Labortagebuch Juni 2020
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18.6.20: Ultraschall-Einparkhilfe
Schon oft hatte ich mich gefragt, wie die Ultraschallsensoren arbeiten, die den Rückabstand am Auto überwachen. Und wie man das schafft, dass sie so wetterfest sind. Jetzt ist mir so ein Sensor in die Hände gefallen, der allerdings defekt war. Das Teil hat einen dreipoligen Kabelanschluss und ist völlig in Plastik vergossen, sodass die Demontage recht mühsam war. Im vorderen Teil aus Alu befindet sich der eigentliche Piezo-Sensor. Dieser Teil war wasserdicht mit einem schaumigen Kunststoff vergossen.
Im unteren Teil konnte ich eine Platine und einen Ferrit-Übertrager ausgraben. Auf dem IC konnte ich die Herstellerforma entziffern, die Firma Elmos aus Dortmund. Dort war auch ein grobes Datenblatt eines ähnlichen, neueren Sensors zu finden: https://www.elmos.com/produkte/sensor-ics/ultrasonic-distance-ic.html Damit erklärt sich die Funktion des Übertragers bei der Erhöhung der Sendelautstärke.
Nachdem ich zwei Drahte an den Sensor gelötet hatte, konnte ich eine Resonanz bei 40 kHz messen. Da schien es naheliegend, den Sensor auch einmal an einem Fledermausdetektor zu testen. Und tatsächlich, er brachte eine vergleichbare Empfindlichkeit wie das sonst verwendete Ultraschallmikrofon.
An einer Fernwärme-Heizung wurden im
ganzen Haus die Wärmemesser ausgetauscht. Ich hatte mich immer schon
gefragt, wie die wohl funktionieren. Da fuhr wohl außen am Haus ein
Messwagen vor und konnte alle Wärmemesser an allen Heizkörpern ablesen.
Und das zehn Jahre lang ohne Batteriewechsel. Jetzt hatte ich endlich
mal die Chance, das genauer anzusehen.
Die Geräte waren in eine Halterung
geklinkt, wobei ein federnder Wärmefühler die Temperatur des
Heizkörpers messen konnte. Ein zweiter Fühler sollte die Raumtemperatur
erfassen. Aus der Temperaturdifferenz und der Größe des Heizkörpers
kann man die Wärmeleistung bestimmen.
Der Mikrocontroller ist ein MSP430FW425
von TI der für einen stromsparenden Betrieb optimiert ist
(PowSupplyVoltageRange:1.8 V to 3.6 V, ActiveMode:200 μA at 1 MHz,2.2
V, StandbyMode:0.7 μA). Die Lithium-Batterie hatte nach zehn Jahren
immer noch 3,0 V.
Der Raumtemperatursensor ist ein kleiner
NTC. Das LC-Display hat nur 14 Beinchen, die gemultiplext mit vier
Spannungsstufen direkt vom Controller angesteuert werden.
Unter dem LC-Display fand sich der
UHF-Sender K110B3. Für dieses IC konnte ich kein Datenblatt finden,
aber es gab Hinweise darauf, dass es dem TDA 5100 von Infineon
entspricht. Dieser sehr einfache FSK/ASK-Sender multipliziert die
Quarzfrequenz per PLL mit 32. Auf der Platine liegt ein Quarz mit
13,568 MHz. Daraus wird dann 434,176 MHz. Interessant ist, dass die
FSK-Modulation direkt am Quarz entsteht, indem hier ein Kondensator
umgeschaltet wird. Der ganze Sender ist daher sehr einfach anzusteuern,
Man braucht eigentlich nur einen Pin zum Einschalten und einen zum
Modulieren. Der Chip braucht ca. 8 mA beim Senden und liefert dann 5
dBm an die Antenne. Mit diesen Informationen konnte ich den Sender
starten. Er arbeitet jedoch auf der doppelten Frequenz, also 868,352
MHz. Es gibt aber auch den TDA7116F, der für 868 MHz ausgelegt ist und
ohne den Nachteiler hinter dem VCO arbeitet.
Ursprünglich habe ich gedacht, dass das
Gerät auch einen Empfänger braucht, um auf eine Anforderung zum Senden
zu lauschen. Aber offensichtlich wird nur ein Sender verwendet. Wenn
dieser z.B. einmal in Fünf Minuten ein kurzes Daten-Telegramm mit einer
Länge von 5 ms absendet, läge der durchschnittliche Verbrauch unter 0,2
µA. Der Bedarf des Senders wäre dann kleiner als der des
Mikrocontrollers.
18.6.20: Ultraschall-Einparkhilfe
Schon oft hatte ich mich gefragt, wie die Ultraschallsensoren arbeiten, die den Rückabstand am Auto überwachen. Und wie man das schafft, dass sie so wetterfest sind. Jetzt ist mir so ein Sensor in die Hände gefallen, der allerdings defekt war. Das Teil hat einen dreipoligen Kabelanschluss und ist völlig in Plastik vergossen, sodass die Demontage recht mühsam war. Im vorderen Teil aus Alu befindet sich der eigentliche Piezo-Sensor. Dieser Teil war wasserdicht mit einem schaumigen Kunststoff vergossen.
Im unteren Teil konnte ich eine Platine und einen Ferrit-Übertrager ausgraben. Auf dem IC konnte ich die Herstellerforma entziffern, die Firma Elmos aus Dortmund. Dort war auch ein grobes Datenblatt eines ähnlichen, neueren Sensors zu finden: https://www.elmos.com/produkte/sensor-ics/ultrasonic-distance-ic.html Damit erklärt sich die Funktion des Übertragers bei der Erhöhung der Sendelautstärke.
Nachdem ich zwei Drahte an den Sensor gelötet hatte, konnte ich eine Resonanz bei 40 kHz messen. Da schien es naheliegend, den Sensor auch einmal an einem Fledermausdetektor zu testen. Und tatsächlich, er brachte eine vergleichbare Empfindlichkeit wie das sonst verwendete Ultraschallmikrofon.
12.6.20: Eine defekte Pumpe
Diese defekte Pumpe aus einer Kaffeemaschine hat im Betrieb regelmäßig einen Kurzschluss verursacht und musste ersetzt werden. Mich hat es interessiert, wie so eine Pumpe aufgebaut ist und was der eigentliche Fehler war. Ich musste nur zwei Schrauben lösen, um die Spule von der Mechanik zu lösen.
Der eigentliche Kolben der Pumpe ist eine dünne Stange mit Innenbohrung, die im inneren des Messingzylinders ein Kugelventil hat. Der dickere weichmagnetische Stab sorgt in der Spule für den Antrieb.
Die Spule enthält eine Diode, sodass sie mit pulsierendem Gleichstrom mit 50 Hz versorgt wird. Der Schwingkolben ist dann wohl mit seiner Feder in Resonanz. Mit dem Ohmmeter konnte ich allerdings von außen weder die Diode noch die Spule messen, sondern nur den Kurzschluss mit ca. einem Ohm.
Nach dem Öffnen der Plastikhülle fiel die unterschiedliche Färbung des Spulendrahts auf, der in der Mitte heller ist als außen. Da ist offensichtlich der Lack verdampft. Die Messspitzen des Ohmmeters finden problemlos Kontakt. Alles ist zu einem leitenden Block verbunden. Bei einer offenen Spule hätte man sicher eine stinkende Rauchwolke bemerkt, aber die vergossene Spule hat es für sich behalten.
Auch die Reste einer völlig verkohlten Diode konnte ich noch ausgraben. Vermutlich ist die Spule im Betrieb zu heiß geworden, sodass erste Windungsschlüsse auftraten. Damit sank der Widerstand der Spule, sodass noch mehr Wärme entstand, bis sich alles bis zum Kurzschluss entwickelt hat. Irgendwann hat auch die Diode aufgegeben und den Kurzschluss vollendet.
Diese defekte Pumpe aus einer Kaffeemaschine hat im Betrieb regelmäßig einen Kurzschluss verursacht und musste ersetzt werden. Mich hat es interessiert, wie so eine Pumpe aufgebaut ist und was der eigentliche Fehler war. Ich musste nur zwei Schrauben lösen, um die Spule von der Mechanik zu lösen.
Der eigentliche Kolben der Pumpe ist eine dünne Stange mit Innenbohrung, die im inneren des Messingzylinders ein Kugelventil hat. Der dickere weichmagnetische Stab sorgt in der Spule für den Antrieb.
Die Spule enthält eine Diode, sodass sie mit pulsierendem Gleichstrom mit 50 Hz versorgt wird. Der Schwingkolben ist dann wohl mit seiner Feder in Resonanz. Mit dem Ohmmeter konnte ich allerdings von außen weder die Diode noch die Spule messen, sondern nur den Kurzschluss mit ca. einem Ohm.
Nach dem Öffnen der Plastikhülle fiel die unterschiedliche Färbung des Spulendrahts auf, der in der Mitte heller ist als außen. Da ist offensichtlich der Lack verdampft. Die Messspitzen des Ohmmeters finden problemlos Kontakt. Alles ist zu einem leitenden Block verbunden. Bei einer offenen Spule hätte man sicher eine stinkende Rauchwolke bemerkt, aber die vergossene Spule hat es für sich behalten.
Auch die Reste einer völlig verkohlten Diode konnte ich noch ausgraben. Vermutlich ist die Spule im Betrieb zu heiß geworden, sodass erste Windungsschlüsse auftraten. Damit sank der Widerstand der Spule, sodass noch mehr Wärme entstand, bis sich alles bis zum Kurzschluss entwickelt hat. Irgendwann hat auch die Diode aufgegeben und den Kurzschluss vollendet.