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SmartCable - zur kostengünstigen Ankopplung von Sensoren

bulletSmartCable
bulletBeispiel Ultraschall- Messung
bulletBeispiel Temperaturmessung

 

SmartCable
Sensoren können recht weit vom Rechner entfernt sein. SmartCable ist eine ideale Art der Verbindung zwischen BrainCells und Sensoren. Über ein zweiadriges Kabel, das bis zu 100m lang sein kann, ist es möglich:

bulletden Sensor mit Energie zu versorgen
bullethochpräzise Messungen durchzuführen
bulletdas Kabel auf Kurzschluss oder Unterbrechung zu prüfen
bulletSensorparameter in ein serielles EEProm auf dem Sensor zu speichern
bulletSensorparameter aus dem seriellen EEProm auszulesen
bulletDie Stromaufnahme des Sensors zu messen
bulletDie Temperatur des Sensors zu messen
bulletEinstellelemente (EEPots, DAC's) zu bedienen

Alles, was man als Interface braucht ist beidseitig ein Komparator (z.B. LM393), ein Treiber mit offenem Kollektorausgang (z.B. 75471) und einige Widerstände sowie sensorseitig ein Schieberegister.
Angesteuert wird die Leitung über einen offenen Kollektor- Treiber z.B. durch einen der TPU- Ausgänge des Mikrocontrollers 68332. Das Empfangssignal gelangt von der Leitung über den Komparator auf einen TPU-Eingang. Das Referenz- Signal für den Komparator wird als Pulsbreiten Signal von einem weiteren der 16 TPU-Kanäle geliefert.

Wir haben die unterschiedlichsten Mikroprogramme für die TPU entwickelt, mit deren Hilfe man die SmartCable zur Erfassung der unterschiedlichsten Messgrößen nutzen kann. Das Spektrum reicht bis zur Ansteuerung analoger Modems durch die TPU.
Das beschriebene  Prinzip der Übertragung von Digitalsignalen nutzen wir auch bei sehr hochwertigen Sensoren, die nicht zweiadrig aufgebaut werden können.
Die Ansteuerung von SmartCable kann auch in ein FPGA integriert werden, wenn eine TPU nicht zur Verfügung steht.

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Beispiele:

BrainCell mit Sensorelektronik, Leckfühler smartcable.jpg (15830 Byte)

Einige Komponenten, die zur Messung mit Smart-Cable entwickelt wurden.


Ultraschall- Messung

Ultraschall Sensoren messen die Zeit zwischen Ausstrahlen eines Ultraschallsignals und dem Eintreffen des Echos.
Bei Füllstandsmessungen, wird das gleiche Bauteil abwechselnd als Sender und Empfänger verwendet. Dies führt dazu, dass kurze Distanzen nicht gemessen werden können, da das Echo bereits eintrifft wenn der Sender noch schwingt. Die meisten Hersteller geben daher eine Totzone an, die etwa 10% der Gesamtentfernung beträgt.
Da diese Totzone stört (wer möchte den Behälter nur wegen der Messung 10% größer machen?), messen wir die Restenergie des Schwingers nach der Sendung und entregen ihn aktiv. Zudem haben wir den Schalltrichter speziell geformt, so dass der Abstrahlwinkel sehr klein wird.
Dadurch wird es möglich, die mit üblichen  Methoden nicht messbaren  kurzen Abstände zu messen. Wir erreichen über SmartCable Messbereiche von 5cm bis 10 m.

Temperaturmessung über SmartCable

Der Trick ist, in dem Sensor Spannungspegel in Zeiten umzuformen. Bei einer Temperaturmessung startet man mit Hilfe eines TPU- Impulses eine Rampe im Sensor. Die Rampenspannung wird auf einen Komparator gegeben. Der zweite Eingang des Komparators ist die zu messende Spannung (hier die Brückenspannung einer Temperatur- Messbrücke). Bei Erreichen der Vergleichsspannung wird ein Echo über SmartCable an die TPU zurückgegeben. Diese kann die Zeit innerhalb der das Echo zurückkommt und damit die Temperatur quarzgenau ermitteln.
 

Preiswerter kann man eine hochgenaue Messung kaum durchführen. Ein besonderer Vorteil ist der, dass sich alle analogen Bauelemente im Sensorkopf befinden. Temperaturdriften können dadurch in die bei einem PT100/ PT1000 Widerstand sowieso erforderliche Linearisierungstabelle mit aufgenommen werden. Die Linearisierungstabelle kann während dem Kalibrierungsvorgang in einem seriellen EEProm im Sensorkopf abgelegt werden. Die Werte werden beim Systemstart durch die TPU gelesen und der CPU als LookUp- Tabelle übergeben.

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Stand: 19. August 2007 Technische Änderungen ohne Ankündigung jederzeit vorbehalten.