Und täglich grüßt der Stromzähler…

Und täglich grüßt der Stromzähler…

Aufgrund des Feedbacks in letzter Zeit zum Stromzähler und vor allem wegen Markus Frage zur Schaltung habe ich die Schaltung von damals mal versucht nachzuvollziehen.

Das Ganze ist morgens vor der Arbeit entstanden kurz nachdem der Elektriker weg war, der den Zähler eingebaut hat. Und es war zu der Zeit als ich Zuhause gerade mal noch ein Handmultimeter besaß. Darum ist es mehr oder weniger blind (also ohne Scope) entstanden und es musste mit Bauteilen laufen, die ich in dem Moment zur Hand hatte.

Der Aufbau bestand damals aus diesem fliegenden LM324 Operationsverstärker, einem 74HC14 (Hex-Inverter) und irgendeinem AVR-Experimentierboard mit einem MAX232 an Bord. Statt des AVR Controllers hatte ich hier meine Schaltung angeschlossen, damit das Experimentierboard die 5V des 74HC14 auf RS232 Pegel bringt.

Bei den Versuchen von heute Abend habe ich direkt einen China USB zu TTL Konverter verwendet (damals war noch RS232 auf USB dabei).

5V_UART_USB

Ich habe davon vor kurzem gleich 3 Stück bei eBay gekauft für sehr wenig Geld. Ich finde diese Teile sehr praktisch beim Basteln mit Mikrocontrollern.

Dann habe ich damals eine alte Universalfernbedienung geschlachtet um die IR-LED zu retten, die als Photodiode diente. Das einzige, das ich heute Abend gefunden habe ist diese Fernbedienung für meinen Mini-Hubschrauber.

IMG_20150817_223550

Dankenswerterweise sind hier gleich drei IR-LED verbaut. Da ich hier im neuen Haus leider nicht mehr so einen digitalen Zähler habe, brauche ich ja einen Zählersimulator. Also habe ich gleich zwei LED ausgelötet, so kann eine als Photodiode dienen und die zweite werden wir zum Senden benutzen.

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Im alten Artikel habe ich etwas von 15µA geschrieben, die die LED unter der Schreibtischlampe am Multimeter brachte. Also habe ich diesen Versuch mit den neu erbeuteten LED auch mal gemacht.

LED_photodiode

Diesmal habe ich sogar 56µA gemessen. Es ist dieselbe Lampe, aber vielleicht war ich einfach näher dran oder die LED sind nicht gleich.

Nach dem erfolgreichen Tauglichkeitstest der LED als Photodiode habe ich dann einen LM324 auf eine Breadboard gesteckt und ihn mit 1Meg als Transimpedanzverstärker beschaltet. Den LM324 verwende ich sehr gerne bei SingleSupply Schaltungen (hier ja 0 und 5V), weil er sehr nah an 0V mit seinem Ausgang kommt. Zum Test dieses Aufbaus habe ich die zweite LED an mein Hioki 7005 DC-Standard angeschlossen und 20mA durch die Sende LED geschickt. Dies führte bei sich gegenüberstehenden LED dann zu einer Ausgangsspannung von 3,7V am LM324.

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Nachdem dieser Versuch auch geklappt hat, habe ich den 74HC14 auf dem Breadboard auch noch in Betrieb genommen. Einer der Hex-Inverter wird, wie damals, dazu verwendet das Signal aus dem LM324 mit seinem Schmitt-Trigger aufzubereiten und zu invertieren.

Einen weiteren Inverter verwende ich hier als Treiber für die LED, weil ich nicht weiß, was man diesem China Teil zumuten kann. Außerdem verhält sich die LED dann so wie im Stromzähler und leuchtet nur, wenn Daten übertragen werden. Ich dachte zum Aufmalen des Schaltplans nutze ich mal mein tolles Whiteboard ohne daran zu denken, dass es sehr schwierig ist das Ding ohne Reflektionen abzufotografieren…. (nächstes mal also wieder einen Zettel). Wenn man nur einen Stromzähler auslesen möchte, dann reicht die Schaltung in der gestrichelten Box. Versorgen kann man beide Bauteile aus den 5V vom USB Anschluss.

stromzaehler_schaltung

So sieht der ganze Verhau auf dem Breadboard dann aus… Zur besseren Ausrichtung habe ich nun doch beide LED auf das Breadboard gesteckt.

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Und so sieht dann die Übertragung aus. Das blaue Signal zeigt die Steuerspannung an der Sende-LED und der gelbe Verlauf ist der Ausgang des LM324.

Stromzaehler_Transfer

Ich habe heute Abend dann also zum ersten mal gesehen, dass es ganz schön knapp war :). Mit 19k2 hätte die Übertragung wahrscheinlich schon nicht mehr funktioniert. (Sowas zu testen fällt einem natürlich erst beim Schreiben ein und nicht, wenn der ganze Kram gerade aufgebaut ist… 😦 )

Hmm, liegt dieser schlappe Anstieg eventuell an den parasitären Kapazitäten des Breadboard, die zusammen mit dem 1Meg die Bandbreite stark begrenzen? Um das zu Testen habe ich den negativen Eingang des OP hochgebogen und die LED, sowie den Feedback Widerstand direkt angelötet.

IMG_20150817_235136

Im folgenden Bild sieht man in grau das Signal mit ins Breadboard gestecken Bauteilen und in gelb den Ausgang des LM324 mit frei-verdrahteten Leitungen. Am Breadboard liegt es also nicht 😉

Freiluft_TIA

Auch Experimente die LED noch etwas negativ vorzuspannen brachten keine Verbesserung der Anstiegszeiten.

Dem aufmerksamen Leser könnte aufgefallen sein, dass 1Meg in der Rückkopplung eigentlich viel zu viel ist, wenn ich doch am Anfang über 50µA gemessen habe (sollte ja zu ca. 50V am Ausgang führen, wenn der OP denn könnte). Darüber scheine ich damals überhaupt nicht nachgedacht zu haben. Ich weiß leider auch nicht mehr, mit welcher Spannung ich vor 2,5 Jahren den OP versorgt habe. Die heute gemessenen 3,7V liegen zumindest nicht daran, dass für 5V nicht genug Strom von der Photodiode geliefert wird. Der OP kann einfach nicht weiter an seine positive Rail bei nur 5V Versorgung.

Ich habe den Photostrom bei Bestrahlung mit der IR-LED auch noch einmal gemessen und kam dabei auch rund 20µA. Damit würden für 3V also auch 150k ausreichen. Ein kurzer Test bestätigte dies. Jedoch bringen die 150k keinen nennenswerten Geschwindigeitsvorteil.

Zum Schluss noch mal ein extrem spektakuläres Bild:

stromzahler_ping_pong

Dieses nicht so spektakulär aussehende Bild zeigt wie der eingegebene Text seinen Weg aus dem USB Adapter durch die LED macht, durch die andere LED aufgenommen wird um dann wieder durch den USB Adapter zurück am Bildschirm angezeigt zu werden.

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