User Tools

Site Tools


optoreader

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

Link to this comparison view

optoreader [2011/06/20 10:41]
udo
optoreader [2012/10/30 10:27] (current)
Line 1: Line 1:
 ====== Optoreader ====== ====== Optoreader ======
 ===== Zusammenfassung ===== ===== 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.+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 möglichst 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. 
-{{:optoreader-sender.png|}} 
  
 ===== Empfänger ===== ===== 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.+==== Phototransistor mit Komparator und Schmitttrigger  ==== 
 +{{:optoreader-empfaenger-komp-schmitt.png|Komparator mit Phototransistor}}
  
-==== Spannungsteiler mit Transistor ==== +Als Weiterentwicklung der Komparatorschaltung wurde die Photodiode durch einen Phototransistor vom Typ //BPW 40// ersetztAbsicht hierbei ist eine Unabhängigkeit von Schwankungen im Eingangssignal zu erreichenso dass keine erneute Potentiometerabstimmung für unterschiedliche Smart Meter von nöten istMessungen mit dem Oszilloskop haben gezeigtdass das Ausgangssignal des Phototransistors tatsächlich bei beiden untersuchten Metern gleich ist.
-Bei dem Spannungsteiler R1, R2 wird in Abhängigkeit vom optischen Signal der Widerstand R2 überbrücktDie 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 funktioniertlies sich jedoch nicht reproduzierenAndere Transistorgrundschaltungen waren auch nicht erfolgreich. Ein Test mit dem EasyMeter war nicht möglichda dieses noch nicht zur Verfügung stand.+
  
-{{:optoreader-trans-photodiode.png|Transistor mit PhotodiodeSchaltungsentwurf: Mathias Dalheimer}}+In den ersten Versuchen zeigte der Fototransistor jedoch bei fallender Flanke im Eingangssignal keine ausreichende Schnelligkeit, wodurch die Rückgewinnung der UART-Zeichen schwierig wirdDie Komparatorschwelle muss annähernd auf den High-Pegel gelegt werdenwas eine hohe Fehlerrate zur Folge hat. Außerdem ist das Signal invertiert. 
  
-==== Komparator mit Photodiode ==== +Das Problem der mangelnden Schnelligkeit lässt sich durch Veränderung des Widerstands R1 jedoch beheben, indem der Widerstand von 10k$\Omega$ in Schritten so weit reduziert wird, bis das Signal wieder eine ausreichende Schnelligkeit aufweist
-{{:optoreader-empfaenger-komp-photodiode.png|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.+Durch Nachschalten eines invertierenden Schmitt-Triggers hinter den Komparator wird das Signal invertiert und die Flanken zusätzlich geschärft
  
-==== Komparator mit Phototransistor ==== +Nun ist das optisch empfangene Signal hinreichend aufbereitetum durch den Mikrocontroller ausgewertet zu werden
-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. 
  
-{{:optoreader-empfaenger-komp-phototrans.png|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.+ 
 + 
 + 
 + 
 +TIP: Sowohl der Fototransistor als auch der Komparator sind zu langsam. Besser: SFH309FA und LMV7239/LMV7235, beide bei RS erhältlich. R2 (Emitter-Widerstand) 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 (-) - Eingang sollte gleich dem Emitter-Widerstand am (+) - Eingang sein. Zwischen (+) und (-) -Eingang des Komparators einen kleinen Kondensator ( 10-30 pF) zur Schwingneigungsunterdrückung schalten.
 mfg mfg
  Udo  Udo
 +
 +===== Sender =====
 +{{:optoreader-sender.png|}}
 +
 +Zum Senden wird eine Infrarotdiode vom Typ //SFH 487// 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.
 +
 +
  
 ===== Mikrocontroller ===== ===== 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.+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)