Experimente mit Geiger-Müller Zählrohren (SI-39G und SBM20)

Aus russischen Altbeständen sind günstig fabrikneue Zählrohre erhältlich. Ich habe meines für rund 15 Euro bei Pollin gekauft. Ein neues Zählrohr kostet typischerweise um die 100 Euro.

Mein SI-39G stammt laut Packungsaufdruck von 1990.
Später kam noch ein SBM20 sowie ein 70014NR (V-AZ-114NR) aus Ex-DDR-Beständen hinzu.


Das SI-39G

 


handschriftliche Nummer …

 


Verpackung im 40ger Jahre Look…

 

 


Das SBM20, russische Produktion

 


Das 70014NR, vermutlich DDR Produktion

Theory of operation

Siehe hierzu http://de.wikipedia.org/wiki/Z%C3%A4hlrohr#Geiger-M.C3.BCller-Z.C3.A4hlrohr. In Kürze:

Das Zählrohr ist mit einem Gas gefüllt und besitzt eine Anode und eine Kathode, die beiden Enden des Zählrohrs. An das Zählrohr muss eine ziemlich hohe Gleichspannung angelegt werden.
Trifft ein Strahlungsteilchen nun in die Gasfüllung, wird ein Elektron freigesetzt, das wegen der angelegten hohen Spannung Richtung Anode wandert. Effekt: Ein Strom fließt. Diesen Vorgang nennt man „Ionisation“.

Bei hohen Spannungen, die bei Geiger Müller Zählrohren verwendet werden (~400Volt), werden viele Elektronen gleichzeitig ausgelöst. Das Geiger Müller Zählrohr ist also sehr empfindlich. Der Stromfluss ist stark und kann mit einfachsten Mitteln weiterverarbeitet werden (z.B. hörbar gemacht werden).

Beschaltung

Die Beschaltung eines Zählrohrs ist erstaunlich simpel. An das Zählrohr werden einige Hundert Volt angelegt (+ An Anode, – an Kathode). Um zu hohe Ströme im Zählrohr zu vermeiden, wird ein Widerstand von rund 100KOhm in Serie geschaltet. Am Zählrohr wird über einen Spannungsteiler mit sehr hohen Widerständen von einigen Megaohm das Signal abgegriffen.

Experimentelle Beschaltungen finden sich zahlreich im Web. Alle Schaltungen teilen sich in zwei Bereiche auf:

  • Hochspannungserzeugung
  • Impulsauswertung

Impulsauswertung: Hier habe ich auf die Schnelle keine Schaltungen gefunden, die ein schönes  lautes Knacken in einem Lautsprecher zustande brachten. Daher habe ich eine minimale Schaltung mit einem Operationsverstärker in Komparatorschaltung aufgebaut.  Als OpAmp kann ein Standardtyp genommen werden, ich habe den NE5534 verwendet.
(Quelle & weitere Infos Komparatorschaltung: z.B. das hervorragende Buch: Jochen Federau, Operationsverstärker, Vieweg).


Dies ist eine Standardbeschaltung eines OpAmps als Komparator („ohne Hysterese“). Hinzugenommen wurde nur der Eingangsspannungsteiler (2x10M), das Zählrohr und der kleine Lautsprecher.
Funktionsweise: Die grüne LED leuchtet, solange kein Impuls erkannt wird, die rote LED blitzt bei einem erkannten Impuls kurz auf.

Das Zählrohr ist mit der Kathode (-) an einen Spannungsteiler mit zwei 10M-Widerständen angeschlossen. Die Anode (+) liegt an 400V (genaueres dazu weiter unten). Messungen am Spannungsteiler zeigt ein Störsignal von -40mV..+500mV (Netzbrumm). Eine Ionisierung erzeugt einen steilen Impuls von etwa 3,4ms Länge und einer Amplitude von 1200mV.

So sieht ein Impuls des Zählrohrs am Oszilloskop aus. Der Netzbrumm hat eine Amplitude von etwa 500mV, aus dem sich der Impuls mit einem Maximum von 1200mV heraushebt.

Der Komparator muss also auf eine Spannung zwischen 500 und 1200 mV ansprechen. Die Schaltung soll mit +5V versorgt werden. Die Referenzspannung wird durch zwei Widerstände am –Eingang des OpAmps festgelegt. Mit den Werten 47K und 10K ergibt sich rechnerisch eine
Referenzspannung von 10K/(10K+47K)*5V = 877mV. Die Widerstände haben eine Bauteilstreuung, nach Aufbau messe ich am –Eingang 873mV, dies ist ok.

Das Zählrohr erzeugt ohne Strahlungsquelle in der Nähe 5-10 Impulse (SI-39G) bzw. 16-31 Impulse (SBM20).

Hochspannungserzeugung

Hierzu finden sich zahlreiche Schaltungen im Internet. Man muss nicht immer alles selbst erfinden, und so habe ich nur eine fertige Schaltung gesucht, die simple Standardbauteile verwendet und mit einer einfachen Induktivität (statt eines Transformators) auskommt. Außerdem sollte der Stromverbrauch gering sein, um einen Batteriebetrieb des Gesamtgeräts möglich zu machen.

Bei http://www.loetstelle.net/projekte2/lphv/lphv.php wurde ich fündig. Die dort beschriebene Schaltung ist simpel, nutzt eine kleine 10mH-Induktivität aus und verbraucht im Leerlauf weniger als 1mA. Aktive Bauteile sind ein 7555 (CMOS-Variante des 555), ein MOSFET BS170 und ein Hochvolt-Transistor MPSA42. Der 7555 erzeugt eine Ausgangsfrequenz von etwas über 10Khz, die über den MPSA42 die Induktivität ansteuert. Dabei entstehen an der Spule Spannungsspitzen von über 100 Volt, die über eine Diodenkaskade vervierfacht wird, so dass am Ausgang ziemlich genau 400 Volt bereitstehen

Die Ausgangsspannung kann nur mit einigen Mikroampere belastet werden. Ein Messversuch mit einem Multimeter mit 10 Megaohm schlug bei mir fehl, erst bei Messung mit einem 75Megaohm-HV-Tastkopf konnte ich die Ausgangsspannung messen: mit Fluke 27 und Hochspannungstastkopf: 398 Volt.

Also noch mal zur Klarstellungen: Die verwendete Schaltung zur Hochspannungserzeugung ist von loetstelle.de und dort unter http://www.loetstelle.net/projekte2/lphv/lphv.php detailliert beschrieben. Der ganze Ruhm für diese nette Schaltung geht also an loetstelle.de.


Schaltplan mit Hochspannungserzeugung (oben) und Impulsauswertung (unten). (Für das Zählrohr wurde in Eagle kein Symbol gefunden).

Irgendwo im Internet habe ich auch gelesen, dass für das SBM20 die Stromspitze während einer Ionisation (bei 400V) bei 60µA liegt. Die Spannungsquelle sollte diesen Wert für die Dauer einer Ionisation also ohne Zusammenbruch abgeben können.

Bestückung der Platine. Für das Zählrohr wurden ursprünglich vorgesehen, seine Kontakte in Sicherungshaltern zu fixieren. Im umgesetzten Exemplar wurden keine Sicherungshalter verwendet, diese sind aber im Platinenentwurf noch enthalten und können ignoriert werden.
Wichtiger Hinweis zur Bestückung: Der BS170 ist in der Eagle Bauteilebibliothek (bis mindestens Version 6.2.0) nicht korrekt enthalten, Drain und Source Anschlüsse sind vertauscht. Daher muss der Transistor BS170 nicht wie hier dargestellt, sondern um 180 Grad gedreht eingelötet werden!

In obiger Platine sind die folgenden Anschlüsse vorhanden:

Connector X1 – Power

Hier werden + und – der Stromversorgung/Batterie angeschlossen.

Pin Bedeutung
1 + 5 Volt
2 GND

Connector X4 – Ausgang für Microcontroller

GND und Signalausgang. Zu verbinden mit GND des Mikrocontrollers und einem als Eingang beschalteten Pin des Mikrocontrollers.

Pin Bedeutung
1 Signal Ausgang
2 GND

Connectors F1/F2: Zählrohranschlüße

Hier wird das Zählrohr angeschlossen.

Pin Bedeutung
F1 Anode/+ des Zählrohrs
F2 Kathode/- des Zählrohrs

Das bestückte Board mit Hochspannungsversorgung (oben) und Signalauswertung (unten links). Ein kleiner Lautsprecher ist an den Signalausgang angeschlossen.

Auswertung der Zählimpulse mittels AVR Mikrocontroller

Ein Mikrocontroller wird eingesetzt, um die Impulse zu zählen und in einer nutzbaren Form darzustellen, zum Beispiel Impulse/Minute oder gar Milli-Sievert oder Mikro-Sievert.
Die ganze Schaltung soll in einen vorhandenen Environmental Datalogger integriert werden, so dass auch die Strahlenbelastung durch dem Datalogger mitaufgezeichnet wird.

Der Mikrocontroller hat also die folgenden Aufgaben:

  • Uhrenfunktion, um Sekunden und Minuten al s Zeitintervalle präzise bestimmen zu können  (Verwendung eines Quarzes, Timerfunktion des AVR)
  • Zählen der Impule (Nutzung der externen Triggermöglichkeit eines AVR-Timers) und Umrechnung in einen Sieverts-Wert.
  • Berechung Impulse/Minute, Berechnung Strahlendosis in Sievert nach Formel
  • Option: Um Strom zu sparen, wird die ganze Zählschaltung (HV-Versorgung, Impulsauswertung) nur eingeschaltet, wenn auch gezählt werden soll, also zum Beispiel für 1 Minute alle 10 Minuten)

Die Umrechnung der Impulse pro Zeiteinheit in Sievert (Nano-Sievert) kann anhand der Kenndaten des Zählrohrs vorgenommen werden. Für alle von mir betrachteten Zählrohre können diese Werte, wenn auch mühsam, aus diversen Foren gewonnen werden.

Beim Anschluss des Zählrohrs (genommen habe ich das SBM20) an den Datenlogger wurden noch ein paar Kleinigkeiten angepasst, die hier nicht zu sehen sind

  • Der Datenlogger läuft mit 3,3Volt aus einer Solarzelle gespeist. Dies ist für die Zählrohransteuerung zu wenig. Daher wurde auf der Platine noch eine 5V Spannungsreglung mit 78L05 „manuell integriert“
  • Spannungsteiler am Ausgang um den 3,3V Pegel des Datenloggers zu treffen
  • Entfernen der LEDs und des Speakers zum Stromsparen
  • Ablöten der oben noch sichtbaren Sicherungshalter und Bau eines Zählrohrhalters mit Isolation

Der Komparator erzeugt aus dem Zählrohr Impuls keinen einzelnen Rechteck Impuls.

Ausgangssignals des Komparators für einen Zählrohrimpuls. Es finden sich direkt nach dem eigentlichen Signal noch mehrere sehr kurze Signale

Um den Impuls nur 1x zu zählen, wurde daher eine Totzeit von 2ms eingebaut. Alle Impulse innerhalb dieses Zeitraums nach einer positiven Signalflanke werden als ein Impuls gezählt. Damit kann ich zwar nicht mehr als 1000/4=250 Impulse/s zählen, aber dieser Wert wird in meiner Umgebung hoffentlich nie erreicht.​​​​

Strahlungsquellen zum Testen

Um das Zählrohr auszuprobieren, gibt es verschiedene Möglichkeiten:

  • Armband- oder Taschenuhren mit Leuchtziffern aus radioaktiven Leuchtfarben siehe dazu http://de.wikipedia.org/wiki/Leuchtfarbe:
    • Alte Armband- oder Taschenuhren mit Leuchtziffern. Die Leuchtziffern wurden früher mit radioaktiven Farben gezeichnet (Radium).
    • Neue Uhren mit Leuchtziffern mit Leuchtfarbe auf Tritium-/Promethiumbasis
  • Alte Glühstrümpfe für Gaslampen (Thorium) (http://de.wikipedia.org/wiki/Gl%C3%BChstrumpf)
  • Tritium-Lämpchen („Glowrings“) erhältlich z.B. via ebay
  • Angeblich auch: Sensoren von elektrischen Rauchmeldern (?)

Weiterführende Informationen

Allgemeine Infos zu Zählrohren und Schaltungen:

Beleuchtung für Lomo MBS-9 Stereo Mikroskop

Bei meinem Lomo Mikroskop war die Originallampe nicht dabei. Ich habe daher eine passende Lampe gebaut, die mit 10 superhellen LEDs ausgerüstet ist und mit 6-9 Volt betrieben werden kann.


Beleuchtung am Mikroskop befestigt

 


Ätzvorlage

 


Bestückung

Schaltplan. Je nach verwendeter LED müssen die Widerstände evtl. verändert werden, so dass bei einer gegebenen Betriebsspannung der Maximalstrom für eine LED nicht überschritten wird

Wie macht man eine Platine in der Form einer Kreisscheibe?

Z.B. mit einer feinen Stichsäge oder so wie ich es gemacht habe.
Da ich eine Fräse und einen Drehtisch mein Eigen nenne, kann man die Platine am Mittelpunkt in ein Drehfutter einspannen, das auf dem Drehtisch befestigt ist. Dann kann man einfach durch Kurbeln mit einem Fräser auf den beiden Umkreisen die Platine ausschneiden.


Die Platine wurde im Kreismittelpunkt durchbohrt und ins Drehfutter eingespannt.

Das Drehfutter ist auf dem Drehtisch montiert.

 


Ausfräsen des äußeren Kreises

Nach dem Bestücken wurde experimentiert, wie die Lampe befestigt werden kann. Das Lomo Mikroskop hat einen drehbaren Ring mit einer Öse. Daran habe ich zunächst die Lampe mittels eines Stahlwinkels befestigt.


Erster Befestigungsversuch – die Lampe ragt etwas weit in den freien Raum unter dem Objektiv hinein.

Die LEDs sind in diesem Foto nicht stark genug nach innen gebogen eingesetzt, so dass sie nicht in der Mitte des Objektivbildes fokussieren.

Die LEDs wurden in einem zweiten Durchgang stärker nach innen gebogen, so dass sie ausreichend Licht in der Objektivmitte fokussieren.

Außerdem wurde der Winkel nun auf der anderen Seite der Platine befestigt, so dass die Lampe insgesamt deutlich höher sitzt und nicht mehr in den freien Raum unter dem Objektiv hineinragt.

 

Unten die endgültige Version der Befestigung.

 

Weiterführende Infos

FAG Kugelfischer SV500

Hier ein paar Fotos von einem Geigerzähler SV500 der Firma FAG Kugelfischer. Diese Geräte wurden über viele Jahre in großer Zahl durch die Bundeswehr genutzt.

Das Gerät hat exzellente mechanische Qualität und ist insgesamt ohne Rücksicht auf die Kosten entworfen und gefertigt.

Für das SV500 gibt es unterschiedliche Zählrohre, die je nach Strahlungsart gewechselt werden können. Neben dem internen Zählrohr, das ebenfalls einfach getauscht werden kann, kann ein externes Zählrohr angeschlossen werden.  Dieses kann dann in die Nähe der zu untersuchenden Gegenstände gebracht werden.

Sowohl Nutzerhandbuch als auch „Service-Guide“ des SV500 sind im Internet verfügbar.

Das Gerät verwendet für die beiden hohen Bereiche (1000 rad/h und 50 rad/h) ein anderes Zählrohr. D.h. in dem Zählrohrbehälter sind zwei Zählrohre eingebaut, eines für starke Strahlung und eines für schwächere Strahlung.

Das Gerät zeigt mit dem Messinstrument eigentlich eine Impulsrate an. Die Impulsrate ist über die Zählrohreingenschaften in einen Strahlungsmeßwert umrechenbar. Ich habe durch Ausprobieren ermittelt, daß 1000 rad/h einer Zählrate von rund 130000 Impulsen/s entspricht, 1 mrad/h entspricht rund 8,69 Impulsen/s. Der Hersteller hat aus den ihm vorliegenden Informationen die Skala abgeleitet und das Gerät geeicht. Wenn ein anderes Zählrohr verwendet wird, stimmen die Werte auf der Skala natürlich nicht mehr. Hier muss man sich einen Korrekturfaktor selbst bestimmen.

Im folgenden einige Bilder des Geräts.


Batterie und Sondenbuchse.

 


Anzeige: Auszustand

 

 


Anzeige 0..5 rad/h

Anzeige 0..500 mrad/s

 


Anzeige: 0..50 mrad/h, kombiniert mit 0..2000 imp/min

Anzeige: 0..5 mrad/h, kombiniert mit 0..2000 imp/min

Im folgenden einige Bilder vom Innern des Geräts.


Die Walze hinter dem Messinstrument

 


Sicht auf Bereichsschalter (links unten)

 


Hauptplatine, beidseitig

 

 

 


Sondenbuchse Anschlüsse

 


Drei der 5 Ebenen des Bereichsschalters

 


Trimmer zum Kalibrieren des Gerätes (für 5, 50 und 1000 R/h)

 


Schwellwertmechanik

 


Hauptplatine Bestückung

 


Warnsignal-Platine unter der Hauptplatine

 

 

 

 

 


Abgenommene Gehäuseunterschale

 


Gehäuseunterschale von außen. Sichtbar die Einschübe für internes Zählrohr und Batteriehalter.

 


Gehäuse von unten.

 

Oben Batteriefach, unten Sondenfach ohne Sonde.

Sondensignal

Das Sondenkabel hat einen sehr ungewöhnlichen Stecker. Diesen habe ich entfernt und durch einen Standard-DIN-Stecker aus Vollmetall ersetzt. Für das Kabel gilt folgende Farbbelegung:

Kabelfarbe Bedeutung
Gelb Hochspannung 530 Volt
Braun Masse
Weiß Vcc (3V)
Grau Signal Sonde 1 (Niedrigenergetisch bis 5rad/h)
Grün Signal Sonde 2 (Hochenergetisch) (ab 50 rad/h)

 


Meine DIN-Stecker/Buchsenbelegung. Aufsicht auf Kontaktseite.

Das einzuspeisende Signal wird vom SV500 über einen Kondensator eingekoppelt, der Signaloffset spielt daher keine Rolle. Ich habe als Testsignal ein Rechtecksignal genommen. Dies wird vom Zähler ab ca. 84mV Vpp erkannt. Die folgenden Tests wurden mit 250mV Vpp Rechteck durchgeführt.

Ich habe für alle Bereiche die für die jeweiligen Strahlungswerte erforderliche Frequenz ermittelt. Ermittlung durch Ablesen der Skala und einstellen der Frequenz mit einem Funktionsgenerator. Die Werte sind also nur ungefähr.

Skala 1000 rad/h

Signal an Kabel ‚Grün‘

rad/h Frequenz am Geräteeingang [Hz]
1000 130.000
700 114.000
500 100.000
200 65.720
100 42700
70 33.610
50 26.540
40 22.500
30 17.700

Skala 50 rad/h

Signal an ‚Grün‘

rad/h Frequenz am Geräteeingang [Hz]
50 19.690
40 16.740
30 13.710
20 10.830
10 5.890
5 3.210
3 1.920

Skala 5 rad/h

Signal an Kabel ‚Grau‘

rad/h Frequenz am Geräteeingang [Hz]
5 14.360
2 9.090
1 5.850

Skala 500 mrad/h

Signal an ‚Grau‘

mrad/h Frequenz am Geräteeingang [Hz]
500 3.530
400 2.904
300 2.230
200 1.560
100 783

Skala 50 mrad/h

Signal an ‚Grau‘

mrad/h Frequenz am Geräteeingang [Hz]
50 373
30 237
20 170
10 87
5 49

Skala 5 mrad/h

Signal an ‚Grau‘

mrad/h Frequenz am Geräteeingang [Hz] Rechnerischer Wert aus imp/min berechnet
5 38
4 31
3 23,7 21,6
2 16,7 15
1 8,69 7,3
0,5 4,88

Der Hersteller hat für die 5mrad/h und die 50 mrad/h Skala zusätzlich die Impulse/min mitangegeben. Daraus kann man die notwendige Frequenz auch berechnen. Am Beispiel der 5mrad/h Skala habe ich einige der Werte mit den berechneten verglichen.

Verwendung alternativer Zählrohre am SV500

Die fabrikseitig verfügbaren Zählrohre sind für Gammastrahlung und Gamma/Beta-Strahlung geeignet.

Mit technischem Geschick lässt sich praktisch jedes übliche Zählrohr mit dem SV500 verwenden. Besonders interessant sind dabei hochempfindliche Sonden, die auch Alpha-Strahlen nachweisen können.

„Pancake-Sonden“ sind solche hochempfindlichen Sonden. Sie haben diesen Namen, weil sie nicht in Form eines schmalen Rohres, sondern als flache Scheibe (Pfannkuchen) gebaut werden. Dadurch ist die empfindliche Fläche ein Vielfaches größer als bei einem einfachen Zählrohr.
Das alleine würde aber nicht ausreichen, um Alpha-Strahlen nachzuweisen. Diese werden nämlich bereits durch das normale Glas bzw. Metall des Zählrohrkörpers blockiert. Das Fenster der Pancake-Sonde  besteht daher aus einem speziellen Material (Glimmer) und ist extrem dünn (rund zehn Mikrometer, also 0,01 mm).

Ich habe mir das SV500 ohne Sonde gekauft und dazu eine Pancake-Sonde SI-8B in der Ukraine bestellt. Dort gibt es noch unbenutzte Sonden aus den 80ern und 90ern aus Sowjetproduktion.


SI-8B, mit Blitz fotografiert. Sechs Drahtringe sind zu einer gemeinsamen Anode zusammengeschlossen.

 


Ohne Blitz fotografiert, sieht man interessante Farbeffekte, die die hauchdünne Glimmer-Oberfläche produziert

 

 


Unterseite der Sonde.

SI-8B Anschlussbelegung

Zwischen SV500 Sondenanschluss und dem Zählrohr braucht man eine kleine Adapterschaltung. Diese hat 2 Aufgaben:

  • Aufbereitung der korrekten Hochspannung aus dem 530V-Ausgang des SV500
  • Aufbereitung des Ausgangssignals der Sonde, so dass es vom SV500 genutzt werden kann.

Beispielhaft finden sich solche Adapterschaltungen schon im Service Handbuch des SV500. Eine alternative schöne Schaltung habe ich hier gefunden und nachgebaut.


BILD: Schaltung von http://www.chirio.com/SV500.htm.

Dazu habe ich ein Platinenlayout im Format 57x42mm entworfen.
 


Platinenlayout Ätzvorlage. Platinenmaße 57x42mm.
Achtung: A und K des Zählrohrs sind im Aufdruck leider falsch, nämlich vertauscht!!!

Platinenlayout Bestückung

 


Die Adapterplatine. Sie ist deutlich kleiner als die Sonde und passt unterhalb der Sonde in das Sondengehäuse.

Die mechanisch empfindliche Sonde wird in ein handliches Gehäuse eingebaut. Dieses nimmt im dickeren Teil die Sonde und die Elektronik auf. Das dünnere Teil dient als Handgriff, an dessen Ende befindet sich die erwähnte Vollmetall DIN Buchse für das Verbindungskabel zum SV500.


Rohversion des Sondengehäuses. Die Sonde wird hier zum Testen mit einer Kunststoffscheibe abgedeckt. Später soll dieses durch ein grobes Metallgitter ersetzt werden.

 

 

to be continued

Weiterführendes

 

Mein Lomo MBS-9 Stereo Mikroskop

Für meine SMD-Arbeiten war ich auf der Suche nach einem brauchbaren Mikroskop.

Die Vergrößerung sollte nicht zu stark sein, für SMD Arbeiten sind Werte von 2x bis 10x, vielleicht in Sonderfällen mal 20x sinnvoll. Ich hatte bereits Erfahrungen mit einer Kopflupe, die den Bereich von 1,5-4x abdeckte. Dabei hatte ich gemerkt, dass man nicht wesentlich mehr an Vergrößerung benötigt.

Neue günstigere Geräte lagen mit ihren Vergrößerungswerten bei über 20x, so dass der zusätzliche Kauf weiterer, schwächerer Linsen notwendig gewesen wäre. In Summe kommt dann ein günstiges Mikroskop (ca. 120 Euro) zuzüglich der Linsen (60 Euro) und Versand auf knapp 200 Euro.

Für dieses Geld bekommt man bereits professionelle Gebrauchtgeräte. Deren optische und mechanische Qualität ist normalerweise unvergleichlich besser.

Die russische Firma produziert seit Jahrzehnten hochwertige optische Geräte in Russland, u.a. Teleskope, Mikroskope und Laser.

Auf eBay fand ich ein russisches Mikroskop der Firma Lomo, und zwar mit der aufgedruckten Typenbezeichnung die aussah wie „O?M3-N2“ ( ОГМЭ-П2), das Zeichen unter ? sah in etwa aus wie eine seltsame „7“. Der amerikanische Anbieter inserierte das Gerät unter dem Namen „Lomo M3-N2“. Darunter fand ich aber keine Informationen im Internet. Erst nach Studium des kyrillischen Alphabets kam heraus, dass das Gerät in westlichen Buchstaben „PHAE-P2“ heißt. PHAE-P2 ist aber die Bezeichnung des Objektivkopfs des Lomo MBS-9. Damit stand fest, dass ich ein Lomo MBS-9 erstanden habe. Es fehlen aber einige Teile die bei einem „Standard-„-MBS-9 dabei sind.

Das Mikroskop erlaubt ein Zoomen, man kann die Vergrößerung variieren. Das Okular hat eine Vergrößerung von 8x. Hinzukommen die Vergrößerungen der Linsen mit Werten von 0.6x, 1x, 2x, 4x, 7x. Ich kann also zwischen 4.8x und 56x variieren.

Beim vollständigen MBS-9 sind weitere Linsen dabei, so dass man Vergrößerungen bis über 100x erreichen kann. Dieser Linsensatz ist bei meinem Exemplar nicht mit dabei. Desweiteren fehlen auch Dinge wie Belichtung, Armstützen, Trafo für Belichtung etc. Naja, brauche ich alles nicht wirklich. Vor allem die antike Beleuchtung mit einer 8 Volt Lampe würde ich ohnehin durch eine LED-Beleuchtung ersetzen.

Mit Versand und Zoll und Einfuhrsteuer kommt mein Gerät auf fast genau 200 Euro, liegt damit also auf der selben Höhe wie ein qualitativ weit schlechteres Gerät, das MBS-9 bietet darüber hinaus noch ein bequemes Zoomen an, was das einfachere Neugerät nicht könnte.

Die folgende Tabelle stellt die verschiedenen Vergrößerungen und die eingebaute Skala gegenüber.

Vergrößerung

 

Unit

 

mm

 

0.6 1 1,75
1 1 1
2 1 0,5
4 1 0,25
7 1 1/7mm=0,1

Masse des Tubus: 56mm Durchmesser.


Wenn man eine Digitalkamera direkt auf das Okularloch hält, kann man brauchbare Fotos machen, allerdings mit schwarzer runder „Vignette“

 


Ein anderes Foto, hier innerhalb der Vignette ausgeschnitten

Im folgenden ein paar Bilder vom Mikroskop.

 

 

 


Die Sechskantschraube links ist nicht Original

 


OGME-P2 / PHAE P2
made in CCCP

 

 


Der Kopf wird durch eine Schraube fokussiert und kann so leicht entfernt werden

 

 

 

Weiterführende Infos

Ein Datenlogger mit AVR – Nutzung von Sensoren

Hinweis: Diese Aktivität ist nicht abgeschlossen. Das Dokument beschreibt also den momentanen Stand.

Am AVR können zahlreiche (um nicht zu sagen: zahllose) Sensoren angeschlossen werden. Bei stromsparender Bauweise und Verwendung eines nichtflüchtigen Speichers (großes EEPROM, SD-Karte) können diese Werte über einen langen Zeitraum vom AVR autark gesammelt werden („Data Logger“). Ein bisschen habe ich da auch herumexperimentiert.

Luftdruck und Temperatursensor HopeRF HP03S

Dieser Sensor erfasst Luftdruck und Temperatur als 16-Bit Werte. Er kann mit dem I2C Protokoll  (auch „TWI“, Two Wire Interface genannt) angesprochen werden. Zum Sensor gibt es ein Datenblatt, dass auch die Programmierung darstellt. Allerdings ist das bei HopeRF abgedruckte Programm für 8051-CPUs.


Der Sensor (9,5x9x4,6mm) aus der Nähe. Das Innere ist mit einer gelartigen Masse gefüllt.

Um den Sensor nutzen zu können, muss man ihn elektrisch mit dem AVR verbinden. Ich habe ein Kabel angelötet. Evtl. kann man den Sensor auch direkt auf eine Platine auflöten.


An die sechs Kontakte kann man noch per Hand und ohne Lupe ein Kabel anlöten

Der Sensor wird mit maximal 3,6V betrieben. Man muss also evtl. aus einer 5V-Spannung noch eine geeignete Spannung (also z.B. 3,0 oder 3,3V) ableiten. Er hat einen XCLR-Eingang, der nur während der Messung High sein soll. Außerdem noch einen Masterclock-Eingang MCLK, an den eine Frequenz um 32768Hz anzulegen ist (auch nur während der Messung).  Schließlich noch SDA (Daten) und SCL (Clock) des  I2C-Interfaces um das EEPROM auszulesen.


Die sechs Anschlüsse des Sensors

Ich habe zum Experimentieren 3,0 Volt aus 5 in Serie geschalteten Dioden und einem Vorwiderstand gewonnen, die an +5V anliegen. MCLK, XCLR und SCL sind Leitungen, die nur der AVR beschreibt, daher kann man da die Pegelanpassung mittels zweier Widerstände machen. Der I2C-Bus erfordert, dass die beiden Leitungen mit einem Pullup-Widerstand gegen VCC gelegt sind.

Die SDA-Leitung wird in beide Richtungen genutzt, hier langt ein einfacher Spannungsteiler nicht aus. Man kann sich aber aus zwei Transistoren und drei Widerständen einen schönen Pegelwandler bauen (Erläuterungen dazu hier). Insgesamt ergibt sich das folgende Schaltbild.


Verkabelung zum AVR. Nicht eingezeichnet die beiden Pullup-Widerstände zu 4K7 gegen 3V an den Leitungen SDA und SCL.

Die vier Pins werden an den AVR angeschlossen, ich habe zum Experimentieren folgende Belegung gewählt:

AVR Sensor
PD7 MCLK
PD2 XCLR
PD3 SDA
PD6 SCL

Den Masterclock für den Sensor erzeugt der AVR mit einem Timer, der als PWM-Generator geschaltet ist. Mit einem 16Mhz- bzw. 8Mhz-Quarz bekomme ich nicht genau die Soll-Frequenz, sondern 31372 Hz. Erlaubt laut Datenblatt sind 30..35Khz, also ist meine Frequenz im erlaubten Rahmen.

Es dauerte einige Zeit, bis meine Hardware soweit war, die Calibration Werte auszulesen (hatte erst SDA auch nur mit einfachem Spannungsteiler versucht, was zu Lesefehlern führte). Bei mir kamen im Erfolgsfall folgenden Werte (mehrfache Auslesung):

Environmental Data Logger $Revision: 363 $ 
C1=17837, C2=3189, C3=358, C4=1474, C5=30695, C6=6333, C7=2500. A=7, B=29, C=6, D=11
Environmental Data Logger $Revision: 363 $
C1=17837, C2=3189, C3=358, C4=1474, C5=30695, C6=6333, C7=2500. A=7, B=29, C=6, D=11
Environmental Data Logger $Revision: 363 $
C1=17837, C2=3189, C3=358, C4=1474, C5=30695, C6=6333, C7=2500. A=7, B=29, C=6, D=11
Environmental Data Logger $Revision: 363 $
C1=17837, C2=3189, C3=358, C4=1474, C5=30695, C6=6333, C7=2500. A=7, B=29, C=6, D=11

Aus den Calibration Werten und den eigentlichen Messwerten, die als „raw“ 16-Bit-Werte vorliegen, muss nach einer (ohne Float-Arithmetik) nicht ganz simplem Formel die echten Werte für Temperatur und Luftdruck berechnet werden. Die Formeln sind im Datenblatt angegeben.
(Da der normale Luftdruck auf Meereshöhe eine Art Konstante ist und der Luftdruck mit der Höhe linear abnimmt, kann aus dem Luftdruck und einer passenden Tabelle/Formel übrigens  auch die Höhe des Messorts berechnet werden.)

Bei mir ergaben sich an einem schwülen Tag mit angekündigtem Gewitter (D1 und D2 sind die Raw-Werte, die anderen Werte Zwischenschritte der Umrechnung):

dUT=165
OFF=12774
SENS=17894
D1=41101, D2=30860
Temp=26.5 °Celsius, Pressure=1008.90 hPa (Height ~ 3.0m).
dUT=163
OFF=12773
SENS=17893
D1=41101, D2=30858
Temp=26.5 °Celsius, Pressure=1008.87 hPa (Height ~ 3.0m).

Die Höhe stimmt irgendwie nicht, zugegeben, es müssten um die 120 Meter sein 🙂

Zwei weitere digitale Thermometer, die ich direkt neben den Sensor stelle weichen nur minimal (0.1-0.3 Grad) von dem Messwert des Sensors ab. Die Temperatur stimmt also so in etwa. Genauer kann ich es nicht testen.

Weiterführende Infos

Luftfeuchtigkeitssensor HopeRF HH10D

Von Hope gibt es auch einen Luftfeuchtigkeitssensor, den HH10D. Dieser ist ein kleines Modul bestehend aus einem EEPROM sowie einem Sensor zuzüglich Beschaltung. Die Beschaltung macht aus einem Feuchtigkeitswert einen Frequenzwert. Im EEPROM stehen zwei Kalibrierwerte vom Hersteller.


Ansicht des Sensors HH10D von oben

Der EEPROM-Teil kann via I2C ausgelesen werden, für den Sensor-Teil muss man die entstehende Frequenz messen und mit den Kalibrierwerten in einen echten Messwert umrechnen. Eigentlich wäre es schöner, wenn der Sensor via I2C den Messwert bereitstellen würde, so wie das der HP03s macht. Ist aber nicht so. Die zu messende Frequenz liegt um 7Khz (5-10Khz).


Ansicht des Sensors HH10D von unten. Erkennbar sind das EEPROM und der Spannungs-Frequenz-Konverter. Die Unterseite des Moduls ist vergossen. Die Schnittkante der Platine (oben, unten) ist erstaunlich schlampig ausgeführt (es sieht wie mit der Hand an der Tischkante abgebrochen aus 🙂

Die Nutzung dieses Sensors besteht also darin dass man

  • Zunächst die Kalibrierkonstanten ausliest und dann
  • die Frequenz am Pin FOUT misst.

Mittels eines „Pin Changed“-Interrupts können Signalflankenwechsel an den Eingängen des AVRs erkannt und gezählt werden. Mit einem Timer-Interrupt, der z.B. alle Sekunde eintritt, kann nun der erreichte Zählwert als Frequenzwert des Sensors hergenommen werden.

Bei Experimenten mit einem 8Mhz-getakteten ATmega644, der nebenbei noch diverse Berechnungen machte und via RS232 kommunizierte (aber keine weiteren zeitkritische Interrupts ausführte), konnte ich Frequenzen bis etwa 70Khz sauber vom einem Eingangspin des AVRs lesen. Dies liegt weit über den geforderten maximalen 10Khz des Sensors.

Der HH10D wurde nach erfolgreichem Anschluss in das Logging des Datenloggers integriert. Es muss nur ein zusätzliches Byte mit abgespeichert werden.

Weiterführende Infos

Datenlogger

Nach dem prinzipiellen Anschluss des Sensors HP03s sollte ein Datenlogger entstehen. Designziele waren:

  • Loggen von Temperatur und Luftdruck, später kam noch Luftfeuchte hinzu
  • Speicherplatz für geloggte Daten („Samples“) für einen Zeitraum von mindestens 60 Tagen
  • Stromversorgung durch Akku o.ä. (nicht durch ein Netzteil!) autark für mindestens 60 Tage
  • Auslesen der Daten via RS232 oder USB
  • Nutzung einer Realtime-Clock für das Loggen der Uhrzeit
  • Die Möglichkeit, evtl. weitere Samples zu nehmen, insbesondere Nutzung der ADC-Eingänge des AVRs (Port A)

Aus den Designzielen habe ich abgeleitet:

  • Möglichst geringer Stromverbrauch des Datenloggers
  • Abspeicherung der Samples (Uhrzeit+Temperatur+Luftdruck+…) in einem EEPROM ausreichender Größe

Ein erster Grobentwurf des Dataloggers ist im Bild unten zu sehen. Ein AVR in einem möglichst stromsparenden Betrieb steuert Sensor, RTC (Real Time Clock) und EEPROM an.


Grobschaltbild des Datenloggers mit Sensor, Echtzeituhr und EEPROM (1. Enwurf, später durch ein Design mit 2 I2C-Bussen ersetzt. Das für die Realisierung gewählte EEPROM ist ein 24FC1025 und nicht wie hier im Bild noch beschrieben, ein 24LC1024).

Basierend auf den Designzielen wurde folgendes festgelegt:

  • Ablage der Daten in einem großen EEPROM. Das EEPROM ist ein 128KByte-Typ 24FC1025. Größere EEPROMs, die am I2C-Bus arbeiten, sind mir nicht bekannt.
  • Nutzung eines Realtime Chips (RTC). Die Wahl fiel auf den PCF8583. Vorab wurde bereits die Nutzung des PCF8583 und des EEPROMs am AVR ausprobiert.

Die Anzahl der pro Tag erzeugten Samples ist variabel.

Da ein „Environmental“ Datalogger entworfen wird, sind Temperatur und Luftdruck den natürlichen Gegebenheiten unterworfen. Ein Datalogger für einen Hochofen oder eine Druckkammer hätte mit anderen Wertebereichen zu arbeiten.

Datenplatzbedarf

Annahme: Der Datenlogger nimmt alle 30 Minuten ein Sample vom Sensor. D.h. es werden 48 Samples pro Tag erzeugt.

Abzubildender Temperaturbereich:

Die höchste jemals gemessene natürlich entstandene Temperatur ist +70,7 Grad Celsius (im Iran, 2007), der höchste europäische Wert ist höchstens +50,0 Grad (in Sevilla, Spanien, 1881).
Die niedrigste jemals gemessene natürlich entstandene Temperatur ist höchstens -91,5 Grad Celsius (Antaktis, Wostok-Station, 1997). in Europa höchstens -59,0 Grad Celsius (in Schweden unbestätigt gemessen).
Zu den erwähnten Extremtemperaturen siehe hier.
Mit einem Wertebereich -100…+100 Grad Celsius sind wir also auf der sicheren Seite.

Abzubildender Luftdruckbereich:

Der höchste jemals gemessene Luftdruck beträgt 1085,7hPa (Mongolei, 2001), der niedrigste jemals publizierte Wert beträgt 856hPa (Taifun bei Okinawa, Japan, 1958). Zu diesen Werten siehe hier und hier.
Mit einem Wertebereich 750..1250 käme man also ziemlich gut hin.

Pro Sample müssen folgende Informationen gespeichert werden:

  • Temperatur: Bereich -100 .. +100 Grad Celsius, zwei Nachkommastellen: Ganzzahlanteil 1 Byte, Nachkommaanteil 00..99: 1 Byte, also in Summe 2 Bytes.
  • Luftdruck: Bereich etwa 750..1250, zwei Nachkommastellen.
    Wenn man vom echten Luftdruckwert vor dem Speichern konstant 750 abzieht, kann man mit 9 Bit einen Ganzzahlanteil mit 512 Werten abbilden, also den Bereich 750 .. 1262. Für den Maximalwert 512 benötigt man 2 Bytes, eventuell kann man das 9.te Bit irgendwo anders unterbringen, dann nur 1 Byte. Nachkommaanteil 00..99: 1 Byte, also in Summe 3 Bytes. Evtl. oberstes Bit des 9-Bit Werts des Ganzzahlanteils in oberstem Bit des Nachkommateils mitcodieren, dann wären es in Summe nur 2 Bytes.
  • Zeitstempel: Hier wird z.B. alle 24 Stunden (immer um 0 Uhr) das Datum gespeichert: Jahr, Monat, Tag. Dann werden für die 47 weiteren Samples nur noch gespeichert: Samplenummer ab 1 gezählt.
    Für das Jahr braucht man (beim PCF8583)  2 Bit (0..3), Monat 4 Bit (1..12) und Tag 5 Bit (1..31). In Summe 11 Bit. Dies kann in 2 Bytes abgelegt werden. Für die Folgesamples wird jeweils 1 Byte benötigt, wenn man maximal 256 Samples pro Tag erlaubt oder halt 2 Bytes, dann kann man bis zu 65536 Samples / Tag abbilden.

Damit ergibt sich pro Tag folgender Bedarf (48 Samples / Tag):

1) Annahme: Luftdruck Wert braucht 2 Bytes: (2 Bytes Zeitstempel + 2 Bytes Temperatur + 2 Bytes Luftdruck) + 47 * (1 Byte Samplenummer + 2 Bytes Temperatur + 2 Bytes Luftdruck) = 6+47*5=241 Bytes

2) Annahme: Luftdruck Wert braucht 3 Bytes: (2 Bytes Zeitstempel + 2 Bytes Temperatur + 3 Bytes Luftdruck) + 47 * (1 Byte Samplenummer + 2 Bytes Temperatur + 3 Bytes Luftdruck) = 7+47*6=289 Bytes

Bei 128KByte EEPROM ergibt das in Tagen: 131.072 Bytes/241 = 543 Tage bzw. 453 Tage. Beide Werte sind mehr als ausreichend (Designziel waren 60 Tage).

Abzubildender Feuchte-Bereich

Dies ist mal einfach, es handelt sich um einen Prozentwert 0..100. Evtl. will man noch zwei Nachkommastellen haben, dann kommt ein weiterer Wert 00..99 hinzu. Also ein oder zwei Bytes Speicherbedarf.

Spannungsversorgung

Alle Bausteine hängen am I2C Bus.

Der Sensor wird mit 3,3V betrieben. Das EEPROM und die RTC kann ebenfalls mit 3,3V betrieben werden, ebenso der gewählte AVR ATMega644 (aber nur bis -offiziell- 10MHz Taktfrequenz). Somit wurde entschieden, alles mit 3,3V Versorgungsspannung aufzubauen.

Das Controllerboard ist das bewährte DD Megaboard mit einem 3,3V Spannungsregler LT1117 (statt dem „üblichen“ 7805; der LT1117 wurde gewählt, weil im Fundus vorhanden; der LT1117 ist jedoch eine schlechte Wahl, wenn es um geringen Stromverbrauch geht, siehe weiter unten). Die Schutzdiode vor dem Spannungsregler wurde diesmal durch eine Drahtbrücke ersetzt, um den Spannungsabfall an der Diode zu vermeiden.

Der MAX232CPE kann (inoffiziell) gerade so noch mit 3,3V betrieben werden, dies ist in diversen Foreneinträgen belegt.

Auch ISP funktioniert an 3,3V.

Die extern anliegende Versorgungspannung besteht im Zielbild aus 3-4 Batterien zu je 1,5V, also 4,5V -6,0V.

Stromverbrauch der gewählten Plattform

Nachmessen ergab, dass das DD Megaboard „ohne alles“ (also nur die Stromversorgung mit dem LT1117 3.3 alleine) schon 5,3mA braucht. Bei Betrieb mit Netzteil ist das lächerlich wenig, aber bei Batteriebetrieb schon zu viel.
Ohne das Sensorboard, ohne eingestecktes MAX232 und ohne eingesteckten RS232-Stecker und ohne eingestecktes ISP-Kabel werden 10,7mA verbraucht, d.h. der ATMega 644 verbraucht etwa 5mA bei 8Mhz.
Ein eingesteckter ISP-Stecker erhöht den Stromverbrauch um 0,4mA. Der MAX232CPE erhöht den Verbrauch um weitere satte 5,6mA. Alles zusammen verbraucht 16,7mA (ohne Sensorboard). Eine weitere Reduktion kann nur durch Programmierung des ATMega (Sleep-Modes, Aufwachen nur alle z.B. 10 Sekunden oder auch paar Minuten) erreicht werden.

Der Regler LT1117 3.3 ist nach Datenblatt für eine Anwendung bei minimalem Stromverbrauch definitiv nicht geeignet mit bis zu 5mA Eigenverbrauch. Laut Internet gibt es sparsamere Regler, z.B. den LP2950 in 3,3V Version, mit 75µA Eigenverbrauch, siehe hier: LINK. Ein LP2985 IM5 3,3 (SMD) ist ideal mit unglaublich niedrigen 1µA Ruhestrom.

Wenn der AVR mit set_sleep_mode(SLEEP_MODE_IDLE) und sleep_mode() schlafen geschickt wird, reduzieren sich die oben erwähnten 10,7mA auf 7,4mA. Mein Board braucht selbst wie erwähnt 5,3mA, so dass der AVR also in diesem Zustand nur 2,1mA bei 8Mhz braucht. Laut Quelle (http://www.mikrocontroller.net/articles/Sleep_Mode) soll der AVR bei nur 1Mhz sogar nur 0,3mA brauchen.

Mit einer optimierten Stromversorgung wie dem LP2950 denke ich, dass ohne Änderung der Hardware bei 8Mhz Gesamtverbrauchswerte um 3mA möglich sind. Bei einer Stromquelle, die nutzbare 1000mA liefert können so 333 Stunden überbrückt werden. Dies sind leider nur 333/24 ~ 13 Tage mit dem SLEEP_MODE_IDLE. Das langt aber nicht aus, um die Designziele zu erreichen (60 Tage Betrieb ohne Unterbrechung)

Momentan vorstellbarer Bestfall, wenn die Hardware verändert wird:

  • Die Stromversorgung benötigt 1µA (LP2985)
  • Statt des MAX232CP muß ein Typ verwendet werden, denn man in einen Sleep Zustand versetzten kann. Annahme: Auch dieser Chip verbraucht im Sleepmode nur 1µA
  • Der AVR ist während einer Stunde pro Minute nur 2 Sekunden aktiv, also nur 120 Sekunden in den 3600 Sekunden. Dabei verbraucht er die oben gemessenen 5mA. Pro Stunde sind dies 5000µA*120/3600=167µAh

Im Ergebnis sind dies 169µAh Gesamtverbrauch bei optimalen Annahmen.

Mit 2000mAh NiMh-Zellen, bei denen 1000mAh nutzbar sind (Annahme), kommt man so auf theoretisch 246 Tage (5917 Stunden). Bei solch großen Werten spielt schließlich die Selbstentladung der Akkus eine wesentliche Rolle. Die 60 Tage des Designziels sind aber unter diesen Annahmen sicher erreichbar.

Da mir momentan die entsprechenden Bauteile fehlen (kein passender Spannungsreger, kein abschaltbarer MAX232) mache ich erst mal mit dem weiter was ich habe. Ich kann den Datenlogger auch an eine vorhandene Solarzelle anschließen, die eine weit höhere Leistung liefert als der Datalogger braucht.

Interferenzen des Sensors HP03s mit anderen I2C Geräten

Ich habe ein EEPROM, eine RTC (Realtimeclock, PCF8583) sowie den genannten Sensor an einem I2C Bus betrieben. Dabei traten öfter Störungen auf. Das Auslesen der RTC war, wenn der Sensor gleichzeitig am Bus angeschlossen war, nicht zuverlässig. Variation der Bus-Pullup-Widerstände (an 3,3V Bus von 2K2 auf 1K gesenkt) brachte keine Verbesserung. Analysen mit dem Oszilloskop zeigen, dass das Acknowledge der RTC einen zu geringen Hi-Pegel hat, wenn der Sensor angeschlossen ist. Konkret waren es ohne Sensor ~2,4V, mit Sensor nur noch 1,78V. Dies langt zur Erkennung als HI nicht aus (Daumenregel: LO=weniger als 0,3*VCC, HI=mehr als 0,7*VCC). Herumsuchen in Foren brachte keine weiteren Erkenntnisse. Selbst wenn der Sensor softwaremäßig nicht angesprochen wird, funktioniert das Auslesen der RTC nicht immer (!). Nach drei Tagen Herumprobieren entschied ich mich dazu, das Design des Sensorboards zu ändern: Es gibt nun zwei getrennte I2C-Busse:

  • Einen für den/die Sensoren (Software Implementierung)
  • Einen für RTC und das EEPROM (Hardware-Implementierung)

Nach Änderung der Hardware können nun die drei Geräte (RTC, Sensor HP03S, EEPROM) sauber verwendet werden. Das Hardware-Design ist bereits vorbereitet, um den Luftfeuchtesensor HH10D aufzunehmen.


Schaltbild Sensorboard. Der Wannenstecker oben links dient der Verbindung mit dem AVR, die beiden Wannenstecker in der Mitte dem Anschluss der Sensoren HP03s und HH10D.

Verbindung AVR<->Sensorboard

AVR Pin AVR Pin Bedeutung Sensorboard Wannenstecker Pin Sensorboard Pin Bedeutung
PB3 OC0A PWM Generator Output 4 MCLK von HP03s
PC0 1 SCL (Hardware I2C)
PC1 2 SDA (Hardware I2C)
PC2 3 XCLR von HP03s
PC4 5 SCL2 (Software I2C)
PC5 6 SDA2 (Software I2C)
PC6 7 FOUT von HH10D
9 GND
10 VCC (3,3V)

 


Bild: DD Megaboard rechts, in der Mitte das Sensorboard und ganz links der Sensor HP03s.

 


Das Sensorboard aus der Nähe. Auf dem Sensorboard ist die RTC und das EEPROM sowie die Sicherungsbatterie zu sehen.

I2C Adressen

Die I2C Adressen der einzelnen Bausteine müssen eindeutig sein.

Baustein I2C Adresse Bus Kommentar
Hope HP03s 0xA0 SW Adresse nicht änderbar
Hope HH10 0xA2 SW Adresse nicht änderbar
EEPROM 24FC1025 0xAx11x HW Alternativen möglich (A0,A1,A2)
PCF8583 0xA2 HW Alternativen möglich (A0)

Hier kollidieren die Adressen von RTC und dem Luftdrucksensor. Da beide Bausteine an verschiedenen Bussen liegen, macht dies aber nichts. Über meist vorhandene Adressleitungen A0,A1,A2,… kann die Basisadresse eines I2C Bausteins variiert werden. Dies ist bei den beiden Sensoren nicht möglich, deren Adressen sind fix.

RTC PCF8583 geht viel zu schnell (läuft viel zu schnell)

Bei den ersten Tests zeigte es sich, dass die RTC PCF8583 viel zu schnell lief. Und zwar etwa eine Stunde in 4 Stunden, also satte ~20% zu schnell.

Nachforschen im Datenblatt und in Foren brachte die Erkenntnis, dass direkt an den Pins VCC und GND ein Kondensator zum Abblocken der hochfrequenten Störsignale aus der Versorgungsspannung benötigt wird. Ich hatte im Design einen 100n-Kondensator vorgesehen, diesen aber leider nicht direkt am PCF8583 platziert. Ich habe dann zur Nachbesserung einen 10uF-Kondenstator direkt an die Pins des Chips gelötet (Platinenunterseite). Danach war die Uhr sehr genau (in einem Tag ca. 12 Sekunden Abweichung). Ein weiteres Feintuning muss mit einem 20pF-Trimmer erfolgen (im Datenblatt beschrieben). Diesen Trimmer habe ich zur Zeit noch nicht an der Uhr. Die Datenlogger-Software erlaubt es aber, die Zeit direkt neu einzugeben, somit kann ich mit dem momentanen Zustand und einer leichten Gangabweichung nach einigen Wochen vorübergehend leben.

Weiter

– Einbau in Gehäuse

Betriebssoftware

Für den Datenlogger wurde eine kleine Software geschrieben. Diese ist mittels doxygen in den Sourcen dokumentiert. Die mit doxygen generierte Dokumentation ist unter folgendem Link als Kopie vorhanden:

Dokumentation, erzeugt mit doxygen (Englisch)

Format der Datenausgabe

Im folgenden ein Auszug eines Datendumps:

<dump> 
<header>
 Environmental Data Logger $Revision: 625 $
 number of samples per day: 144
 oldest sample with complete timestamp: 12.01. 16:10
 newest sample with complete timestamp: 11.02. 12:40
 samples in total: 4180
 eeprom start byte: 0x000006
 eeprom end byte: 0x00b3a1
 total bytes in eeprom: 45980
 <date>11.02.</date>
 <time>12:44:15</time>
</header> 
<logdata>
 <log type="long">12.1. 16:10 18.5 1006.40 56.0</log>
 <log type="long">12.1. 16:20 19.2 1006.37 56.9</log>
 <log type="long">12.1. 16:30 19.7 1006.40 56.3</log>
 <log type="long">12.1. 16:40 12.4 1006.9 59.1</log>
 <log type="long">12.1. 16:50 9.1 1005.62 63.6</log>
 <log type="long">12.1. 17:00 7.8 1005.56 65.5</log>
 <log type="long">12.1. 17:10 7.4 1005.56 65.8</log>
 <log type="long">12.1. 17:20 7.1 1005.43 65.7</log>
 <log type="long">12.1. 17:30 7.0 1005.46 65.5</log>
 <log type="long">12.1. 17:40 7.0 1005.43 65.2</log>
 ...
 <log type="long">10.2. 22:50 -9.5 1018.21 34.8</log>
 <log type="long">10.2. 23:00 -9.5 1018.18 34.7</log>
 <log type="long">11.2. 12:40 21.6 1018.9 48.8</log>
<statistics> 
 <temp-min>-14.0</temp-min>
 <temp-max>21.6</temp-max>
 <pressure-min>987.53</pressure-min>
 <pressure-max>1020.87</pressure-max>
 <moisture-min>19.4</moisture-min>
 <moisture-max>78.0</moisture-max>
</statistics>
</logdata>
</dump>

I2C Debugging

Da der I2C Bus nur aus zwei Leitungen besteht, kann man die Aktivitäten auf dem Bus noch gut mit einem Speicher-Oszilloskop mit zwei Eingängen ansehen.

Viele Oszilloskope haben einen externen Triggereingang, den man irgendwo in der Schaltung anklemmt, wo ein Signal zur Verfügung steht, dass als Start-Trigger geeignet ist. Die beiden Eingänge werden dann an SDL und SDA gelegt. Wenn das Oszilloskop eine große Speichertiefe hat, kann man nun das Oszilloskop auf „Single“ Trigger eingestellt und das Trigger-Event herbeigeführt. Danach steht die Geschichte um das Trigger-Event herum im Oszilloskop-Speicher. Man kann nun hineinzoomen, bis man die einzelnen Bits auf den beiden Leitungen sieht. Durch sorgfältiges Abzählen kommt man so auf die Bits und die Bytes.

Ein Datenbit wird in I2C immer bei einer steigenden SCL-Flanke übernommen.

Verwendung des Mikroskops Bresser Biolux AL

Das Mikroskop wird regelmäßig von Lidl angeboten. Laut Internet-Foren hat es eine gute Qualität für den Preis von ca. 60 Euro. Es wird mit einer Videokamera geliefert, die man via USB an den Computer anschließen kann. Mein OpenSuse Desktop hat die Kamera nicht eingebunden, aber mein Acer Netbook mit Linux4One hat die Kamera sofort erkannt. Die folgenden Bilder habe ich mit den mitgelieferten Mustern sowie ein paar Tropfen Aquarienwasser gemacht. Die Kamera liefert für Standbilder 640×480 und für Video 320×240.

Zu den untigen Bildern gibts auch einen Film, in dem man die Tierchen im Aquarienwasser schön sehen kann.
Film: Was quirlt und krabbelt da im (Aquarien-)wassertropfen?


Fliegenbein 1


Fliegenbein 2 – Der Fuß


Fliegenbein 3 – Detail des Fußes


Fliegenbein 4 – Details der Behaarung


Ein unbekanntes Objekt im Aquarienwasser


Das unbekannte Objekt in groß


Ein Fragment von etwas, vielleicht einer Alge


Ein Tierchen (siehe Video)


Eine winzige Pflanze, auf der kleine Tierchen leben (siehe Video)


Ein merkwürdiges Gebilde, das auch bewohnt ist (siehe Video)


Ein weiteres Tierchen, das sich mit einem Fuß an Gegenstände anhaften kann und sich damit auch fortbewegt (siehe Video)

Hier Aufnahmen von einem weiteren der dem Mikroskop beiliegenden Beispiele, ein Querschnitt durch einen kleinen Zweig einer Pflanze.


10x Vergrösserung, Übergang vom Inneren zur „Rinde“


40x Vergrösserung, Teil der „Rinde“


40x Vergrösserung, Der äussere Rand der Rinde

Infos zur Kamera unter Linux

Hier ein paar Ausgaben, die Infos zur Kamera des Mikroskops liefern. Soweit ich aus den Internet Foren erkennen kann, gibt es verschiedene Karema-Typen, die verschiedene Treiber brauchen. Mein Kikroskop wurde im Dezember 2009 bei Lidl gekauft. Die Infos wurden mit OpenSuse 11.1 gewonnen.

Nach Einstecken bringt dmesg:

usb 8-2: new high speed USB device using ehci_hcd and address 2
usb 8-2: configuration #1 chosen from 1 choice                
usb 8-2: New USB device found, idVendor=093a, idProduct=2800 
usb 8-2: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=0
usb 8-2: Product: USB2.0_Camera                                 
usb 8-2: Manufacturer: PixArt Imaging Inc.                      
uvcvideo: Found UVC 1.00 device USB2.0_Camera (093a:2800)       
input: USB2.0_Camera as /devices/pci0000:00/0000:00:1d.7/usb8/8-2/8-2:1.0/input/input5
usbcore: registered new interface driver uvcvideo                                    
USB Video Class driver (v0.1.0)

          
Ausgabe von xawtv im hardware scan Modus:

dennis@socraggio:~> xawtv -hwscan
This is xawtv-3.95, running on Linux/x86_64 (2.6.27.29-0.1-default)
looking for available devices                                     
port 275-306                                                      
    type : Xvideo, image scaler                                   
    name : NV17 Video Texture                                     
port 307-338
    type : Xvideo, image scaler
    name : NV05 Video Blitter 
/dev/video0: OK                 [ -device /dev/video0 ]
    type : v4l2
    name : Hauppauge WinTV PVR-150
    flags:  capture tuner
/dev/video1: OK                 [ -device /dev/video1 ]
    type : v4l2
    name : USB2.0_Camera
    flags:  capture

Aha, die Mikroskop-Kamera ist video1. Unter Video0 ist eine TV-Karte (Haupage WinTV PVR-150) im Rechner.

Als Treiber lädt OpenSuse:

dennis@socraggio:~> lsmod|grep vid
uvcvideo               56512  0
hwmon_vid               3080  1 it87
compat_ioctl32          8520  2 uvcvideo,ivtv
videodev               35328  4 uvcvideo,tuner,ivtv,compat_ioctl32
v4l1_compat            14220  2 uvcvideo,videodev
nvidia               8148328  26
i2c_core               35296  12 tuner_simple,tda9887,tda8290,wm8775,cx25840,tuner,ivtv,i2c_algo_bit,v4l2_common,tveeprom,nvidia,i2c_i801
usbcore               195712  4 uvcvideo,ehci_hcd,uhci_hcd

–> der ucvideo Treiber ist der richtige, wie ein Check in der Kompatibilitätsliste von http://linux-uvc.berlios.de/#devices zeigt:
Mit der Geräte-Id (aus dmesg ablesbar) von 093a:2800 erhält man folgende Aussage:

93a:2800        DealExtreme USB 2.0 Camera      
Pixart Imaging          SUPPORTED

Hm.  Sollte also gehen. Start von  xawtv -nodga -device /dev/video1 (-nodga da die NVidia-Module keinen DGA beherrschen) bringt leider nur:


dennis@socraggio:~> xawtv -nodga -device /dev/video1
This is xawtv-3.95, running on Linux/x86_64 (2.6.27.29-0.1-default)
xinerama 0: 1600x1200+1600+0
xinerama 1: 1600x1200+0+0
X Error of failed request:  XF86DGANoDirectVideoMode
  Major opcode of failed request:  137 (XFree86-DGA)
  Minor opcode of failed request:  1 (XF86DGAGetVideoLL)
  Serial number of failed request:  13
  Current serial number in output stream:  13
v4l-conf had some trouble, trying to continue anyway
ioctl: VIDIOC_G_STD(std=0x7fffe602d234 [PAL_G,PAL_I,PAL_D,PAL_N,NTSC_M,?,?,SECAM_D,(null),(null),(null),(null),(null),(null),(null),(null),(null),(null),(null),(null),(null),(null),(null),(null),(null),(null),(null),(null)]): Das Argument ist ungültig
ioctl: VIDIOC_S_STD(std=0x0 []): Das Argument ist ungültig
ioctl: VIDIOC_DQBUF(index=0;type=VIDEO_CAPTURE;bytesused=0;flags=0x0 [];field=ANY;;timecode.type=0;timecode.flags=0;timecode.frames=0;timecode.seconds=0;timecode.minutes=0;timecode.hours=0;timecode.userbits="";sequence=0;memory=unknown): DasArgument ist ungültig
ioctl: VIDIOC_DQBUF(index=0;type=VIDEO_CAPTURE;bytesused=0;flags=0x0 [];field=ANY;;timecode.type=0;timecode.flags=0;timecode.frames=0;timecode.seconds=0;timecode.minutes=0;timecode.hours=0;timecode.userbits="";sequence=0;memory=unknown): Das Argument ist ungültig

Und dann kommt ein schwarzes Bild, dass ich auch nicht mittels xawtv Controls aufhellen kann.

dennis@socraggio:~> lsusb -d 093a:2800
Bus 008 Device 002: ID 093a:2800 Pixart Imaging, Inc.

Und jetzt? Mit OpenSuse komme ich erst mal nicht weiter.

Mein Netbook erkennt die Kamera allerdings sofort, und das Capture-Program „cheese“ von Linux3One erlaubt es, Fotos und Filme von der Kamera zu holen.
Damit wurden alle Bilder und der Film auf dieser Seite erzeugt.

OpenEEG

OpenEEG (http://openeeg.sourceforge.net/doc/) ist ein Open Source Projekt, um Gehirnwellen am PC sichtbar zu machen.

Aus diesem Bemühungen ist unter anderem eine Art „Produkt“ entstanden, das „ModularEEG“ heißt. ModularEEG besteht aus einem Hardware-Teil und einem Software-Teil.

Der Hardware-Teil besteht wiederum aus einem analogen und einem digitalen Teil.

Der analoge Teil ist im wesentlichen ein hochempfindlicher Verstärker und Filter um die Gehirnwellen aufzunehmen und die zahllosen Störsignale wegzufiltern.

Der digitale Teil basiert auf einem AVR-Mikrocontroller. Dieser besitzt einen 6-Kanal D/A-Wandler und wandelt die vom Analogteil kommenden Signale in digitale Daten um. Außerdem versteht er noch ein paar Kommandos. Der AVR wird gesteuert durch eine Firmware, der ModularEEG Firmware. Diese wird in den AVR mittels ISP hineingeladen. Die Firmware liegt als C-Sourcecode vor. Die Kommunikation zwischen dem AVR und dem PC erfolgt via RS232. Auf der PC-Seite ist dazu ein steuerndes Programm erforderlich. Es existieren unterschiedliche Programme, die die ModularEEG Hardware nutzen.

Die OpenEEG Hardware

ModularEEG wird auf zwei Platinen aufgebaut. Auf einer ist die gesamte hochempfindliche analoge Elektronik, auf der anderen der digitale Teil mit steuerndem AVR Mikrocontroller.

Die Platinen für  ModularEEG kann man fertig bestellen bei der bulgarischen Firma Olimex (http://www.olimex.com/gadgets/index.html).

Die Bauteile für ModularEEG sind zum Teil ziemlich speziell, bei Reichelt kriegt man aber fast alles.

Der Aufbau der Hardware ist auf der OpenEEG Website ausführlich beschrieben (Dokumente „Preparing to build the circuit boards“ und „Building the ModularEEG, Abschnitt Assembly).

Die Funktionsfähigkeit der Hardware kann man anhand mehrerer Tests verifizieren, wenn die Firmware auf den Controller geladen worden ist.

Firmware für den Controller

Die Firmware Source, die man aus dem Internet herunterladen kann (Stand 2009) wurde seit langem nicht weiterentwickelt und lässt sich mit aktuelleren avrlibc-Versionen nicht mehr übersetzen. Es handelt sich bei den problematischen Stellen aber nur um geänderte/weggefallene Makroschreibweisen, ich habe zwei Dinge korrigiert:

  1. Schreibweise des Makros „BV()“ in die neuere Variante „_BV()“ geändert, wo es im Sourcecode vorkam
  2. Am Anfang der Datei folgende Defines hinzufügen:
    // for compatibility purposes, support for old makros
    #define       inp(port)   (port)
    #define       outp(val, port)   (port) = (val)
    #define       inb(port)   (port)
    #define       outb(port, val)   (port) = (val)
    #define       sbi(port, bit)   (port) |= (1 << (bit))
    #define       cbi(port, bit)   (port) &= ~(1 << (bit))

Dann lies sich modeeg-p2.c übersetzen. (dies ist Version 2 der Firmware; Version 3 liegt auch bei, habe ich aber nicht weiter betrachtet, da Electric Guru nur mit Version 2 zurechtkommt) Außerdem liegen fertige HEX-Dateien für Version 2 und 3 bei, so dass man auch gar nicht kompilieren muss.

Platine des Analogteils am Anfang der Bestückung
Fertig bestückte Analogplatine. Oben ist der Connector zu sehen, mit dem beide Platinen verbunden werden.
Fertig bestückte Digitalplatine. Unten der Connector, mit dem beide Platinen verbunden werden, oben der ISP Connector zum Programmieren des AVRs.

Funktionstest nach vollendeter Bestückung des Digitalteils und nach Einladen der Firmware. Der AVR produziert ein Rechtecksignal mit 14 HZ Frequenz. Dieses Signal kann gemessen werden. Wenn es produziert wird, war das Hochladen der Firmware erfolgreich.

Laut Oszillograph ist der Test erfolgreich. Das Signal ist vorhanden und die Frequenz stimmt. Dieses Signal wird auf der Analogseite als Signal zur Kalibrierung verwendet. Dort hat es allerdings nur noch 250µV Amplitude, um die Verstärker nicht zu überfahren.
Hier sind die beiden Platinen miteinander verbunden, und erste Tests der Gesamtfunktion laufen.
Hier das Ganzmetallgehäuse, das Störstrahlungen abmildert. Die Verdrahtung der Platinen mit den Gehäuse-Anschlüssen ist noch nicht erfolgt.
Gehäuse mit aufgesetztem Deckel.
Gehäuse, nun bereits verdrahtet. Die ursprünglichen Buchsen wurden durch andere ersetzt, da die ursprünglichen Buchsen von einer gemeinsamen Masse ausgingen.

dito.

Damit ist die Hardware schon mal testbar. Die Elektroden fehlen noch.

Erste Experimente mit der Software

Im folgenden wurde die Hardware via seriellem Kabel mit dem PC verbunden. Mangels unterstützender Linux-Software habe ich die Software „Electric Guru“ für Windows genommen. Ich habe Windows XP in einer VM laufen und die serielle Schnittstelle von Linux bis in die VM durchgeschaltet, so dass auch Windows auf diese Schnittstelle zugreifen kann. Funktioniert gut.

Die sehr hohe Empfindlichkeit der Hardware zeigt sich schon darin, dass bei fehlender Abschirmung die Störstrahlung im Raum durch Telefon, Netzleitung, Handy etc. massiv sichtbar sind. Die folgenden beiden Bilder zeigen dies beeindruckend.

Oben: So sehen die Signale aus, wenn der Deckel des Metallgehäuses abgenommen wird (Es sind keine Elektroden angeschlossen). Das erkannte „Hauptsignal“ ist zugestopft mit Störstrahlung.

… und so, wenn der Deckel aufliegt. Die Störstrahlung kommt nicht mehr durch.

Kalibrieren der Hardware

Wenn die Hardware funktioniert und die Firmware läuft, muss die Hardware zunächst kalibriert werden. Dieser Vorgang ist ebenfalls auf der OpenEEG Website ausführlich beschrieben. Ich empfehle das Dokument „ModularEEG Testing Tips“, Abschnitt „Troubleshooting, Testing, and Calibration“.

Es geht u.a. darum, den Signalpegel des Analogteils so einzustellen, dass die PC-Software (hier: ElectricGuru) das Signal so bekommt, wie sie es erwartet. Dazu muss die Amplitude eingestellt werden. Die beiden folgenden Bilder zeigen beispielhaft die Situation vor und nach dem Kalibrieren für einen (den unteren) Kanal.


Kalibrieren („Coarse Trim“) der Hardware. Es liegt im unteren Kanal das oben schon erwähnte Testsignal (Rechteck, 14Hz, hier nur noch 250µV Amplitude) an. die Amplitude muss justiert werden. Der obere Kanal läuft „frei“ vor sich hin.

Bild nach dem Kalibrieren. Die Amplitude ist eingestellt (sie soll zwischen den Werten 256 und 768 oszillieren)

Weiter Bau der Elektroden

Weiterführende Links

Das „Elektro-Mofa“ Solo Electra 720 (Zerlegung)

Die Solo Electra 720 war das erste serienmäßig hergestellte elektrifizierte Mofa der Welt. [Wikipedia_Solo_Electra]

Die Energiekrise 1972, bei der vorübergehend eine Ölknappheit in Europa auftrat, hatte zufolge, dass Autos an Wochenenden (oder waren es nur Sonntage) nicht auf Autobahnen fahren durften, um so insgesamt weniger Benzin zu verbrauchen. Die Wirtschaft sollte nicht getroffen werden, und am Wochenende wurden so im wesentlichen nur Privatfahrten verboten.

Die Energiekrise versetze dennoch die Europäer in einen leichten Schockzustand, denn plötzlich stand im Raum, dass das sorglose und wunderbar billige Wegkonsumieren des begrenzten Rohstoffs Erdöl schlagartig zuende sein könnte.

Von den großen Herstellern kam auch damals keinerlei Reaktion, den es ist -wie man immer wieder sieht- üblich, dem Endkunden bis zum bitteren Ende aussterbende Technologie zu verkaufen. Erst wenn es gar nicht anders geht, z.B. wegen Gesetzgebung, werden alternative Konzepte plötzlich zu Marktpreisen angeboten.

Kleinere Hersteller waren da flexibler und wendiger und boten zeitnah neue Mobilitätskonzepte an. So gab es von der Firma „Solo Kleinmotoren“ die hier beschriebene Solo Electra 720. Auch Herkules brachte ein Fahrzeug in Serienroduktion (Hercules E1 Accu Bike), die Firma Kynast vermarktete ein Gerät namens EMO 374 und von Quelle wurden Nachbauten der Solo Electra unter dem Namen „Mars“ angeboten ([Wikipedia_Solo_Electra]). All dies direkt in Folge der Energiekrise.

Die OPEC-Staaten boten bald wieder günstiges Erdöl. Damit verschwand der Druck, neue Energiekonzepte weiter zu verfolgen und die genannten Fahrzeuge verschwanden schnell wieder vom Markt.

Von der „Solo Electra 720“ wurden 2800 Exemplare verkauft. Wegen der geringen Reichweite und der geringen Endgeschwindigkeit wird es nicht viele Fans dieses Fahrzeugs gegeben haben. Man muss davon ausgehen, dass zahlreiche der gebauten Exemplare sehr früh verschrottet wurden. Das heisst, es gibt heute nur noch wenige Exemplare der Solo Electra.

Technische Daten

Mangels Handbuch etc. alle Daten zusammengesammelt aus dem Internet

Räder: Sie wurden auch auf der Solo 725, 726 und Solo 740 verbaut. Gilt auch für baugleiche Mars Modelle.Evtl. auch Herkules Citymofa.
Solo Electra, Baujahr 1973.

Hersteller Solo Kleinmotoren.

Vmax 25 km/h, Mofa-Zulassung, Reichweite laut Hersteller: 35km

Motor Bosch 850 Watt = 1,16 PS (laut Fahrzeugpapieren, im Internet findet man aber auch oft 500 Watt als Motorwert), 24 Volt. Motor treibt Hinterachse mittels Keilriemen. Zusätzlich sind Trittpedale vorhanden, mit denen ebenfalls die Hinterachse -wie beim Fahrrad- angetrieben werden kann.

Motorsteuerung: keine vorhanden, (nur Ein/Ausschalter statt kontinuierliche Regelung mittels Gasgriff). D.h. man gibt entweder Vollgas oder gar kein Gas…

2 Batterien: Im Original Autobatterien Blei, 44AH (50AH?), 12V

Beleuchtung vorn und hinten.

Simplex-Trommelbremsen vorn und hinten

Teleskopfederung vorn und hinten

Felgen 10 Zoll,  „10×3,00“

Reifen: …

Gewicht ohne Batterien lt. Hersteller: 30 KG

Gewicht Originalbatterien: 37 KG

Neupreis 1973: 1054,50 DM + 99,90 DM für das Ladegerät.

Aufladungen der Akkus bis Austausch: 200 Mal

ebay-Bilder

 

 

 


765,6 Km bei Übernahme

 

 


Gemäß Typennummer ist dies folgende Batterie: Spezialakku für Antrieb&Beleuchtung Panther 12V 50Ah 954006000 / 95406

 

 


Die BERGA-Batterie-Anleitung ist da, allerdings wurden die Batterien irgendwann durch andere ersetzt, siehe weiter oben.

 

 


24V Ladegerät, immerhin schon mit Ladestromregelung.

 

 

Diverse Ansichten

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Zustand nach einem Vormittag Zerlegung

 


Zustand nach einem Vormittag Zerlegung

 

Stoßdämpfer hinten

 

 

 

 

 

 

 

Sattel und Gepäckträger

 


Nachträglich angebrachte Anhängerkupplung!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Elektrik

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Motor und Keilriemen

Motor

Bosch GPA24 V Typ „0130 302 001“

Daten zu dem Motor habe ich nicht gefunden, aber zu einem ähnlichen Modell das wohl noch lieferbar ist (750W, GPA24V „0130 302 014“).

In den Datenblättern kann man sehen, dass dieser Motor bis zu 1200 Watt bei bis über 150 Ampere verbrauchen kann, sicher nur kurzzeitig.

Handgemessen (2 Pol Messung mit Fluke FM27): 0,5 Ohm Widerstand.

Keilriemen

Der Keilriemen ist wie folgt bezeichnet:

optibelt / Solo 00 57 163

auf der Innenseite findet sich noch folgende Einprägung:

00 30 11

Gemessen ist der Keilriemen 9,2mm breit und 6,5mm hoch. Die Länge ist ca. 745mm außen. Innen wären das 704mm. Mein Keilriemen ist leider schon brüchig, muss also auch demnächst ersetzt werden.


Gut sichtbar: Die Fliehkraftkupplung

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hinterrad, Ketten

Eine Kette für den Motorantrieb, eine Kette für die Tretpedale.


Antriebskette links

 

 


Kettenschloß

 

 


Kettenschloß der Tretkette

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Schutzblechbefestigung hinten

 

Hinterradschwinge

Achtung: beim Wiedermontieren muss der Hauptständer bereits an der Schwinge angebracht sein, wenn die Schwinge eingebaut wird. Wenn man das vergisst, bekommt man die lange Schraube, welche die beiden Teile verbindet und auch das lange Führungsrohr nicht nachträglich in die vorgesehene Öffnung, da die Kettenscheibe und die Riemenscheibe des Motors im Weg sind.


Oben Hinterradschwinge, unten eingeklappter Hauptständer.

 


Diese Schraube ist beim Lösen leider abgebrochen. Sie hält das Schutzblech an der Schwinge.

 

 


Schwinge mit Kettenspanner (Bildmitte) und Hauptständer (rechts)

 


Die Mutter fixiert die lange Schraube und das Führungsrohr, mit dem der Ständer an die Schwinge angebracht ist.

 

 

 

 

 

 


Feder, die den Hauptständer beim Fahren eingeklappt hält

 


Der Gumminippel stoppt den einklappenden Ständer sanft. Ist leider arg verschlissen.

 


Lösen der langen Schraube, die Ständer und Schwinge verbindet

 

 

 

 

 


Ausstoßen des Führungsrohrs im Innern der Bohrung

 


Rückholfeder, Führungsrohr, Gumminippel, lange Schraube.

 

Kettenspanner an Hinterradschwinge

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tretlager, Antriebswelle, Rollenlager etc.

Die Antriebswelle wird in sieben Nadellagern  vom Typ HK1616 (Rollenlager) gelagert. Unter der genannten Typenbezeichnung sind diese Nadellager im Handel erhältlich.

  1. 2 x Lager in Rahmen links (Motorriemenscheibensseite), 2 Lagerdichtungen
  2. 2 x Lager in Motorriemenscheibe, 2 Lagerdichtungen
  3. 2 x Lager in Hinterachsschwinge, 2 Lagerdichtungen
  4. 1 x Lager in Rahmen rechts (Tretzahnradseite), 2 Lagerdichtungen

Rollenlager: Außendurchmesser 22,0, Achsendurchmesser 16,0 , Tiefe des Lagers: 15,7mm.
An Vorder- und Hinterseite jedes Lagers ist zusätzlich ein Teil in die Lagerbohrung eingedrückt, dass ich mangels eines besseren Wortes mal „Lagerdichtung“ (oder Lagermanschette?) nenne. Vermutlich dichtet dieser Ring das Lager gegen Wasser und Schmutz nach außen ab.
Es besteht aus einem Stahlring, in den ein weicher Kunststoffring eingelassen ist. An den Stellen, wo zwei Lager direkt nebeneinander liegen, ist nur an den Außenseiten der Lager eine solche Dichtung montiert).

Für eine Sandstrahlreinigung und Pulverbeschichtung müssen die Lager auf jeden Fall entfernt werden, da die Pulverbeschichtung teilweise bei über 200 Grad durchgeführt wird und dann die Plastikteile der Lager zerstört werden würden.

Die Lager lassen sich mittels Hammer und einem passenden Aufsatz aus den Bohrungen ausschlagen. Ein passender Aufsatz ist z.B. eine Schlüsselnuss, bei mir ist eine 14er Nuss ideal.
Die Lager in der Hinterachsschwinge können so leider nicht ausgeschlagen werden, weil sie von innen nach außen ausgetrieben werden müssen. Hierzu habe ich einen sehr großen Schraubenzieher als Treibwerkzeug verwendet. Allerdings sieht man nach dem Austreiben mit dem Hammer dann leider doch Beulen an den Lagern.

 

 

 

 


Lager, hier mit aufliegendem Dichtring

 


Rechts die beiden Lager Dichtringe.

 


Hinterachsschwinge

 

 

 

 


Lager Typ HK1616

 

 

 


Unterlegscheiben für den Dorn, der die Tretachse mit dem Tretzahnrad verklemmt: 2 größere Scheiben, darauf eine kleinere Scheibe. Hier nur die beiden größeren Scheiben zu sehen.

 


Die Motorantriebsscheibe. Die beiden Nagellager sind erkennbar. Eine dicke und eine dünne Unterlegscheibe liegen rechts bzw. links an der Scheibe an.

 

 


Anordnung der unterschiedlich dicken Unterlegscheiben auf der Achse

Lenker und Seilzüge

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Gasgriff

 

 


Öse für Gaszug

 


Seilzug Durchführung

 


Handbremshebel rechts und seine Seilzugführung

Vorderrad

 

 

 

 

 

 


Gebrochenes Gewinderohr…

 


Tachowelle

 

 

 


Lösen der Schrauben

 

 

 

 

 

 

 


Reifentyp: 3-10 Ciclomotore. 3 meint 3 Zoll Breite, 10 meint 10 Zoll Durchmesser.

 

 

Lenkkopflager, Stoßdämpfer vorn

 

 


Stoßdämpfer. Der Stoßdämpfer mit dem Zapfen links.

 


Die obere Abdeckplatte wird von zwei Schrauben und der Lenkkopfabdeckmutter gehalten. Unter dem Lenkkopflager finden sich zwei Metallringe mit 25,25mm Durchmesser. Die Schrauben haben je eine Unterlegscheibe oberhalb und unterhalb der Abdeckplatte.

 


Abdeckplatte von unten

 


32er Schlüsselweite erforderlich

 

 


Hier die zwei übereinanderliegenden -angerosteten- Unterlegscheiben

 

 


Hier ist die Abdeckplatte abgenommen. Eine der beiden unteren Unterlegscheiben der Schrauben ist am oberen Stoßdämpfer zu sehen.

 

 

 


Oberes Kugellager

 

 


Unteres Kugellager

 


Das untere Lager ist bereits etwas korrodiert, lässt sich aber später durch Putzen noch retten.

 

 


Blick auf den Schlossbolzen des Lenkradschlosses

 

 


Blick ins Innere des Ladegeräts.

Neuaufbau

In eigener Datei: hier beschrieben

Solo Electra 720, E-Mofa, E-Bike, E-Scooter (Neuaufbau)

Neuaufbau


Lenkerteile nach Reinigung

 


Stoßdämpfer vorn vorher und nachher

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Alle Teile frisch vom Sandstrahlen und Pulverbeschichten.

 

 

 


Lageröffnungen und Gewinde sind alle mit Schrauben und Scheiben geschützt, so dass ihnen Sandstrahlen und vor allem das Beschichten nichts ausmacht.

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Anbringen der Lenkgabel

 

 

 

 


Testweise Eintreiben der Antriebswelle. Geht ganz leicht, einfach in die Kugellager einschieben.

 

 


Aufschrift auf dem Keilriemen

 


Aufschrift innen

 


Mit Riemenscheibe und Hinterradschwinge

 

 

 


Mit Tretzahnrad

 

 


Motor teilmontiert

 

 

 


Gepäckträger, Stoßdämpfer

 

 

 

 


Zwischenstand

 

 

 


Lenker und Schutzbleche

 

 

 

 


Hauptschalter, Thermosicherung

 

 


Räder! Hier noch mit den original Speichen Rädern

 

 


Ständer ist noch lose…

 

 

 

 

 

 


Die gerade eingetroffenen Gussfelgenräder nach dem Abduschen beim Trocknen…

 

 


Neue Polklemmen

 


Steht erstmalig wieder auf eigenen Rädern!!! Seilzüge sind auch wieder dran.

 

 


Eine grundgereinigte Kette. Reinigung mit Schleifvliesplatte.

 


Viel anzuschrauben ist nicht mehr übrig…

 

 


Zwischenstand. Elektrik wird wieder verkabelt.

 

 

 

 

 

 


Hinterrad bleibt erstmal das alte, ich weiß nämlich (noch) nicht wie man das Pedaltretzahnrad vom alten aus neue Rad bringt.

 


Das neue Vorderrad.

 

 


Fast fertig 🙂

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Tachogeber. Der ging schwer und wurde daher gereinigt und geölt.

 

 


Alle Schrauben, Muttern und Unterlegscheiben wurden gegen gleiche V2A oder V4A Schrauben Edelstahl getauscht. Das hier sind die alten rostigen Teile.

Diverses

Verbrauchsanzeige bis 130 Ampere

Random Elekto Facts

Stromverbrauch Leerlauf

Folgende Verbräuche wurden gemessen:

Antriebselemente Verbrauch
(1): Motor alleine bei 25,0V 77W, ca. 3,1A
(2): (1)+Riemen+Riemenscheibe 180W
(3): (2)+Kette+Hinterrad 205W, ~8,5A

Daraus ergibt sich:

Antriebselement Verbrauch
Motor 77W
Riemen+Riemenscheibe 103W
Kette+Hinterrad 25W

Der Verbrauch des Motors scheint ok, die 25W für Kette + Hinterrad sind geradezu gering. 103Watt und damit 50% der Leerlaufleistung gehen in Riemen und Riemenscheibe verloren. Da die Scheibe eher leichtgängig ist, wird vermutet dass der Riemen selbst fast alle Energie frisst.

Batterien

Batterie 12V/50Ah: 12*50Wh=600Wh = 0,6Kwh.

Zwei Batterien speichern also 1,2Kwh Energie.

Nach Solo kann man mit der Solo Electra 35-40km fahren, braucht also theoretisch 30-34 Wh/km, wenn die Akkus total leergefahren werden. Die Fliehkraftkupplung verhindert ein Weiterfahren bei stark gesunkener Akkuspannung. Wenn dieser Mechanismus nur 60% aus dem Akkus herausfährt (Annahme) werden 18..20Wh/km verbraucht.

Checke: Wann / bei welcher Spannung kuppelt die Fliehkraftkupplung aus? Wieviel % sind dann noch im Akku enthalten?

Nutzung eines Kondensators zur Beschleunigung

1 Farad 1F = 1VA/s also 1As bei 1V = 1/3600 Ah bei 1V

1As bei 12V entsprechen 12F.

1As bei 24V entsprechen 24F.

Somit entspricht 1Ah bei 1V dem Wert von 3600F. Für 12V bräuchte man also 12*3600= 43.200F:

1Ah bei 12V entspricht einem Kondensator von 43.200 Farad mit Nennspannung 12V

Idee: Umformung der Bremsenergie und Speicherung in Kondensator. Annahme: dies sei möglich und ein Kondensator kann mit einer Bremsung ausreichend geladen werden.

Wenn man den Beschleunigungsvorgang für 5s mittels Kondensator ausführen will, um die Batterie von diesen Hochstromphasen zu entlasten, braucht man 5 Sekunden lang einen (angenommenen) Durchschnittsstrom von 40A bei der Solo Electra. Man braucht also 5*40As = 200As Energie für die Beschleunigung – bei 24V.

Für 200As bei 24 V braucht man 200 * 24F = 2400 Farad.

Leider sind handelsübliche Super-Caps (Kondensatoren mit sehr großer Kapazität) nicht für 12V erhältlich, sondern eher für 2,5V bei 50F. Man bräuchte also 50 Stück parallelgeschaltet für 2500F bei 2,5V und 200 Stück für 10000F bei 2,5V. Werden zwei Kondensatoren 5000F/5V hintereinandergeschaltet, ergibt sich ein Kondensator von 2500F/10V. Zwei solcher Kondensatoren in Serie geschaltet ergeben 1250F bei 20V. Wenn man sich mit 20V zufrieden gibt (statt 24) braucht man also rund  4*200=800  Einzelkondensatoren zu 50F/2,5V. Bei einem Ungefährpreis von  2 Euro pro Stück (ein Rabatt für die riesige menge ist schon drin) kostet der benötigte Kondensator satte 1600 Euro. Hm.

Rückführung der Bremsenergie

Nutzung anderer Motortypen

Verwendung eines Motorcontrollers statt An/Aus-Steuerung

Hier beschrieben

Weiterführende Infos