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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 möglichst einfache, preisgünstige Lösung entwickelt, die unter anderem als Bausatz angeboten werden soll.

Empfänger

Phototransistor mit Komparator und Schmitttrigger

Komparator mit Phototransistor

Als Weiterentwicklung der Komparatorschaltung wurde die Photodiode durch einen Phototransistor vom Typ BPW 40 ersetzt. Absicht hierbei ist eine Unabhängigkeit von Schwankungen im Eingangssignal zu erreichen, so dass keine erneute Potentiometerabstimmung für unterschiedliche Smart Meter von nöten ist. Messungen mit dem Oszilloskop haben gezeigt, dass das Ausgangssignal des Phototransistors tatsächlich bei beiden untersuchten Metern gleich ist.

In den ersten Versuchen zeigte der Fototransistor jedoch bei fallender Flanke im Eingangssignal keine ausreichende Schnelligkeit, wodurch die Rückgewinnung der UART-Zeichen schwierig wird. Die Komparatorschwelle muss annähernd auf den High-Pegel gelegt werden, was eine hohe Fehlerrate zur Folge hat. Außerdem ist das Signal invertiert.

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.

Durch Nachschalten eines invertierenden Schmitt-Triggers hinter den Komparator wird das Signal invertiert und die Flanken zusätzlich geschärft.

Nun ist das optisch empfangene Signal hinreichend aufbereitet, um durch den Mikrocontroller ausgewertet zu werden.

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 Udo

Sender

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

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.1310025818.txt.gz · Last modified: 2012/10/30 10:39 (external edit)