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optoreader

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Optoreader

Zusammenfassung

Ziel dieser Entwicklung ist es, einen Lesekopf zu bauen, mit dem man die Daten von verschiedenen Smart Metern auslesen kann. Es gibt am Markt bereits kommerziell vertriebene Leseköpfe, welche jedoch verhältnismäßig teuer sind. Daher wird hier eine möglichtst einfache, preisgünstige Lösung entwickelt, die unter anderem als Bausatz angeboten werden soll.

Sender

Zum Senden wird eine Infrarotdiode vom Typ ??? durch einen Transistor vom Mikrocontroller geschaltet. Die Schaltung scheint stabil und funktionierend, konnte jedoch bisher nicht in Verbindung mit einem Smart Meter getestet werden, da kein Gerät zur Verfügung steht, welches Zweiwegekommunikation unterstützt. Als Testfall wurde die IR-Diode mit der Empängerdiode optisch “`kurzgeschlossen”' und überprüft, ob ausgesendete Zeichen wieder empfangen werden können. Der Test war erfolgreich.

Empfänger

Es gibt mehrere Möglichkeiten, ein optisches Signal in ein elektrisches zu wandeln, welches vom Mikrocontroller verarbeitet werden kann. Verschiedene Varianten werden nachfolgend vorgestellt und bewertet.

Spannungsteiler mit Transistor

Bei dem Spannungsteiler R1, R2 wird in Abhängigkeit vom optischen Signal der Widerstand R2 überbrückt. Die Transistoren Q1 und Q2 werden als Schalter betrieben, wobei Q2 nur dazu dient, das Signal von Q1 zu invertieren. Die Schaltung hat mit kurzzeitig dem Hager EHZ funktioniert, lies sich jedoch nicht reproduzieren. Andere Transistorgrundschaltungen waren auch nicht erfolgreich. Ein Test mit dem EasyMeter war nicht möglich, da dieses noch nicht zur Verfügung stand.

Transistor mit Photodiode, Schaltungsentwurf: Mathias Dalheimer

Komparator mit Photodiode

Komparator mit Photodiode

Spannungsteiler wie bei Transistorversion. Spannung über R2 an “`+”'-Eingang des Komperators. “`-”'-Eingang wir mit Trimmpoti beschaltet. Z.B. 22k$\Omega$ zwischen +5V und GND. Mit dem Poti wird die Schaltschwelle des Komparators eingestellt. Diese Schaltung funktioniert erfolgreich mit dem EHZ und dem Easymeter, Nachteil ist jedoch, dass die Referenz für die beiden Meter jeweils unterschiedlich eingestellt werden muss, da das empfangene Signal unterschiedlich stark ist.

Komparator mit Phototransistor

Als Weiterentwicklung der Komperatorschaltung wurde die Photodiode durch einen Phototransisor BPW 40 ersetzt. Absicht hierbei ist, eine Unabhängigkeit von Schwankungen im Eingangssignal zu erreichen, so dass keine erneute Potiabstimmung für unterschiedliche Smart Meter vonnöten ist. Messungen mit dem Oszilloskop haben gezeigt, dass das Ausgangssignal des Phototransistors tatächlich bei beiden untersuchten Metern gleich ist.\footnote{Oszibild einfügen}

Der Fototransistor zeigt jedoch bei fallender Flanke im Eingangssignal keine ausreichende Schnelligkeit\footnote{Oszibild einfügen}, wodurch die Rückgewinnung der UART-Zeichen schwierig wird. Die Komperatorschwelle muss annähernd auf den High-Pegel gelegt werden. Nach entsprechender Einstellung entspricht das Signal vom Zeitverhalten dem ursprünglichen UART-Zeichen, jedoch werden vom Mikrocontroller keine sinnvollen Zeichen empfangen.

Komparator mit Phototransistor

TIP: Sowohl der Fototransistor als auch der Komparator sind zu langsam. Besser: SFH309FA und LMV7239/LMV7235, beide bei RS erhältlich. R2 sollte möglichst niederohmig sein, damit die Kollektor-Emitter-Kapazität nicht so stark wirksam wird. Ein guter Anfangs-Wert ist 820 Ohm. Der Fußpunkt-Widerstand des Spannungsteilers am invertierenden Eingang sollte gleich dem Fußpunkt-Widerstand am nicht-invertierenden Eingang sein. Zwischen (+) und (-) -Eingang des Komparators einen kleinen Kondensator ( 10-30 pF) zur Schwingneigungsunterdrückung schalten. mfg Udo

Mikrocontroller

Für die Auswertung kommt das FluksoUSB-Board zum Einsatz. Das Board wurde modifiziert, indem der Mikrocontroller gegen einen Atmel AVR ATmega644A ausgetauscht wurde, welcher sich primär gegenüber dem ursprünglichen Mikrocontroller (ATmega644) darin unterscheidet, einen zweiten Hardware-UART zu besitzen. Die Rx- und Tx- Leitungen des zweiten UARTs liegen auf der Schraubklemmenleiste des FlusoUSB-Boards und sind somit für den Anschluss der Sende- und Empfängerschaltung leicht zugänglich. Außerdem wurde von der linken Pinleiste VCC und GND abgegriffen, um die Schaltungen zu versorgen.

optoreader.1308559285.txt.gz · Last modified: 2012/10/30 10:38 (external edit)