI selber liefen Python Skripten, die das Auslesen der Sensoren übernahmen, die Daten zusammenfassten und auf einen USB-Flashspeicher ablegten. Dieses Sammelsurium an Komponenten hatte ich dann in eine Kunststoffbox mit einer Größe von 150x80x50mm eingebaut.

Doch es geht auch um einiges kleiner. Im Rahmen eines kleinen Projektes war es die Aufgabe, diesen Sensor/Datenlogger zu verkleinern. Mein Ansatz, das zu realisieren, war ganz einfach: „Alles neu“. So habe ich das Konzept folgendermaßen geändert:

der RaspberryPi wird durch einen Microcontroller ersetzt
es wird eine Platine erstellt, auf der sämtliche Komponenten untergebracht sind
die erfassten Daten werden auf einer MicroSD Karte gespeichert
das Board ist auf die wesentlichsten Komponenten reduziert. Die Sensorelektronik und der SD-Card Reader wird direkt auf dem Board platziert
ein GPS-Empfänger (in Form eines Breakoutboards) soll optional aufgesteckt werden können
die Programmierung des Controllers wird durch eine ISP Schnittstelle durchgeführt
die Spannungsversorgung beträgt 5V DC

Daraus habe ich folgendes Blockschaltbild erstellt:

Das zentrale Element ist, wie so oft, der Microcontroller Atmega328. Er benötigt als externe Beschaltung lediglich einen Quarz als Taktstabilisierung. (genauer gesagt bietet er aber auch die Optionen interne Oszillatoren zu benutzen…) Der Microcontroller kommuniziert über den I²C Bus mit den Sensoren HYT939 und BME280. Über die ausgeklügelte bidirektionale Levelshifter Schaltung mittels BSS138 Mosfet mit integrierter Body Diode wird die Anpassung der Pegel von 5V auf der Controller Seite zu den 3,3V auf der Sensorseite realisiert. Diese Schaltung wird sowohl für die SCL- (Serial Clock), als auch für die SDA-Leitung (Serial Data) angewendet.

Die Datenspeicherung findet auf einer MicroSD-Karte statt. Dafür wird ein Card Slot verbaut, der per SPI (Serial Peripheral Interface) mit dem Controller kommuniziert. Auch hier ist eine Anpassung der Signalamplituden notwendig. Das übernimmt dieses Mal jedoch der Chip TXB0108 von Texas Instruments. Das ist ein 8Bit Bidirektionaler Levelshifter.

Ein Taster wird die Datenaufzeichnung starten und stoppen und eine LED soll diverse Statusmeldungen durch Blinkfolgen darstellen.

Das optional aufsteckbare GPS Modul arbeitet mit 5V Spannungsversorgung und die Pegel der seriellen Datenkommunikation (RS232) sind ebenfalls 5V kompatibel.

Zu guter letzt ist natürlich auch die Spannungsversorgung zu planen. Hier soll lediglich eine externe, stabilisierte 5VDC Quelle angeschlossen werden, um den Logger zu versorgen. Die für die Sensoren und SD-Card benötigten 3,3VDC werden am Board mittels einem LDO (Low Drop Out) Regler erzeugt.

Sind alle Komponenten und deren Zusammenspiel definiert, dann wird daraus der Schaltplan gezeichnet. Für meine Bastelprojekte verwende ich hauptsächlich den Schaltplan- und Layout Editor „Eagle“. Aus dem Blockschaltbild ergibt sich die unten abgebildete Schaltung.

Aus dem Schaltplan habe ich ein Layout mit zwei Layern erstellt, dessen Grundriss die Abmessungen 55x25mm hat. Bis auf die Steckverbinder befinden ausschließlich SMD Komponenten auf dem Board.

Im Layout Tool gibt es die Funktion, eine optische Vorschau der gefertigten Platine zu betrachten. So kann man vorab überprüfen, ob die Platine den Vorstellungen entspricht und gegebenenfalls die Lage der Bauteile optimieren. Ist das erledigt, wird aus dem Design ein Paket mit Produktionsfiles (Gerberdateien) erzeugt und das dann dem Platinen Hersteller seines Vertrauens gesendet. Da der auch sehr, sehr weit weg angesiedelt ist, dauert die Produktion auch ein paar Tage. Aber schlussendlich kommen die Platinen an und können sich auch sehen lassen.

Die beiden Bilder oben zeigen die Platine von der TOP und der BOTTOM Seite. Der nächste Schritt besteht darin, die Komponenten entsprechend der Planung zu bestellen und danach zu bestücken.

Die Bestückung erledige ich per Hand mit einem, für die SMD-Komponenten geeigneten Lötkolben mit entsprechend kleiner Spitze. Für die ganz kleinen Teile, wie den BME280 Sensor, kommt auch noch ein Mikroskop, bzw. eine Mikroskop Kamera zum Einsatz.

Wie die Platine nach der Bestückung aussieht, zeigen die beiden Bilder oben. Das folgende Foto zeigt den Größenunterschied des fertigen Loggers mit dem aufgesteckten GPS Modul im Vergleich zum alten „Wetterfrosch“Nach der Fertigstellung der Hardware, geht es nun an die Software. Die habe ich praktischer Weise mit dem Arduino IDE Tool gebastelt und per AVRISP mk2 über ISP auf den Controller geflashed. Um den AVRISP auf einem Windows 10 Rechner zum Laufen zu bekommen, muss ein geeigneter Treiber installiert sein. (hier hilft libusb-win32-1.2.6.0)

Programmcode mit der ArduinoIDE erstellt

Auf der SD-Karte wird nach Anlegen der Versorgungsspannung und nach Betätigen des Tasters die Datenaufzeichnung gestartet. Die Messwerte werden im Sekundentakt geschrieben. Wenn, wie in diesem Beispiel der GPS-Sensor gesteckt ist, so werden auch die GPS Daten mit aufgezeichnet. Die Software zeichnet auch auf, wenn der GPS Sensor noch keinen „fix“ hat. (Da in dem Beispiellog unten noch kein GPS-Fix vorhanden war, sind auch keine gültigen GPS Daten enthalten.)

Beispiel des Datenlogs:

Luftdruck962.41
Luftfeuchte37.05
Temperatur26.96
-----------------------------
$PGACK,103*40
$PGACK,105*46
$PMTK011,MTKGPS*08
$PMTK010,001*$GPGGA,235947.799,,,,,0,00,,,M,,M,,*71
$GPGLL,,,,,235947.799,V,N*73
$GPGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,,,*1E
$GPGSV,1,1,00*79
$GPRMC,235947.799,V,,,,,0.00,0.00,050180,,,N*48
$GPVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,N*32
$GPGGA,235948.799,,,,,0,00,,,M,,M

-----------------------------
Luftdruck962.39
Luftfeuchte36.72
Temperatur26.95
-----------------------------
Luftdruck962.43
Luftfeuchte36.66
Temperatur26.97
-----------------------------

Arduino

CO2-Messung mit SCD30, Arduino und Matlab

15. April 2021 ingmarsretro 5 Kommentare

Dieses Projekt – eigentlich Miniprojekt – könnte vielleicht auch für den einen oder anderen interessant sein. Es handelt sich um den mittlerweile bekannten und häufig verwendeten Kohlendioxid Sensor SCD30 (CO2-Sensor) des Herstellers Sensirion. Es gibt etliche Projekte die man dazu im Netz findet. Im Rahmen eines schnellen Testaufbaues habe ich versucht, die Daten des Sensors mithilfe eines Arduino Uno Boards auszulesen, um sie dann mit der Software Matlab in einem Plot darzustellen. Die Datenübertragung erfolgt über die Serielle Schnittstelle bzw. über serielles Protokoll des USB-UART.

Um den SCD30 am Arduino anzuschließen, benötigt man die Spannungsversorgung und den I²C Datenbus – also in Summe gerade einmal vier Drähte. Damit ist die minimale Konfiguration erfüllt und die Daten können ausgelesen werden.

Der Sensor selbst arbeitet nach dem Prinzip der NDIR Technologie. (NDIR = non-dispersive-infrared). Das bedeutet, der Sensor ist also ein kleines Spektrometer. Hierbei wird das zu untersuchende Medium in eine Probenkammer geleitet. Die Probenkammer wird von einer Infrarotquelle durchleuchtet und das IR-Licht durchstrahlt das Medium und einen sehr schmalbandigen Wellenlängenfilter und trifft dann auf den IR-Detektor auf. Die Wellenlänge des Filters ist dabei so ausgelegt, dass genau diejenigen Wellenlängen durchgelassen werden, die von den Molekülen des Mediums (Gases) absorbiert werden. Je nach Anzahl der Moleküle, oder Dichte des Gases, werden entsprechend weniger Lichtstrahlen vom Detektor erkannt. Eine zweite Messkammer, die mit einem Referenzgas gefüllt ist, dient dabei als Referenz. Ein Controller am Sensor wertet diese Informationen aus und gibt sie in Form von ppm über die I²C (oder umschaltbar auch MOD-Bus) Schnittstelle weiter. Zusätzlich befindet sich auch ein Temperatur und Luftfeuchtesensor am Board, deren Daten ebenso über den Bus ausgelesen werden können. Die voreingestellte I²C Adresse des SCD30 ist 0x61. Die genauen Informationen zum Datenprotokoll sind in den Dokumentationen der Firma Sensirion zu finden.

Idealerweise gibt es, wie fast immer, schon eine fertige, studententaugliche Library für die diversen Microcontroller. So braucht man sich keine Gedanken mehr zu machen und kann die Daten des angeschlossenen Sensors direkt auslesen. Die Beispielprogramme findet man unter den Examples der Libraries.

Für die Versorgungsspannung des Sensors kann der Arduino mit 3.3V oder 5V dienen. Vorsicht ist jedoch geboten, wenn man den I²C Bus, verwendet: Hier ist der Input High-Level mit 1,75-3.0V festgelegt und der Output High Level mit max. 2.4V. An einem Arduino sind die Pegel aber 5V!! Also muss hier ein Levelshifter eingebaut werden – oder zumindest, für einen schnellen Test geeignete Widerstände.

Der hier angeführte Programmcode stammt im Wesentlichen aus dem Beispiel der Library von Nathan Seidle von SparkFun Electronics:

/*
By: Nathan Seidle SparkFun Electronics  
Library: http://librarymanager/All#SparkFun_SCD30  
*/

#include <Wire.h>
#include "SparkFun_SCD30_Arduino_Library.h" 
SCD30 airSensor;

void setup()  
{
  Wire.begin();
  Serial.begin(9600);
  //Serial.println("SCD30 Example");
  airSensor.begin(); //This will cause readings to occur every two seconds
}

void loop()  
{
  if (airSensor.dataAvailable())
  {
   // Serial.print("co2(ppm):");
   
    Serial.print(airSensor.getCO2());

    //Serial.print(" temp(C):");
    Serial.print(",");
    Serial.print(airSensor.getTemperature(), 1);

   // Serial.print(" humidity(%):");
    Serial.print(",");
    Serial.print(airSensor.getHumidity(), 1);

    Serial.println();
  }
  else
    //Serial.println("No data");

  delay(500);
}

Mit diesen Codezeilen im Arduino Uno und der korrekten Verdrahtung (SDA -> an Arduino A4 und SCL -> an Arduino A5 über einen geeigneten Pegelwandler) geht’s dann mit Matlab weiter. Der Arduino sollte jetzt in einem seriellen Terminal folgende Zeilen ausgeben: (Beispiel)

473,28.5,12.9
473,28.5,13.0
470,28.5,13.1
469,28.5,12.9
466,28.5,12.9
465,28.5,12.7
465,28.5,12.5
463,28.6,12.6
461,28.6,12.5
463,28.5,12.4 … und so weiter

Diese gilt es nun in Matlab einzulesen und über einen definierbaren Zeitraum aufzuzeichnen und gleichzeitig in einem Plot darzustellen. Das Matlabskript hier macht es möglich… (pn falls es jemand benötigt)

Als Ergebnis erhält man dann einen Plot, der den CO2 Verlauf im Raum (in dem Fall am Schreibtisch meines Büros) darstellt.

Retro - Computer

Amiga – Genlock Kabel

1. April 2021 ingmarsretro Schreibe einen Kommentar

Vor einiger Zeit habe ich über das Amiga Genlock „VESONE“ einen Beitrag verfasst. Der ist unter dem Titel „Amiga und Genlock“ zu finden. (link)

Es gibt anscheinend doch noch einige Leute, die ein solches Gerät besitzen und es wieder in Betrieb nehmen möchten. Da aber, so wie auch bei mir, die notwendigen Kabel, Software etc, nicht unbedingt dort gelagert sind, wo auch das Gerät ist, kann es schwierig werden. Ich dachte mir zwar, dass es keine Rolle spielt, denn wofür gibt es denn das Internet – doch weit gefehlt. Man findet nichts. Das habe ich jetzt gemerkt als mich ein Blogbesucher nach dem Pinout des RGB zu Genlock Kabel gefragt hat. Ich habe nichts im Netz gefunden. Doch tief in den Schachteln im Keller in diversen Kabelkisten hatte ich Glück. Das Kabel tauchte auf. Um die Steckerbelegung nun auch mit andrern Retrofans zu teilen habe ich die Pinbelegung heraus gezeichnet und stelle sie hier online.

Hier also die Bilder und das Pinout (Amiga_VESGenlock_Cable)

Allgemeines & Neues

Das zweite Buch zum Blog

22. März 2021 ingmarsretro Schreibe einen Kommentar

Nach dem großen Erfolg meines ersten Buches zum Retroblog, habe ich mich nun durchgerungen und ein zweites Buch verfasst – NEIN SPASS – es gab gar keinen Erfolg. Das Buch habe ich damals verfasst, um für mich selber ein in Papier gedrucktes Werk meiner (Un)taten dieser Website in Händen zu halten. Denn erstens ist es wesentlich praktischer, einmal schnell was nachsehen zu können – ohne immer ein Internet zu Verfügung zu haben und zweitens: was wenn der/die Server nicht mehr erreichbar sind, oder gelöscht werden, oder gar abbrennen? Oder noch schlimmer, wenn jemand das Internet löscht… 😀

Ich dachte mir damals zwar, es über eine „Druck on Demand“ Option aufzulegen, aber wer weiß ob das irgendjemanden interessiert und ob ich das überhaupt so einfach darf. Und wer würde dafür auch so viel Geld ausgeben. Denn die Einzeldrucke sind auch ganz schon kostenintensiv. Also sind die hier Vorgestellten, gedruckten Exemplare quasi Unikate. Und ich bin auch ein bisschen stolz darauf, denn es steckt doch einiges an Arbeit drinnen.

Also nun gibt es das Retrobuch Nr.2 mit der Fortsetzung der Blogeinträge vom Ende der ersten Version bis zum Eintrag „Schukosteckdose mit USB (reparieren)“ vom 19.Dezember 2020 und das sind immerhin wieder 96 „Geschichten“ die diesmal 498 Seiten belegen. Auch für diesen Druck habe ich wieder „epubli“ gewählt und dort bestellt. Das hat den Vorteil, dass ich, sollte ich noch einen Druck eines der bestehenden Bücher haben wollen, einfach nur wieder auf „bestellen“ klicken muss, da ja alle Produktionsdaten bereits vorhanden sind.

Ich habe auch einiges dazu gelernt, was die Formatierung der Texte, Fonts, Schrittgrößen und Verzeichnisse betrifft. Die Bilder sind jetzt mit einer höheren Auflösung gedruckt und es sieht alles in allem besser aus.

So bleibe ich dran und werde in ein paar Jahren, wenn wieder genug Content verfasst ist, wieder an einer Ausgabe basteln.

Reparaturen, Retro Spielzeug

Tomy Racing Cockpit – die elektrische Verkabelung

6. März 2021 ingmarsretro 6 Kommentare

Aufgrund einiger Anfragen betreffend der elektrischen Verkabelung des Tomy-Racing-Cockpit, habe ich mich mal dazu gesetzt und die Verdrahtung herausgezeichnet. Es gibt scheinbar doch viele Altersgenossen, die in ihren Kellern, Dachböden etc. noch Spielzeug aus den 80iger finden und es wieder reparieren. Bei dem Tomy Cockpit kommt es immer wieder vor, dass die dünnen Drähte schon beim Zerlegen abbrechen oder die Lötstellen nicht mehr halten, oft haben sich auch vergessene Zellen im Batteriefach aufgelöst und die Kontakte und Lötstellen sind daraufhin korrodiert.

Eine Skizze der Verdrahtung habe ich in der folgenden Abbildung dargestellt.

Ich verwende übrigens nur zwei 1.5V Zellen, da die in dem Batteriefach vorgesehene Parallelschaltung von je zwei Zellen ein Nonsens ist, da die Zellen garantiert unterschiedliche Innenwiderstände haben und sich so auch bei Nichtverwendung gemütlich gegenseitig entladen.

Um meine in der Skizze dargestellten Komponenten auch im Racing Cockpit identifizieren zu können, habe ich sie auch fotografiert.

Das ist die Rückseite des „Schalters“ der das Zündschloss des Cockpits darstellt und mit dem das System eingeschaltet wird.

Dieses Teil habe ich „Unterbrecher“ genannt, da es ein Öffnerkontakt ist, der von einem kleinen „Zahnrad“ ausgelöst wird und dadurch ein Blinken der Trommelbeleuchtung bewirkt. Das passiert, wenn man die „Straße“ verlässt.

Das sind die Anschlüsse des Batteriekasten. Ob die Farben der Drähte bei allen Ausführungen gleich sind, bezweifle ich. Denn bei den Geräten, die ich mittlerweile wiederbelebt habe, waren unterschiedlichste Drahtfarben verbaut.

Mit diesen Informationen sollte es nun etwas einfacher sein, die abgerissenen Drähte und Lötstellen wieder herzustellen.

Allgemeines & Neues

Aufräumen und Archivieren

19. Januar 2021 ingmarsretro Schreibe einen Kommentar

Hinter dem, in der Beitragsüberschrift genannten Titel versteckt sich meine Idee, in dem „ingmarsretro“ Blog einmal etwas Ordnung zu machen und ein wenig aufzuräumen. Mit „Aufräumen“ meine ich, die einzelnen Beiträge wieder mal auf Rechtschreibfehler zu prüfen, vielleicht auch den einen oder anderen Beitrag neu zu formatieren und ihn auch zu ergänzen. Darum wird es im Jänner 2021 auch keinen anderen Beitrag geben.

Es haben sich auch reichlich neue Beiträge angesammelt, die zwar digital auf dem Server gesichert sind, jedoch eine Papierform davon gibt es noch nicht. So will ich alle Posts, die seit der letzten Sicherung entstanden sind, wieder in Form eines Buches zu Papier bringen. Und das ist leider nicht ruck-zuck gemacht, sondern bedarf einiges an Arbeit. Der Beruf und die „Familienzeit“ mit meinem kleinen Sohn erlauben es nur, meistens nachts an den Beiträgen zu arbeiten. Und zwischen den Beiträgen bastle ich ja auch an den Projekten (Projekt’chen), über die ich dann ja schreibe. Davon habe ich auch noch viele im Kopf, die vielleicht einmal realisiert werden. Und dann gibts noch einige, an denen ich arbeite und die noch fertiggestellt, oder zumindest daran weitergearbeitet werden soll.

So bastle ich seit den letzten Monaten an einer Nixie-Uhr, die ziemlich diskret aufgebaut werden soll. Die Uhr hat mittlerweile auch einen vernünftigen Status erreicht, so dass hier Platinen vom selber geätzten Prototyp bis zum vernünftigen, industriell gefertigten Zustand, entstanden sind.

Auch der „Röhrenradioempfänger“ mit dem ich vor einigen Jahren begonnen habe, wartet darauf, dass daran weitergebastelt wird.

Das Thema Retro Computer lässt mich natürlich auch nicht los. Hier sind ein paar Geräte noch zu restaurieren und warten darauf, wieder zum Leben erweckt zu werden. (Hier fällt mich gleich ein: ich suche eine RUN/STOP Taste für einen Commodore Plus 4 – würde mich freuen, wenn irgendein Leser da helfen könnte…)

Das Projekt mit der MOS8501 CPU als Lattice – FPGA – Miniplatine steht auch in der „Weitermach-Warteschlange“ hier gibts noch einiges zu tun (Die Levelshifter tun noch nicht so, wie sie sollen, der VHDL Code muss noch weiter angepasst werden, die Prototypen Platinen müssen auf ein Board zusammengefasst werden und dann auch noch miniaturisiert werden…) ist also auch noch genug zu tun.

Dann gibt´s auch noch alte Geräte, die ich hier im Blog vorstellen möchte und noch etliche Reparaturen, die mir immer wieder in die Hände fallen… Auch das eine oder andere HomeMatic-Gebastel steht noch an.

Auch habe ich mit dem Gedanken gespielt, Content hier aus dem Blog in Form von Videos auf YouTube zu veröffentlichen. Aber ich kann zum einen nicht abschätzen, ob das jemanden interessiert und ob ich mir das antun möchte, meine Visage vor der Kamera zu präsentieren. Wahrscheinlich wäre es sinnvoller, es mit einem didaktisch begabteren Menschen als Protagonisten zu machen. Und das natürlich für Lau, als Spaß an der Sache. Andererseits gibt es hier ja etliche Youtuber, die hier sehr erfahren (z. Bsp.: Dave Jones mit seinem EEVblog, NoelsRetroLab, Adrians Digital Basement, GreatScott, ZeroBrain, JanBeta, etc.) sind und das schon lange betreiben. Auch nicht zu vernachlässigen ist der immense Aufwand, solche Filmchen zu Produzieren. Wenn ich hier meine Aufbauvideos betrachte: So geht fast ein Tag für das Aufnehmen des Rohmaterials beim Zusammenlöten des jeweiligen Bausatzes drauf und zusammengerechnet fast drei Tage für den Schnitt und Nachbearbeitung. Mal sehen ob daraus einmal etwas werden kann…

Reparaturen

Schukosteckdose mit USB (reparieren)

19. Dezember 2020 ingmarsretro Schreibe einen Kommentar

Dank dem USB Standard ist es heute einfach, seine Mobiltelefone, Tablets, Arduinos, Raspberry PI´s, Zahnbürsten, Power Banks etc., etc., mit ein und demselben Ladeadapter oder auch Steckernetzteil zu betreiben oder aufzuladen. Das „Steckernetzteil“ ist ein AC/DC Wandler, der im Idealfall die Netzseite mit den 240VAC/50Hz unter Einhaltung der geltenden Vorschriften von der Niedervolt-Gleichspannungsseite galvanisch trennt. Die Niedervoltseite stellt dabei über eine USB-A Buchse die 5VDC zur Verfügung. Je nach Modell und Herkunft sind maximale Ströme von 1A bis zu ca. 2A zu entnehmen.

Durch die Vielzahl, der in den Haushalten vorhandenen USB versorgten Geräte, sind auch etliche dieser Steckernetzteile vorhanden. Zum Betrieb benötigt man nun für das Steckernetzteil logischerweise auch eine Steckdose der Hausinstallation um das Netzteil auch mit dem EVU Netz zu verbinden. Sind nun mehrere USB Geräte im Betrieb, oder besser – im Ladebetrieb, sind so schnell einige der Steckdosen im Haushalt belegt und für wichtigere Geräte, wie Kaffee Maschinen und dergleichen fehlt dann die Energieversorgung…

So kamen einige Hersteller auf die Idee, in eine Schuko Steckdose, die zum Einbau in einen Wandauslass konstruiert wurde, ein USB konformes Netzteil mit entsprechender USB Buchse zu integrieren, ohne dass der Platz für die Schuko Steckdose verloren geht.

Diese Steckdosen mit integriertem USB-Netzteil sind jetzt auch nichts Neues und daher schon einige Jahre am Markt. Natürlich musste auch ich damals solche Steckdosen einbauen, denn sie sind wirklich äußerst praktisch. So – nun sind natürlich die Jahre vergangen und die Lebensdauer der, in den Steckdosen eingebauten, Netzteile neigt sich dem Ende und sie fallen aus. Genauer gesagt liefern sie keine 5V Versorgung mehr.

Da ich jedoch nicht gleich alles wegwerfe und gegen Neues ersetze – die Steckdosen waren damals auch teuer – war mein Plan, den Fehler zu suchen und sie nach Möglichkeit zu reparieren. In diesem Fall handelt es sich um eine Steckdose von Busch-Jaeger der Type 20EUCBUSB-214-500 die nun ihre Funktion verweigert. Das Netzteil soll im Standby Betrieb ca. 100mW benötigen und es kann bei5VCD einen maximalen Strom von 700mA abgeben.

Nach dem Ausbau der Steckdose war sie auch schnell zerlegt. Der an der Rückseite angebrachte Kunststoffdeckel wird über Rastnasen in seiner Gegenseite gehalten. Jetzt kam eine Platine zum Vorschein, die sich einfach herausziehen lässt. Die Kontaktierung zur Netzseite und auch die zur USB-Buchse wird über Federkontaktstifte realisiert. Hier sei gleich erwähnt – sie fallen schnell heraus. Darum sollte man die Steckdose immer mit der Rückseite nach oben bearbeiten. So erspart man sich das lästige Suchen nach den kleinen Stiftchen.

Als die Platine nun aus ihrem Gehäuse befreit war, offenbarte sich auch gleich zumindest ein Problem, das den Ausfall des Netzteils erklärt. Ein kleiner Chip auf dem Board hatte ein Loch, das dort definitiv nicht hingehört. Die ihn umgebenden Bauteile wiesen auch Schmauchspuren auf. Dank einer funktionierenden weiteren Steckdose dieser Baureihe konnte ich das IC identifizieren.

Es handelt sich um einen LNK614DG der Serie Link Switch-II von PowerIntegrations. Es ist ein kleiner ALL-IN-ONE IC, der den Leistungs FET, den Oszillator und die Regelung über eine Feedbackwicklung des Transformators integriert hat. Die Leistungsangabe laut Datenblatt liegt bei 3.5W eingebaut in ein geschlossenes Gehäuse und bei 4.1W im open Frame oder belüfteten Zustand.

„typical“ application – Quelle: Datenblatt https://ac-dc.power.com/products/product-archive/linkswitch-ii/

Der Chip benötigt also nur wenige periphere Bauteile, was in diesem Fall auch die Suche nach weiteren Fehlern erleichtertere. Netzseitig ist ledig die AC-Gleichrichtung und Glättung sowie die Line-Filterung notwendig. Diese Komponenten waren auch in Top Zustand und funktionierten. Dann gibt´s nur mehr den Transformator mit seiner Primar-, Sekundär- und Feedbackwicklung, die sekundäre Gleichrichtung und Glättung und ein paar Widerstände die als Teiler geschaltet sind. Bei all diesen Bauteilen war kein Fehler festzustellen. Also – who dares wins – den IC bestellt und getauscht – und Bingo – die 5V stehen wieder am Ausgang an und lassen sich auch belasten.

Retro - Konsolen

Die Vectrex

19. November 2020 ingmarsretro Schreibe einen Kommentar

Es liegt schon einige Zeit zurück, dass ich dieses Schätzchen bearbeitet und aufbereitet habe. Einen Beitrag darüber zu schreiben, ist dann wieder ein ganz anderes Thema. Oft habe ich mir gedacht, man könnte die Reparaturen und Aufbereitungen ja gleich mitfilmen und dann einen kleinen Film daraus machen und auf einer Videoplattform veröffentlichen… Na zumindest jetzt, im mittlerweile zweiten Corona Lock down und einer schlaflosen Nacht, sitze ich wieder vorm Rechner und versuche über dieses Stück geniale Hardware ein paar Zeilen zu verfassen. Dieses „geniale Stück Hardware“ habe ich zwar selber nie besessen und auch spät von dessen Existenz erfahren, aber als ich mich dann ein wenig eingelesen hatte, musste ich eines haben – aber natürlich auch zu einem bezahlbaren Preis. Also wie immer, lange nach defekten Geräten gesucht – und da die nur kurze Zeit hergestellt wurden, sind sie auch rar und schwer zu finden. Aber nach langer Suche hatte ich Glück und ein defektes, aber in Teilen vollständiges Gerät gefunden. Wie oben im Titel schon geschrieben, handelt es sich um die (oder auch „den“) Vectrex.

Die Vectrex ist ein Heim-Arcade Automat, mit einer 24cm Monochrombildröhre, einem ausklappbaren und auch herausnehmbaren Joystick. Dieser Spielautomat ist ein vollständiges „stand-alone“ System, das nur mehr eine Energieversorgung aus der Steckdose benötigt und es kann direkt losgelegt werden. Das Spiel der Vectrex nennt sich „MINE STORM“ und ist ein Klon des ASTEROID Spiels. Man hat damals also einen ASTEROIDS Automaten für daheim gekauft. Wenn ich von „damals“ spreche, dann bedeutet das von 1982 bis 1984. Denn die US Firma General Consumers Electronics (GCE) hat 1982 mit dem Verkauf des Automaten begonnen. Zu der Zeit war allerdings auch schon Atari mit dem 2600er auf dem Markt und erfreute sich großer Beliebtheit. Auch der Verkauf des C64 von Commodore stand kurz bevor. Diese Begebenheiten verminderten die Chance auf den großen Durchbruch der Vectrex zumal der Startpreis mit 200$ kein Schnäppchen war. So ging die Vertriebsfirma GCE 1984 pleite. In Europa war „MB“ Milton Bradley ab 1983 Rechteinhaber und vertrieb den Vectrex (oder die?). Um nun nicht nur das integrierte MINE STORM spielen zu müssen, gibt es einen Erweiterungsport, in den Spielemodule in ROM-Form gesteckt werden können. An Spieletiteln gab es ein überschaubare Menge – damit will ich sagen, dass es nicht besonders viele waren. Ein paar davon habe ich in dem Beitrag „Spielemodul für die Vectrex selbstgemacht“ erwähnt. Es existiert aber auch noch heute eine Community, die sich mit der Hardware und Software für die Vectrex beschäftigt und eigene Games entwickelt (sog. Homebrew Games). Auf der Website vectrex.de findet man eine reichhaltige Sammlung an Informationen über die Hardware. Auch Youtuber wie Zerobrain und Wolfgang Robel beschäftigen sich mit dieser Thematik und haben interessante Beiträge dazu veröffentlicht.

Driverboard für Hochspannung und Ablenkung usw.

So – aber nun zur Technik der Konsole. Die Vectrex besteht aus einem schwarzen Kunststoffgehäuse. Darin eingebaut ein CRT (auf Deutsch eine Kathodenstrahlröhre, also Bildröhre) im Hochformat. Ein Board für die Ansteuerung der Röhre mit der Hochspannungserzeugung und Treibern für die Ablenkspulen. Dann gibt’s da einen 50 Hz Netztransformator der als Niederspannungsversorgung der gesamten Elektronik dient. Hier ist anzumerken, dass die Primärseite des Trafos, als die 240VAC Seite direkt mit dem Netzkabel verbunden ist. Der Trafo verbraucht also IMMER Energie. Der kombinierte Lautstärke-Netzdreschalter ist an der Niederspannungsseite angebracht und trennt also nur die Elektronik. Der Trafo bleibt immer am Netz. Also wenn man das Gerät nicht verwendet, dann sollte man auch den Netzstecker ziehen.

Um mit der Aufzählung der Innereien fortzufahren: Es fehlt noch das, naja, nicht ganz unwichtige Teil – das Mainboard mit dem „Rechner“. Darauf arbeitet eine 6809 CPU von Motorola. Das ist eine 8Bit CPU die mit einem Takt von 1.6MHz angetrieben wird. Der Takt wird vom On-Chip Oszillator erzeugt, der nur mehr den Quarz an der Außenwelt benötigt. Die genauen technischen Features findet man wie immer im Datenblatt. Zur Sounderzeugung ist ein Dreikanal – Synthesizer – Soundchip verbaut, der AY-3-8910. Leider wurde bei der weiteren Signalverarbeitung gespart und das Audiosignal muss auf dem Weg zum NF-Verstärker so ziemlich alles an eingestrahlten Störungen mitnehmen, was die Leistungsstufen zur Ansteuerung des Bildrohrs so abstrahlen. Das ist aber ein durchaus bekanntes Phänomen. Die Vectrex ist bekannt für die „ich nenne es“ unsaubere, verrauschte Tonausgabe. Daran erkennt man aber auch die Originalität der frühen Konsolen. Angeblich sollen den letzten Generationen vor dem Verkaufsende dieses Problem nicht mehr haben. Ich habe bisher aber nur die verrauschten Vectrexen kennengelernt.

Vom Ton zum Bild. Und das ist auch einer der großen Unterschiede zu herkömmlichen Videospielkonsolen. Eine herkömmliche Spielekonsole wie auch jeder Fernsehempfänger rastert das Bild. Da bedeutet der Elektronenstrahl der Röhre schreibt die Bildinformation Zeile für Zeile auf die Leuchtschichte. Je nach Standard gibt es hier Unterschiede, wie Halbbildverfahren oder Anzahl der Zeilen oder auch Anzahl der Bildwechsel. Aber das Prinzip ist bei allen Rasterschreibern gleich. Links oben wird begonnen, eine Zeile mit den unterschiedlichen Helligkeits- und Farbinformationen zu schreiben. Dann erreicht der Strahl das rechte Ende des Bildrandes und wird dunkel geschaltet um ganz schnell in der nächsten oder (je nach Verfahren) übernächsten Zeile wieder zu beginnen. Beim PAL-System dauerte die Zeit von links nach rechts 64µs und das bei 625 Zeilen. Das bedeutet ein vollständiges Bild war in 0.04s geschrieben. Das wiederum bedeutet in einer Sekunde erreicht man damit eine Anzahl von 25 dargestellten Bildern:

64µs pro Zeile * 625 Zeilen = 0.04s je Bild * 25 Bilder = 1 Sekunde

Soweit so gut. Die Ablenkung des Elektronenstrahls wurde mittels magnetischen Feldern über Spulen am Bildröhrenhals realisiert.

Bei der Vectrex funktioniert das etwas anders. Der Name Vectrex, so mein Ansatz stammt von dem Begriff „Vektor“ also per Definition: Größe, die als ein in bestimmter Richtung mit bestimmter Länge verlaufender Pfeil dargestellt wird und die durch verschiedene Angaben (Richtung, Betrag) festgelegt werden kann. Im Datenblatt der Vectrex liest man bei Bildschirmauflösung 256×256 Positionen. Das bedeutet, der Elektronenstrahl kann ausgehend von seiner Nullposition (also beide Ablenkspulen erzeugen kein Magnetfeld) jeweils in 128 Stufen nach oben, nach unten, nach links und nach rechts abgelenkt werden. (also beide Achsen haben je eine Auflösung von 8 Bit). Wie funktioniert das jetzt? Nehmen wir an ein kleines Dreieck soll im linken oberen Bildschirmbereich dargestellt werden. Wir nehmen an, der linke Bildrand liegt bei x=-128, der rechte bei x=+128, der obere bei y=-128 und der untere bei y=+128.

Dazu wird der Elektronenstrahl von seiner Nullposition nach links oben, also zum Beispiel in x=-50 und y=-50 ausgelenkt. Von dort fährt er zum nächsten Punkt des Dreieckes z.B. -40/-60 und von dort zum nächsten (z.Bsp. -30/-50) und dann wieder zurück zu -50/-50. Während des Anfahrens dieser drei Punkte ist der Elektronenstrahl hell geschaltet. Er zeichnet also das Dreieck. Vom letzten Punkt und auch ersten Punkt des geschlossenen Dreiecks geht’s dann wieder zurück zur Nullposition und das natürlich mit dunkel geschaltetem Elektronenstrahl. So lange das Dreieck auf dem Bildschirm dargestellt wird, wird der Vorgang mit der maximalen Geschwindigkeit wiederholt um ein schönes, flimmerfreies Dreieck zu sehen. Jetzt kann man sich denken was passiert, wenn nun ganz viele Symbole gleichzeitig gezeichnet werden sollen. Das geht natürlich nicht. Der Strahl muss alle Symbole nacheinander anfahren und zeichnen. Das bedeutet wiederum je mehr Symbole, umso länger dauert es, bis das Bild fertig gezeichnet ist und im Umkehrschluss umso langsamer wird die Bildwiederholrate. Also je mehr Grafiksymbole, umso mehr Geflimmer.

Die X/Y Daten werden digital als jeweils 8Bit Werte erzeugt und über zwei 8 Bit DA-Wandler (Digital/Analog) in eine analoge Spannung umgewandelt. Diese Spannung wird an das nichtlineare Verhalten der Ablenkelektronik angepasst (mittel OP-Amp Integratoren) und einer zweikanaligen Verstärkerstufe zugeführt, die auch Frequenzen im höheren Kiloherz-Bereich schafft und im Stande ist, die Ablenkspulen, also Induktive Lasten zu treiben. Und was bietet sich hier an: Eine Audioendstufe aus einem Audioverstärker. Und genau so wurde es hier gelöst. Unter dem Kühlkörper befindet sich ein LM379 ein Dual 6W Audioverstärker IC von National Semiconductor. Ein nettes Detail am Rande: Der Hochspannungstransformator wird von einem NE555 IC-getaktet…

Um nun die Spiele auf der Vectrex auch bedienen zu können, ist ein abnehmbarer Controller – also Joystick – mit vier Tasten in Form der unteren Frontabdeckung integriert. Der Zweiachsen – Stick besteht aus zwei Potentiometern mit denen eine feine, „quasi stufenlose“ Kontrolle der Spieleobjekte möglich ist.

Nun ja, und eine solche Konsole, oder Home Arcade, oder einfach nur ein solch ein Schätzchen habe ich nach ewiger Suche günstig gefunden. Natürlich mit ein paar Problemchen. Wichtig war mir zuallererst einmal, dass alles vollständig ist und nach Möglichkeit keine Teile fehlen. Von außen betrachtet, war auch, bis auf ein abgeschnittenes Netzkabel, alles da. Der Controller war komplett – auch das Spiral – Anschlusskabel fehlte nicht und war in einem guten Zustand. Leider hatte schon jemand am Controllergehäuse herumgebastelt und versucht, die beiden Gehäusehälften mit einem Schraubendreher auseinander zu hebeln, aber er hatte scheinbar nicht bedacht, dass unter dem oberen Aufkleber etliche Schrauben zu finden sind, die alles zusammenhalten. Dem entsprechend sieht das Gehäuse heute auch aus. – leider-

Gehäuseschale des Controllers mit Beschädigung durch Schraubendreherhebeln

Die Vectrex hatte aufgrund der Staubansammlung und des Modergeruches die letzten 35 Jahre scheinbar in einem Keller oder Dachboden verbracht. So war mein Plan nun, einmal das ganze Gerät komplett zu zerlegen und dabei gleich die Vollständigkeit zu überprüfen. Schon beim Öffnen der Gehäuseschrauben fiel mir auf, dass ein paar Schrauben fehlten. Also war da auch schon jemand drinnen. Nach der kompletten Demontage war erst einmal eine intensive Reinigung angesagt. Genauer gesagt war es eher eine Waschung. So musste von der Bildröhre, der Ablenkeinheit bis hin zu den Boards alles ins Seifenbad. Nach der Trocknung kann sich das Ergebnis auch sehen lassen. Die Teile sehen wieder aus wie neu. Jetzt konnte mit den Reparaturen begonnen werden.

Es stellte sich schlussendlich heraus, dass bis auf ein paar Kleinigkeiten soweit keine größeren Probleme vorlagen. Zuerst mal war der Netzschalter an den Kontakten so verharzt, dass an beiden Polen kein geschlossener Kontakt mehr zu erreichen war. Dann gab es keine Hochspannung an der Röhre – hier war der Transistor BU407 defekt und schaltete nur mehr ganz müde bis gar nicht durch. Die diversen Potis benötigten ein wenig Zuneigung und der eine oder andere Kondensator musste noch erneuert werden. Aber das war´s dann auch schon. Nachfolgend lade ich noch ein paar Bilder zu den Reinigungs- und Reparaturarbeiten hoch.

Elektronikbastler, Retro - Konsolen

Spielemodul für die Vectrex selbstgemacht

7. Oktober 2020 ingmarsretro 6 Kommentare

Für die Vectrex – Spielekonsole einem Home-Arcade-Automat aus dem Jahr 1982 gibt, oder gab es eine sehr begrenzte Anzahl an Spiele Titeln. Die Vectrex selber, beziehungsweise die Restauration dieses Schätzchens werde ich in einem eigenen Beitrag vorstellen.

Die Spiele waren in Form von ROM-Modulen erhältlich und mussten seitlich in die Konsole gesteckt werden. Heute sind sie, wie auch die Konsole selber, ziemlich rar und schwer zu finden. Auch preislich sind sie meist keine Schnäppchen. Es gibt auch Nachbauten, Multiroms und einige DIY Projekte, die auf Basis der alten EPROMS das Spielprogramm oder auch mehrere Games gespeichert halten und so über ein „Modul“ spielbar waren. Da ich auch noch alle möglichen Eproms mit unterschiedlichen Größen im Bauteilelager habe und auch von einem Kollegen (vielen Dank Jürgen) ein paar 27C512er Eproms gesponsert bekam, musste ich einfach versuchen, damit ein ROM-Modul zu basteln.

Also einmal schnell nachgedacht, was ich dafür alles benötige. Hier eine kleine Aufstellung:

alte EPROMS (ich verwende Eproms, die mit UV-Licht wieder gelöscht werden können)
einen Eprom Programmer (in der hintersten Ecke eines Kastens habe ich noch einen ChipLab Programmer mit paralleler Schnittstelle gefunden)
einen alten Rechner mit eben einer parallelen Schnittstelle und einem älteren Betriebssystem (Windows XP). Auch hier habe ich glücklicher Weise einmal mehr auf die Entsorgung verzichtet und einen alten Laptop wieder zum Leben erweckt.
eine Software für den Programmer (hier verwende ich „ChipLab“ die mit Hilfe von „porttalk22“ auf WindowsXP lauffähig ist)
die Binärdaten oder HEX-Files der originalen ROM-Module (hierzu kann man die Internetsuche bemühen)
ein Layout Tool (Autodesk Eagle)
eine Bastelbude, in der man Platinen ätzen kann, oder einen Account bei einem fernöstlichen PCB-Hersteller
Lötwerkzeug und Kleinteile
und natürlich eine Vectrex – sonst hat das alles keinen Sinn

Um den Speicherbedarf der Eproms zu ermitteln, muss ich zuerst einmal die Größe der Spiele kennen. Hier die Liste der Titel und deren Größe:

Spiele mit einer Größe von 4 kB (4 kilo Byte). Das entspricht einem Adressbereich von hex 0000 bis 0FFF

Armor Attack
Art Master
Bedlam
Berzerk
Clean-Sweep
Cosmic Chasm
Engine Analyzer
Hyperchase
Minestorm 2
Rip Off
Scramble
Solar Quest
Space Wars
Star Castle
Star Hawk
Star Trek

Spiele mit einer Größe von 8 kB (8 kilo Byte). Das entspricht einem Adressbereich von hex 0000 bis 1FFF

Animaction
Blitz
Fortess of Narzod
Heads Up
Melody Master
Pitchers Duel
Pole Position
Spike
Spinball
Tour de France
Web Wars

Spiele mit einer Größe von 12 kB (12 kilo Byte). Das entspricht einem Adressbereich von hex 0000 bis 2FFF

Dark Tower

Als nächstes sehe ich mir einmal die Eproms bezüglich Pinout und Größe an. Hier habe ich zwei Größen betreffend der Pin Anzahl zur Verfügung. Eproms mit 28pin und 32pin im DIL Gehäuse. Zu denen im 28poligen Gehäuse gehören folgende Typen:

27c64 8k x 8 bit also 64 kb (kilo Bit)
27c128 16k x 8 bit also 128 kb (kilo Bit)
27c256 32k x 8 bit also 256 kb (kilo Bit)
27c512 64k x 8 bit also 512 kb (kilo Bit)

Das Pinout ist, bis auf die unterschiedliche Anzahl der Addressleitungen, identisch. Die 1Mbit Variante 27C1001 (27C010) hat jedoch ein anderes Pinout.

Der nächste Schritt ist, sich das Pinout des Vectrex Modulschachtes anzusehen. Die Pin – Nummern des Moduls sind im Bild unten zu gekennzeichnet.

Die den Pin-Nummern zugehörigen Signale sind dem Vectrex Schaltplan des Mainboards zu entnehmen. Im Bild unten ist ein Auszug des Schaltplans mit dem Bereich des 36 poligen Cartridge-Connectors dargestellt. (Quelle: console5.com)

Jetzt sind soweit mal alle nötigen Informationen gesammelt, um mit einem Schaltplan und Layout zu beginnen. Im Netz habe ich nach einem Eagle-Layout für den Platinen-Stecker gesucht. Es war aber nicht gleich etwas zu finden. Also musste ein originales ROM-Modul als Referenz für die Abmessungen und Abstände der Kontaktpads herhalten. Mit den so abgenommenen Massen war es dann schnell gemacht und ich hatte ein neues Eagle-Bauteil gezeichnet und in der Library gespeichert.

Ich habe zwei Varianten der Modulschaltungen gezeichnet. Eine für die EPROMs mit 28 Pins und eine für die 1Mbit ROMs mit 32 Anschlusspins. (Da hier ja auch mehr Games Platz finden) Um nun alle möglichen Größen an Spielen unterschiedlich auf dem EPROM verteilen zu können, habe ich die Adressbits 12,13 und 14 umschaltbar gemacht. Und zwar so, dass diese drei Adressleitungen wahlweise von der Vectrex angesteuert werden können, oder extern vom Bediener über DIP-Schalter (L/H) auszuwählen sind. Die Bits 15 und 16 (sind ebenfalls über DIP-Schalter auszuwählen).

Die folgende Tabelle zeigt ein paar Beispiele, wie die Startadressen der Spiele ausgewählt werden können.

bit 16	bit 15	bit 14	bit 13	bit 12	bit11-bit0 game adressen	adressen start – ende (hex)
L	L	L	L	L	bei 8k Spiel	0000 – 1FFF
L	L	L	H	L	bei 8k Spiel	2000 – 3FFF
L	L	H	L	L	bei 8k Spiel	4000 – 5FFF
L	L	H	H	L	bei 8k Spiel	6000 – 7FFF
L	H	L	L	L	bei 8k Spiel	8000 – 9FFF
L	H	L	H	L	bei 8k Spiel	A000 – BFFF
L	H	H	L	L	bei 8k Spiel	C000 – DFFF
L	H	H	H	L	bei 8k Spiel	E000 – FFFF
H	L	L	L	L	bei 4k Spiel	10000-10FFF
…	…	…	…	…	und so weiter…	…

Vorausgesetzt natürlich, die Spieledaten wurden auch so auf das EPROM geschrieben. Um das zu bewerkstelligen, verwende ich einen von vielen Freeware – Hex Editoren (HxD) und baue mir aus den einzelnen Game-Images ein Binärfile zusammen. Diese „Datei“ wird dann in der ChipLab-Software importiert, das korrekte EPROM aus der Datenbank ausgewählt, dann den Chip in den Programmer gesteckt und los gehts… (Vorher nochmal checken, ob der Chip auch leer ist. Ansonsten muss er „oben ohne“ in die Sonne, oder unter die UV-Lampe (für ca. 15-20min)

Ist der Chip mit Bits gefüllt und aus dem Schaltplan ein Layout gemacht, dann geht´s ans Ätzen eines Prototyps. Dafür konnte ich in einer kurzen Mittagspause die Ätzanlage unserer Firma heranziehen und das unnötige Kupfer der Platine ätztechnisch entfernen.

Nach dem Belichten einer mit fotopositv Lack beschichteten doppelseitigen Platine und dem anschließenden Entwickeln derselben, kann wird das überflüssige Kuper mit EisenDreiChlorid entfernt. Übrig bleibt die gewünschte Struktur.

Mal ein Selfie zwischendurch. Die Belichtung der Platine mit UV – Licht dauert etwa 57 Sekunden. Genug Zeit um mit dem Handy dumme Fotos zu machen 😀

Weiter geht es dann mit dem Bohren der Löcher in das Board. Die Durchkontaktierungen (VIAs) vom Top- zum Bottom Layer werden bei dem Prototyp nicht durch galvanisches Auftragen von Kupfer in den Bohrungen realisiert, sondern per Hand durch Durchstecken eines Stückes Silberdraht durch das Loch und anschließendem beidseitigem Verlöten.

Jetzt fehlt nur noch die Bestückung. Die ist aber sehr schnell erledigt. Denn bis auf den IC-Sockel, ein paar Pull-Up Widerstände und die DIP-Schalter ist auf dem Board ja nicht viel drauf. Also die paar Teile gelötet, den Chip in den Sockel gesteckt – und fertig ist das ROM-Modul.

Wie das fertige Modul an der Vectrex aussieht und vor allem funktioniert, werde ich beizeiten einmal als kurzes Video zeigen. Ich habe das Board auch ein wenig verschönert und als industriell gefertigte Platine bei einem fernöstlichen Leiterplattenhersteller in Auftrag gegeben…

(kleines Update am 20.Oktober 2020)
Die im fermem Osten gefertigten Platine sind gekommen und sehen meiner Meinung nach auch ganz passabel aus. Schnell ist ein Board bestückt … hier das Ergebnis:

Allgemeines & Neues, Reparaturen

HomeMatic Rauchmelder HM-SEC-SD Schnellreparatur

11. September 2020 ingmarsretro Schreibe einen Kommentar

Auch dieses Mal wieder ein schneller Beitrag zum Thema „Alterung und Homematic Smart Home“. Es geht um folgendes Gerät: Den Homematic Rauchmelder HM-SEC-SD, also die ältere Version der Rauchmelder aus dem Hause eq3.

Eines gleich vorweg: Dieser Beitrag zeigt lediglich, wie ich dieses Gerät wieder in Betrieb gesetzt habe. Da es sich um ein sicherheitsrelevantes Gerät handelt, müsste nach der Reparatur wieder eine Abnahme durch ein zertifiziertes Prüfunternehmen stattfinden um es weiter verwenden zu dürfen. Der Beitrag stellt also nur das, was in dem Gerät kaputt geworden ist.

Worum geht es also? Der Funkrauchmelder HM-SEC-SD zeigte im Rahmen des monatlichen Tests (ja man sollte einmal im Monat die Prüftaste drücken) folgendes Symptom:

Ein kurzer Druck auf die Taste und es kam kein akustisches Signal – dafür blinkt die rote Signal-Led mehrfach im ca. 0.5s Takt. Ein Erneuern der Batterien ändert nichts, das Verhalten bleibt. Das Funkmodul des Melders verhält sich normal. Man kann es Rücksetzen und auch wieder anlernen. Ein Blick in die Bedienungsanleitung sagt in diesem Fall (unter Punkt 9.2 Seite 24)

– Beginnt nach dem Drücken der Taste nur die Leuchtdiode zu blinken, ist der Rauchmelder defekt und muss ausgetauscht werden

Also Zeit, den Melder zu öffnen und nachzusehen. Mein erster Verdacht fiel auf die Detektorkammer und dass hier eine Verunreinigung vorliegt oder sich ein Tierchen in der Kammer niedergelassen hat…

Doch nach Entfernen des Deckels der Detektorkammer waren keine tierischen Eindringlinge zu entdecken. Jedoch an der Innenseite des Deckels war ein eigenartiges Muster zu erkennen:

Diese Schlieren, so dachte ich zuerst, sind im Rahmen des Spritzens des Kunststoffbauteils entstanden und müssen so sein. Doch bei näherer Betrachtung und einem „Darüberwischen“ mit dem Finger ließen sie sich entfernen. Kurz gesagt, diese Schlieren sind Staubpartikel. Und wenn sie am Deckel sind, dann auch in der gesamten Messkammer. Also mit Druckluft ausgeblasen, Deckel wieder draufgesteckt und getestet. -> selber Fehler wie zuvor. Also nochmal Deckel runter und etwas genauer mit einer Lupe hingesehen. Der gröbere Staub, wenn man von „grob“ sprechen kann war zwar weg, aber die Oberfläche der Photodioden hatte noch ganz feine und schwer erkennbare Schlieren. Also reinigte ich die Kammer und die Dioden mit ein wenig Alkohol an einem Wattestäbchen.

Ein neuerlicher Funktionstest zeigte einen Erfolg – besser Teilerfolg. Nach Drücken des Prüftasters quäkte der Piezo – jedoch nur sehr, sehr leise – und damit meine ich kaum hörbar und die LED blitzte neun Mal im Abstand einer Sekunde. Also eigentlich so wie es sein soll. Nur eben viel zu leise. Also musste noch etwas kaputt sein. So untersuchte ich die Schaltung beginnend beim Piezo und wurde schnell fündig. Der Piezo wird von einem 40106 eine 6fach Schmitt-Trigger angesteuert. Um satt Strom zu treiben sind je drei „Schmitts“ parallelgeschaltet. Der Ausgang war niederohmig, was eigentlich nicht sein darf. Also den 40106 ausgelötet und noch einmal gemessen. Zwischen Pin 1,2 und 7 (Eingang und Ausgang des ersten Schmitt-Triggers und dem VSS-Pin) war ein satter Kurzschluss. Das bedeutet der IC-ist defekt.