Ultraschall-Füllstandsmesser USF 1000 - ELV
Ultraschall-Füllstandsmesser USF 1000 - ELV
Ultraschall-Füllstandsmesser USF 1000 - ELV
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Bau- und Bedienungsanleitung<br />
<strong>Ultraschall</strong>-<strong>Füllstandsmesser</strong><br />
Allgemeines<br />
Viele werden das Problem kennen: Sie<br />
haben im Garten eine Zisterne, die zum<br />
Auffangen des Regenwassers genutzt wird.<br />
Nach einer längeren Phase ohne Regen ist<br />
nicht mehr bekannt, wie viel Wasser in der<br />
Zisterne verblieben ist, nachdem aus dieser<br />
immer wieder Wasser zur Rasenbewässerung,<br />
zum Blumengießen oder für sonstige<br />
Dinge entnommen wurde.<br />
Aus diesem Grund wurde der <strong>Ultraschall</strong>-<br />
<strong>Füllstandsmesser</strong> <strong>USF</strong> <strong>1000</strong> entwickelt.<br />
Dabei sind Messeinheit <strong>USF</strong> <strong>1000</strong> S und<br />
Anzeigeeinheit <strong>USF</strong> <strong>1000</strong> E in zwei ge-<br />
<strong>USF</strong> <strong>1000</strong><br />
Best.-Nr.: 61045<br />
Version 5.0,<br />
Stand: August 2005<br />
Der hier vorgestellte <strong>Füllstandsmesser</strong>, der mittels <strong>Ultraschall</strong> arbeitet, eignet sich für die<br />
einfache und exakte Bestimmung der Füllmenge in einer Gartenzisterne, einem Wassertank<br />
oder einem ähnlichen Flüssigkeitsbehälter. Die Messdaten werden von der<br />
Messeinheit zur Anzeigeeinheit, die in zwei getrennten Gehäusen untergebracht sind,<br />
mittels eines Funksenders übertragen. Durch den Batteriebetrieb beider Einheiten ist die<br />
Montage ohne großen Aufwand durchführbar und eine aufwändige Kabelverlegung entfällt.<br />
trennten Gehäusen untergebracht, wodurch<br />
die Anzeigeeinheit an einem beliebigen<br />
gewünschten Ort platziert werden kann.<br />
Die Messdaten werden durch die Messeinheit<br />
mittels Funk zur Anzeigeeinheit übertragen,<br />
so dass die Montage sehr einfach<br />
wird und aufwändige Kabelverlegungen<br />
entfallen.<br />
Das eigentliche prinzipielle Verfahren<br />
zur Ermittlung des Füllstandes ist recht<br />
einfach. Ein <strong>Ultraschall</strong>sender sendet kurze<br />
<strong>Ultraschall</strong>signale aus. Der Schall bewegt<br />
sich in der Luft (20 °C) mit einer<br />
Geschwindigkeit v von 344 m/s. Trifft die<br />
Schallwelle auf einen Gegenstand (in diesem<br />
Fall die Wasseroberfläche), wird die-<br />
Technische Daten: <strong>USF</strong> <strong>1000</strong><br />
Allgemein<br />
Betriebsfrequenz: ........... 868,35 MHz<br />
Modulation: ..................... AM, 100 %<br />
Reichweite: ............... 100 m (Freifeld)<br />
Messintervall: ... Normalbetrieb 0,5 h,<br />
Testbetrieb ca. alle 3 s<br />
<strong>USF</strong> <strong>1000</strong> S<br />
Messbereich:..................... 0,1–2,50 m<br />
Spannungsversorgung:<br />
3 x 1,5-V-Micro<br />
Abm. (B x H x T): ... 115 x 165 x 65 mm<br />
<strong>USF</strong> <strong>1000</strong> E<br />
Spannungsversorgung: ...... 9-V-Block<br />
Abm. (B x H x T): ...142 x 58 x 23 mm<br />
1
Bau- und Bedienungsanleitung<br />
se reflektiert und kehrt in Richtung des<br />
Senders zurück. Mit Hilfe eines Empfängers,<br />
der in der Nähe des Senders angebracht<br />
ist, kann so der Abstand zum Gegenstand<br />
ermittelt werden, indem einfach<br />
die Zeit gemessen wird, die vom Aussenden<br />
des Schallwellenimpulses vom Sender<br />
bis zum Registrieren der reflektierten<br />
Welle am Empfänger vergeht.<br />
Die Wegstecke s des Schalls lässt sich<br />
mittels folgender Formel berechnen:<br />
Die Zeitdifferenz zwischen ausgesendeten<br />
und ankommenden Schallwellenimpulsen<br />
gibt die Zeit wieder, die der Schall vom<br />
Sender zum Medium (Wasseroberfläche)<br />
und vom Medium zum Empfänger benötigt.<br />
Da Sender und Empfänger auf gleicher<br />
Höhe montiert sind und wir nur daran<br />
interessiert sind, wie groß der Abstand<br />
vom Sender zum Medium ist, muss in der<br />
Formel der Faktor „ 1 /2“ berücksichtigt werden,<br />
oder anders formuliert, die gemessene<br />
Zeitdifferenz muss, bevor sie in die Formel<br />
eingesetzt wird, halbiert werden:<br />
Bedienung und Funktion<br />
Nach der Installation und der Inbetriebnahme<br />
des <strong>USF</strong> <strong>1000</strong> findet die Bedienung<br />
ausschließlich an der Anzeigeeinheit<br />
<strong>USF</strong> <strong>1000</strong> E statt. Es stehen hier zwei<br />
Taster zur Verfügung, wobei der Taster<br />
mit der Bezeichnung „OK“ nur bei der<br />
Einprogrammierung der Wassertankmaße<br />
und eines einstellbaren Offsetwertes relevant<br />
ist. Im Betriebsmodus wird durch den<br />
Taster „MODUS“ zwischen der Anzeige<br />
des Wasserinhalts in Liter und der Anzeige<br />
in Prozent, bezogen auf das Gesamtvolumen,<br />
gewechselt.<br />
Um eine möglichst lange Batterielebensdauer<br />
zu erhalten, sind die Sendeeinheit<br />
der Messeinheit und die Empfangseinheit<br />
der Anzeigeeinheit nur alle halbe Stunde<br />
kurz in Betrieb, d. h. die angezeigten Daten<br />
am Display der Anzeigeeinheit werden im<br />
0,5-h-Raster aktualisiert.<br />
Jede halbe Stunde wird von der Messeinheit<br />
die Zeitdifferenz zwischen ausgesendeter<br />
Schallwelle und ankommender<br />
Schallwelle ermittelt und durch das Sendemodul<br />
zur Anzeigeeinheit übertragen. Bevor<br />
die Zeitdifferenz übertragen wird, überprüft<br />
die Messeinheit den Zustand ihrer<br />
Batterien. Sind diese kurz vor der Entladung,<br />
wird auch diese Information zusätzlich<br />
zur Zeitdifferenz an die Anzeigeeinheit<br />
übermittelt.<br />
2<br />
Nachdem die Anzeigeeinheit die Daten<br />
der Messeinheit erhalten hat, erfolgt die<br />
Verarbeitung. Mittels der eingegebenen<br />
Zisternenmaße wird die vorhandene Litermenge<br />
und die prozentuelle Größe, bezogen<br />
auf das Gesamtvolumen, berechnet<br />
und am Display je nach ausgewähltem<br />
Modus angezeigt.<br />
Damit der Füllstand bzw. die Wassermenge<br />
im Wassertank berechnet werden<br />
kann, müssen vor der Inbetriebnahme die<br />
Maße der Zisterne eingegeben werden.<br />
Dazu ist vom normalen Betriebsmodus in<br />
den Programmiermodus zu wechseln. Dieser<br />
wird erreicht, indem beide Taster für<br />
ca. 3 s betätigt werden. Im Programmiermodus<br />
leuchtet im Display die „1“ auf.<br />
Diese signalisiert, dass zur Zeit der Volumenkörper<br />
1 aus Abbildung 1 ausgewählt<br />
ist. Entspricht dieser Körper der gewünschten<br />
Form, kann dies durch ein 2 s langes<br />
Drücken der OK-Taste bestätigt werden.<br />
Entspricht der gewünschte Volumenkörper<br />
eher dem Körper 2 oder 3 aus der Abbildung,<br />
kann zu diesem gewechselt werden,<br />
indem die MODUS-Taste entsprechend<br />
betätigt wird. Bei Volumenkörper 2 leuchtet<br />
am Display die „2“ und beim Volumenkörper<br />
3 leuchtet entsprechend die „3“ auf.<br />
Wird die MODUS-Taste erneut betätigt, wird<br />
zurück zu Volumenkörper 1 gewechselt.<br />
Ist durch die MODUS-Taste ein Volumenkörper<br />
ausgewählt worden, kann dieser<br />
durch die Betätigung der OK-Taste<br />
bestätigt werden, um danach die Maße des<br />
Körpers einzugeben. Bei Körper 1 und 2 ist<br />
das zunächst die Messhöhe h und anschließend<br />
der Durchmesser d bzw. die Länge L,<br />
bei Körper 3 sind die Messhöhe h, die<br />
Breite b und die Tiefe T anzugeben. Nach<br />
dem Wechsel zur Einstellung der Körpermaße<br />
werden im Display drei Nullen und<br />
das Maß, das gerade aktuell einzustellen<br />
ist, durch die entsprechenden Abkürzungen<br />
(h, d, L, b, T) am rechten Displayrand<br />
angezeigt (die Reihenfolge der Eingabe ist<br />
unbedingt zu beachten!).<br />
Die Eingabe erfolgt in Zentimeter, wobei<br />
maximal eine Größe von 999 cm an der<br />
V=<br />
d<br />
h<br />
2 d<br />
4 h . .<br />
h<br />
Bild 1: Auswählbare Volumenkörper<br />
L<br />
V= . h . L<br />
2<br />
4<br />
Anzeigeeinheit eingestellt werden kann<br />
(nicht bei h (699 cm) und nicht beim Offset<br />
(99 cm)). Im Display blinkt immer die<br />
Ziffer auf, die mittels der MODUS-Taste<br />
von „0“ bis „9“ veränderbar ist. Durch eine<br />
kurze Betätigung der OK-Taste kann zur<br />
nächsten Ziffer gewechselt werden, um hier<br />
den gewünschten Wert einzustellen. Sind<br />
alle drei Stellen für die Maßangabe wie<br />
gewünscht eingestellt, wird durch ein etwa<br />
2 s langes Drücken der OK-Taste zur nächsten<br />
Maßangabe gewechselt. Hier ist die<br />
Vorgehensweise für die Eingabe identisch.<br />
Ist bei der Eingabe ein Fehler unterlaufen,<br />
kann durch das wiederholte Betätigen<br />
der OK-Taste zu jedem beliebigen Stellenwert<br />
zurückgekehrt werden. Wenn alle<br />
Maße eingetragen sind (für Körper 1 und 2<br />
sind das zwei, für Körper 3 drei), wird<br />
durch die Betätigung der OK-Taste für<br />
ca. 2 s in den Offsetmodus gewechselt. Hier<br />
besteht die Möglichkeit, einen Offsetwert<br />
einzustellen, der von der ermittelten Messhöhe<br />
abgezogen wird. Dadurch besteht nicht<br />
der Zwang, den Sensor unbedingt unmittelbar<br />
an der „100 %“-Marke anzubringen.<br />
Durch ein erneutes Drücken der OK-Taste<br />
für 2 s wird zurück in den Betriebsmodus<br />
gewechselt, und der <strong>USF</strong> <strong>1000</strong> E ist funktionsbereit.<br />
Es ist zu beachten, dass der<br />
Einstellungsmodus unbedingt vollständig<br />
zu durchlaufen ist, da sonst die eingestellten<br />
Werte nicht übernommen werden. Es<br />
ist zwar nicht möglich den Einstellungsmodus<br />
durch eine Tastenkombination vorzeitig<br />
zu verlassen, allerdings wird automatisch<br />
in den Betriebsmodus zurückgewechselt<br />
ohne die veränderten Daten zu<br />
übernehmen, wenn während der Einstellung<br />
innerhalb von 30 s keine Taste betätigt<br />
vorgenommen wird.<br />
Hatte die Anzeigeeinheit neben der Zeitdifferenz<br />
die Information bekommen, dass<br />
die Batterien der Messeinheit nahezu entladen<br />
sind, wird im Display zusätzlich zu<br />
der Liter- oder Prozentangabe noch „Bat“<br />
und am rechten Rand „S“ (für <strong>USF</strong> <strong>1000</strong> S)<br />
eingeblendet. Sind statt der Batterien der<br />
Messeinheit die Batterien der Anzeigeein-<br />
Körper 1 Körper 2 Körper 3<br />
h<br />
b<br />
V= h . b . T<br />
T
Bild 2: Schaltung der Messeinheit<br />
<strong>Ultraschall</strong>-<br />
Sender<br />
<strong>Ultraschall</strong>-<br />
Empfänger<br />
US2<br />
US1<br />
3 x 1,5V Micro<br />
BAT1<br />
BAT2<br />
BAT3<br />
ST1<br />
ST2<br />
+UA<br />
R5<br />
56K<br />
R6<br />
10K<br />
ST3<br />
ST4<br />
+UB<br />
R8<br />
120K<br />
R9<br />
1K5<br />
IC1<br />
C1<br />
C2<br />
100n<br />
SMD<br />
5<br />
4 &<br />
6<br />
B<br />
CD4093<br />
1n<br />
SMD<br />
10<br />
IC1<br />
&<br />
C<br />
8<br />
9<br />
C7<br />
100n<br />
SMD<br />
R10<br />
10K<br />
C8 +<br />
10u<br />
16V<br />
Versorgungsspannung<br />
C23 + C24<br />
10u<br />
16V<br />
Amplitudenverdopplung<br />
R7<br />
100K<br />
BC848<br />
C10<br />
+UA<br />
+3V<br />
T2<br />
R11<br />
1K<br />
C11 +<br />
IN IC2<br />
HT-7130<br />
OUT<br />
GND C25<br />
100n<br />
SMD<br />
CD4093<br />
Batteriespannungsüberwachung<br />
C9<br />
100p<br />
SMD<br />
1<br />
2<br />
3<br />
IC3<br />
12<br />
10p 13<br />
SMD<br />
D<br />
14<br />
TLC274<br />
+<br />
+<br />
-<br />
10u<br />
16V<br />
R12<br />
15K<br />
C12<br />
heit nahezu entladen, wird statt dem „S“<br />
ein „E“ (für <strong>USF</strong> <strong>1000</strong> E) am rechten Rand<br />
eingeblendet.<br />
Schaltung<br />
In der Abbildung 2 ist die Schaltung der<br />
Messeinheit und in der Abbildung 3 ist die<br />
Schaltung der Anzeigeeinheit dargestellt.<br />
10p<br />
IC1<br />
& A<br />
100n<br />
SMD<br />
1<br />
2<br />
11<br />
CD4093<br />
IC1<br />
&<br />
D<br />
13<br />
12<br />
CD4093<br />
R13<br />
1K<br />
C13<br />
+3V<br />
C26 +<br />
10u<br />
16V<br />
R2<br />
3K3<br />
Funkmodul<br />
+3V<br />
HFS1<br />
+Ub<br />
C14<br />
100p<br />
SMD<br />
+UB<br />
T1<br />
R14<br />
1K<br />
C15 +<br />
PD1<br />
BC848<br />
Data<br />
GND<br />
HFS868<br />
Sender<br />
IC3<br />
5<br />
6<br />
B<br />
7<br />
TLC274<br />
+<br />
+<br />
10p<br />
-<br />
SMD<br />
10u<br />
16V<br />
R3<br />
1K<br />
R4<br />
100R<br />
C3<br />
C16<br />
10p<br />
10n<br />
SMD<br />
Signalverstärkung<br />
PB3<br />
20 kHz<br />
R15<br />
10K<br />
R25<br />
1K<br />
L1<br />
BCW66H<br />
T4<br />
R16<br />
1K<br />
3300uH<br />
Stand-by Ein/Aus<br />
C17<br />
+UA<br />
R24<br />
10R<br />
D1<br />
C18<br />
100p<br />
SMD<br />
C27 +<br />
R17<br />
1K<br />
C19 +<br />
100u<br />
16V<br />
D2<br />
LL4148<br />
C28 + D3<br />
LL4148<br />
R28<br />
1K<br />
IC3<br />
10<br />
9<br />
C<br />
8<br />
TLC274<br />
+<br />
+<br />
10p<br />
-<br />
SMD<br />
10u<br />
16V<br />
R18<br />
10K<br />
C20<br />
10p<br />
220u<br />
16V<br />
40 kHz<br />
C4<br />
27p<br />
SMD<br />
Spannungserzeugung<br />
UB<br />
Es soll zunächst mit der Beschreibung der<br />
Schaltung in Abbildung 2 begonnen werden,<br />
um anschließend mit der Schaltung<br />
der Anzeigeeinheit fortzufahren.<br />
Die Schaltung der Messeinheit lässt sich<br />
im Wesentlichen in drei Schaltungsteile zerlegen,<br />
den Teil zum Senden des <strong>Ultraschall</strong>signals,<br />
den Teil zum Empfangen des <strong>Ultraschall</strong>signals<br />
und den Teil, der für die Erzeu-<br />
ZPD12V<br />
32.768 kHz C5<br />
R26<br />
100K<br />
R27<br />
56K<br />
BC848<br />
Q1<br />
T5<br />
R19<br />
1K<br />
C21<br />
T6<br />
1<br />
2<br />
PD1<br />
PB3<br />
JP1<br />
27p<br />
SMD<br />
100p<br />
SMD<br />
BC858C<br />
C29<br />
R20<br />
330K<br />
R21<br />
220K<br />
C30<br />
10p<br />
SMD<br />
+UB<br />
R29<br />
100K<br />
C22<br />
+UB<br />
100n<br />
SMD<br />
3<br />
2<br />
A<br />
1<br />
TLC274<br />
+<br />
+<br />
10p<br />
-<br />
SMD<br />
14<br />
IC1<br />
CD4093<br />
7<br />
R22<br />
1M<br />
IC3<br />
C31<br />
IC4<br />
23<br />
29<br />
PC0 ADC0 /RESET PC6<br />
24<br />
PC1 ADC1<br />
25<br />
PC2 ADC2<br />
26<br />
4<br />
PC3 ADC3 VCC<br />
27<br />
6<br />
PC4/ADC4/SDA VCC<br />
28<br />
18<br />
PC5 ADC5 SCL AVCC<br />
19 20<br />
ADC6<br />
AREF<br />
22<br />
ADC7<br />
30<br />
PD0 RXD<br />
31<br />
PD1 TXD<br />
32<br />
PD2 INT0<br />
1<br />
PD3/INT1<br />
2<br />
PD4 XCK T0<br />
9<br />
PD5 T1<br />
10<br />
PD6 AIN0<br />
11<br />
PD7 AIN1<br />
12<br />
PB0 ICP<br />
13<br />
PB1 OC1A<br />
14<br />
PB2 SS OC1B<br />
15<br />
3<br />
PB3 MOSI OC2 GND<br />
16<br />
5<br />
PB4 MISO<br />
GND<br />
17<br />
21<br />
PB5 SCK AGND<br />
7<br />
PB6 XTAL1 TOSC1<br />
8<br />
PB7 XTAL2 TOSC2<br />
<strong>ELV</strong>04430<br />
Mikrocontroller<br />
Komparator<br />
100n<br />
SMD<br />
R23<br />
1K<br />
Spannungsstabilisierung<br />
4<br />
IC3<br />
TLC274<br />
11<br />
R1<br />
10K<br />
C6<br />
BC848<br />
C32<br />
+3V<br />
T3<br />
100n<br />
SMD<br />
100n<br />
SMD<br />
gung der Betriebsspannung notwendig ist.<br />
Die Betriebsspannung der Messeinheit<br />
ist durch drei in Reihe geschaltete Micro-<br />
Batterien gegeben. Durch den Spannungsregler<br />
IC 2 und die Kondensatoren C 23<br />
bis C 26 wird eine stabilisierte 3-V-Spannung<br />
erreicht. Mit Hilfe dieser Spannung<br />
werden der Microcontroller IC 4 und der<br />
Sender HFS 1 betrieben.<br />
3
Bau- und Bedienungsanleitung<br />
Um den Batteriezustand zu überprüfen,<br />
wird die Kollektor-Emitter-Spannung über<br />
den Transistor T 2 in regelmäßigen Zeitabständen<br />
gemessen. Dazu wird der Emitter<br />
durch den Controller auf Masse gezogen,<br />
und entsprechend der Batteriespannung<br />
wird die Kollektor-Emitter-Spannung die<br />
Sättigungsspannung des Transistors annehmen<br />
oder im Bereich der Versorgungsspannung<br />
liegen. Die Widerstände R 5 bis<br />
R 7 sind so ausgelegt, dass der Transistor<br />
T 2 nicht mehr ausreichend durchschaltet,<br />
wenn die Batteriespannung einen Wert von<br />
ca. 3,5 V unterschreitet. Dies wird vom<br />
Mikrocontroller registriert, worauf dieser<br />
ein entsprechendes Signal an die Anzeigeeinheit<br />
sendet.<br />
Damit der <strong>Ultraschall</strong>empfänger US 1<br />
das durch den <strong>Ultraschall</strong>sender US 2 erzeugte<br />
Signal hinreichend stark empfangen<br />
kann, muss die Amplitude des Anregungssignals<br />
an den Anschlüssen (ST 1,<br />
ST 2) möglichst groß sein. Das bedeutet,<br />
dass für IC1 eine möglichst hohe Versorgungsspannung<br />
erforderlich ist.<br />
Ein weiteres Ziel muss es aber sein, die<br />
Batterien möglichst wenig zu belasten, damit<br />
diese eine lange Lebensdauer haben.<br />
Um beide Ziele zu erreichen, wird die Versorgungsspannung<br />
für IC 1 und auch für<br />
IC 3 nur dann erzeugt, wenn der Füllstand<br />
auch tatsächlich gemessen werden soll.<br />
In der Messphase wird vom Mikrocontroller<br />
an den Transistor T 5 über den Vorwiderstand<br />
R 28 ein High-Signal angelegt<br />
und somit über die Widerstände R 26 und<br />
R 27 der Transistor T 6 angesteuert und<br />
dadurch die interne Versorgungsspannung<br />
UB eingeschaltet. Gleichzeitig wird auch<br />
der Transistor T 4 über den Vorwiderstand<br />
R 25 mit einem Rechtecksignal von ca.<br />
20 kHz angesteuert. Bei durchgeschaltetem<br />
Transistor fließt ein Strom über L 1, so<br />
dass magnetische Energie gespeichert wird.<br />
Sobald der Transistor in den Sperrzustand<br />
versetzt wird, erfolgt durch die Natur der<br />
Spule eine Rückspeisung der magnetischen<br />
Energie und dadurch zunächst ein Aufrechterhalten<br />
des Stromflusses. Die Spannung,<br />
die dabei durch die Spule erzeugt<br />
wird (Induktionsspannung), ist um ein Vielfaches<br />
höher als die Versorgungsspannung<br />
UA . Entsprechend kann sich der Kondensator<br />
C 28 aufladen, wobei dessen Spannung<br />
durch die Z-Diode D 3 auf 12 V<br />
begrenzt wird. Damit die Spannungsspitzen,<br />
die beim Ein- und Ausschalten des<br />
Transistors T 4 auftreten, die Versorgungsspannung<br />
nicht zu sehr belasten, ist der<br />
Kondensator C 27 als Puffer und zur Störentkopplung<br />
einseitig an der Spule angeschlossen.<br />
Die Versorgungsspannung UB<br />
entspricht daher der stabilisierten 12-V-<br />
Spannung. Zur Unterdrückung hochfrequenter<br />
Störungen sind die Kondensatoren<br />
C 29 bis C 32 parallel zu den Versorgungs-<br />
4<br />
24C02<br />
<strong>ELV</strong>04431<br />
13<br />
24C02<br />
4<br />
100n<br />
SMD<br />
100n<br />
SMD<br />
HFE868<br />
Empfänger<br />
10n<br />
SMD<br />
1<br />
2<br />
3<br />
7<br />
100u<br />
16V<br />
470n<br />
SMD<br />
27p<br />
SMD<br />
27p<br />
SMD<br />
22p<br />
SMD<br />
22p<br />
SMD<br />
SDA<br />
SCL<br />
5<br />
6<br />
BC848C<br />
R14<br />
470K<br />
IC1<br />
IC2<br />
GND<br />
C15<br />
C16<br />
R8<br />
22K<br />
12<br />
8<br />
C10<br />
C11<br />
+Ub<br />
Data<br />
C7<br />
EEPROM<br />
IC2<br />
C8+<br />
C18<br />
C17<br />
C9<br />
T4<br />
220K<br />
TA1<br />
TA2<br />
R6<br />
10K<br />
R13<br />
4.194304<br />
MHz<br />
100u<br />
16V<br />
100n<br />
SMD<br />
MODUS OK<br />
HFE1<br />
100n<br />
SMD<br />
32.768 kHz<br />
Empfangsmodul<br />
GND<br />
C6<br />
Bild 3: Schaltung der Anzeigeeinheit<br />
C19<br />
+5V<br />
IC4<br />
HT-1030<br />
C5 +<br />
Q2<br />
pins von IC 1 und IC 3 geschaltet worden.<br />
Die optimale Arbeitsfrequenz der <strong>Ultraschall</strong>sensoren<br />
liegt bei 40 kHz. Um ein<br />
Signal mit einer möglichst großen Amplitude<br />
zu erzeugen, wird die mit IC 1 aufgebaute<br />
Schaltung benötigt.<br />
Zur Abstandsmessung wird der Transistor<br />
T 1 über den Vorwiderstand R 3 durch<br />
den Mikrocontroller mit einer Frequenz<br />
von 40 kHz angesteuert. Die Gattereingän-<br />
Q1<br />
IN<br />
OUT<br />
R12<br />
10K<br />
BC848C<br />
+5V<br />
+3V<br />
T3<br />
1K<br />
R7<br />
R4<br />
15K<br />
BC848C<br />
Batteriespannungsüberwachung<br />
+3V<br />
T2<br />
Mikrocontroller<br />
R3<br />
180K<br />
19<br />
20<br />
21<br />
22<br />
23<br />
24<br />
25<br />
26<br />
27<br />
28<br />
29<br />
30<br />
31<br />
32<br />
33<br />
34<br />
35<br />
36<br />
37<br />
38<br />
39<br />
40<br />
41<br />
42<br />
43<br />
44<br />
45<br />
46<br />
47<br />
48<br />
49<br />
50<br />
51<br />
16<br />
17<br />
18<br />
R5<br />
100K<br />
/RESET<br />
P0.0 INT4<br />
P0.1 /SCK<br />
P0.2 SO<br />
P0.3 SI<br />
P1.0 INT0<br />
P1.1 INT1<br />
P1.2 INT2<br />
P1.3 TCL0<br />
P2.0 TCLO0<br />
P2.1<br />
P2.2 CL0<br />
P2.3 BUZ<br />
P3.0 LCDCK<br />
P3.1 SCDSY<br />
P3.2<br />
P3.3<br />
P4.0<br />
P4.1<br />
P4.2<br />
P4.3<br />
P5.0<br />
P5.1<br />
P5.2<br />
P5.3<br />
P6.0 KS0<br />
P6.1 KS1<br />
P6.2 KS2<br />
P6.3 KS3<br />
P7.0 KS4<br />
P7.1 KS5<br />
P7.2 KS6<br />
P7.3 KS7<br />
TEST<br />
XTIN<br />
XTOUT<br />
<strong>ELV</strong>04431<br />
IC1<br />
+5V<br />
COM0<br />
COM1<br />
COM2<br />
COM3<br />
SEG0<br />
SEG1<br />
SEG2<br />
SEG3<br />
SEG4<br />
SEG5<br />
SEG6<br />
SEG7<br />
SEG8<br />
SEG9<br />
SEG10<br />
SEG11<br />
SEG12<br />
SEG13<br />
SEG14<br />
SEG15<br />
SEG16<br />
SEG17<br />
SEG18<br />
SEG19<br />
SEG20<br />
SEG21<br />
SEG22<br />
SEG23<br />
P8.0 SEG24<br />
P8.1/SEG25<br />
P8.2/SEG26<br />
P8.3/SEG27<br />
P8.4/SEG28<br />
P8.5/SEG29<br />
P8.6/SEG30<br />
P8.7/SEG31<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
3<br />
2<br />
1<br />
80<br />
79<br />
78<br />
77<br />
76<br />
75<br />
74<br />
73<br />
72<br />
71<br />
70<br />
69<br />
68<br />
67<br />
66<br />
65<br />
64<br />
63<br />
62<br />
61<br />
60<br />
59<br />
58<br />
57<br />
56<br />
55<br />
54<br />
53<br />
52<br />
VCL0 9<br />
VCL1 10<br />
VCL2 11<br />
BIAS 8<br />
XOUT 14<br />
XIN 15<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
8<br />
9<br />
10<br />
11<br />
12<br />
13<br />
14<br />
15<br />
16<br />
17<br />
18<br />
19<br />
20<br />
21<br />
22<br />
23<br />
24<br />
25<br />
26<br />
27<br />
28<br />
29<br />
30<br />
31<br />
32<br />
33<br />
34<br />
35<br />
9V Block<br />
100u<br />
16V<br />
10u<br />
25V<br />
ge an Pin 2 und Pin 12 wechseln dementsprechend<br />
mit einer Frequenz von 40 kHz<br />
von High- nach Low-Signal. Das führt<br />
dazu, dass am Ausgang von IC 1A und<br />
IC 1D ein Rechtecksignal mit einer Amplitude<br />
von ca. 12 V und einer Frequenz von<br />
40 kHz entsteht. Dieses Signal wird auf die<br />
Eingänge von IC 1B und IC 1C geführt,<br />
wodurch sich an deren Ausgängen das<br />
gleiche Rechtecksignal nur mit einer<br />
100n<br />
SMD<br />
COM0<br />
COM1<br />
COM2<br />
COM3<br />
SEG0<br />
SEG1<br />
SEG2<br />
SEG3<br />
SEG4<br />
SEG5<br />
SEG6<br />
SEG7<br />
SEG8<br />
SEG9<br />
SEG10<br />
SEG11<br />
SEG12<br />
SEG13<br />
SEG14<br />
SEG15<br />
SEG16<br />
SEG17<br />
SEG18<br />
SEG19<br />
SEG20<br />
SEG21<br />
SEG22<br />
SEG23<br />
SEG24<br />
SEG25<br />
SEG26<br />
SEG27<br />
SEG28<br />
SEG29<br />
SEG30<br />
36 SEG31<br />
BAT1<br />
C1 +<br />
C2 +<br />
C3<br />
GND<br />
IC3<br />
HT-1050<br />
LC-Display<br />
IN<br />
OUT<br />
+5V<br />
LCD1<br />
Spannungsstabilisierung
Phasenverschiebung von 180° ergibt. An<br />
ST 1 und ST 2, die direkt durch die Ausgänge<br />
der Gatter mit um 180° phasenverschobenen<br />
Signalen angesteuert werden,<br />
liegt daher ein Rechtecksignal mit<br />
einer Amplitude von ca. ±12 V an. Durch<br />
den Kondensator C 2 wird die Gleichspannung<br />
unterdrückt, die am Ausgang der<br />
Gatter IC 1B und IC 1C anliegt, wenn der<br />
Transistor T 1 nicht mehr mit einem<br />
40-kHz-Signal angesteuert wird. Kondensator<br />
C 1 dient der Störunterdrückung.<br />
An ST3 und ST4 ist der <strong>Ultraschall</strong>empfänger<br />
US1 angeschlossen, der bei einer<br />
ankommenden Schallwelle ein entsprechendes<br />
Wechselspannungssignal erzeugt.<br />
Die Signalamplitude, die der Empfänger<br />
beim Empfang erzeugt, ist je nach Abstand<br />
zum reflektierten Körper sehr unterschiedlich.<br />
Ist der Körper nur einige Zentimeter<br />
entfernt, ist die Signalamplitude sehr groß,<br />
wird der Abstand zum Körpers größer,<br />
nimmt die Amplitude stetig ab und wird ab<br />
einer gewissen Entfernung nicht mehr<br />
messbar sein. Damit eine saubere Erfassung<br />
und Verstärkung des Eingangssignals<br />
möglich ist, wird durch den Widerstand<br />
R10 dafür gesorgt, dass die Spannung am<br />
nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers<br />
wechselspannungsmäßig<br />
auf 0 V liegt, wenn kein Eingangssignal<br />
anliegt. Durch den Spannungsteiler R8 und<br />
R9 wird eine definierte Offsetspannung<br />
am Pin 12 des OPs erzeugt, wobei der<br />
Elektrolytkondensator C8 dafür sorgt, dass<br />
zusätzlich eine Spannungsstabilisierung<br />
gegeben ist. Damit die Gleichspannung<br />
nicht direkt an ST3 anliegt, ist C7 zu Gleichspannungsunterdrückung<br />
eingebaut.<br />
Vom Eingangssignal wird durch den<br />
<strong>ELV</strong><br />
04430<br />
Ansicht der fertig bestückten Platine des <strong>USF</strong> <strong>1000</strong> S mit zugehörigem<br />
Bestückungsplan<br />
Operationsverstärker, aufgrund seiner Versorgungsspannung,<br />
nur der positive Spannungsanteil<br />
des Signals des <strong>Ultraschall</strong>empfängers<br />
verstärkt. Der Kondensator<br />
C 11 dient zur Entkopplung und sorgt dafür,<br />
dass bei der Verstärkung durch den OP<br />
auch tatsächlich nur der Wechselspannungsanteil<br />
entsprechend der Widerstände<br />
R 11 und R 12 verstärkt werden kann.<br />
Nach der ersten Verstärkerstufe mit IC 3D<br />
erfolgen im Anschluss daran noch zwei<br />
weitere Verstärkungen mittels der Operationsverstärker<br />
IC 3B und C. Die Verstärkung<br />
wird dabei bei IC 3B durch die Widerstände<br />
R 14/R 15 und bei IC 3C durch die<br />
Widerstände R 17/R 18 bestimmt. Die Kondensatoren<br />
C 15 und C 19 sorgen auch hier,<br />
wie bei IC 3D dafür, dass nur das Wechselspannungssignal<br />
verstärkt werden kann.<br />
Nach der mehrstufigen Verstärkung des<br />
Eingangssignals wird dieses auf den Komparatoreingang<br />
des IC 3A gegeben. Die<br />
Schaltschwelle am Komparatoreingang ist<br />
durch die Widerstände R20, R21 und R29<br />
vorgegeben und kann durch den Controller<br />
in zwei Stufen eingestellt werden. Die Stufeneinstellung<br />
erfolgt auf Grund der starken<br />
Amplitudenveränderung des Eingangssignals<br />
bei den verschiedenen Entfernungen<br />
zum Medium. Wenn das Eingangssignal<br />
der letzten Verstärkerstufen den<br />
Schwellwert überschreitet, führt der Komparator<br />
an seinem Ausgang ein High-Signal<br />
und steuert den Transistor T3 über den<br />
Vorwiderstand R23 an. Dadurch wird der<br />
Eingangspin PD 2 des Mikrocontrollers<br />
auf Masse gezogen und signalisiert diesem,<br />
dass der <strong>Ultraschall</strong>empfänger ein<br />
Signal empfängt. Der Widerstand R 22 im<br />
Mitkoppelzweig des Komparators dient der<br />
Einstellung einer definierten Hysterese, so<br />
dass in der Nähe der Schaltschwelle ein<br />
permanentes Umschalten vermieden wird.<br />
Zur Unterdrückung der Schwingneigung<br />
der OPs IC 3B, C und D sind jeweils im<br />
Gegenkoppelzweig parallel zu den Widerständen<br />
R 12, R 15 und R 18 die Kondensatoren<br />
C 12, C 15 und C 20 eingebaut. Um<br />
Störungen durch hochfrequente Einkopplungen<br />
an den Eingängen der OPs zu verhindern,<br />
sind C 10, C 14 und C 18 sowie<br />
C 22 vorgesehen.<br />
Damit der Controller zwischen den Messphasen<br />
möglichst wenig Strom verbraucht,<br />
ist der Quarz Q1 in Verbindung mit den<br />
Kondensatoren C4 und C5 an die Pins 7<br />
und 8 angeschlossen. Während der Messphase<br />
arbeitet der Controller mit einer Frequenz<br />
von 4 MHz, die durch seinen internen<br />
Oszillator erzeugt wird und verbraucht<br />
einen relativ großen Strom. Zwischen den<br />
Messphasen wird auf den externen Oszillator<br />
umgeschaltet, wodurch der Stromverbrauch<br />
drastisch gesenkt werden kann.<br />
Die stabilisierte 3-V-Spannung wird an<br />
den Mikrocontroller an die Pins 4, 16, 18<br />
und 20 angeschlossen. Um nach einer Batterieentnahme<br />
einen definierten Reset des<br />
Mikrocontrollers zu erreichen, ist der Widerstand<br />
R1 an Pin 29 angeschlossen. Der<br />
Kondensator C6 dient der Störunterdrükkung.<br />
Der Jumper JP 1 ist für die Inbetriebnahme<br />
des Füllstandmelders von Bedeutung.<br />
Im Normalbetrieb sendet die Messeinheit,<br />
wie weiter oben schon erwähnt, aus energietechnischen<br />
Gründen nur jede halbe<br />
Stunde ein entsprechendes Signal an die<br />
Anzeigeeinheit. Für die Inbetriebnahme<br />
liegen diese periodischen Signale jedoch<br />
viel zu weit auseinander. Aus diesem Grund<br />
kann der Jumper entfernt werden, wodurch<br />
die Messeinheit ca. alle 3 s ein Datenpaket<br />
an die Anzeigeeinheit versendet. Nach der<br />
Inbetriebnahme sollte der Jumper auf jeden<br />
Fall wieder gesetzt werden, da ansonsten<br />
die Batterielebensdauer erheblich verkürzt<br />
wird.<br />
Nach der Schaltungsbeschreibung der<br />
Messeinheit wollen wir jetzt zur Schaltungsbeschreibung<br />
der Anzeigeeinheit<br />
übergehen. Betrieben wird die Anzeigeeinheit<br />
mit einer 9-V-Blockbatterie. Durch<br />
den Spannungsregler IC 3 und die Kondensatoren<br />
C 1 bis C 3 wird aus dieser<br />
Spannung eine stabilisierte 5-V-Spannung<br />
erzeugt. C 1 und C 2 dienen diesbezüglich<br />
als Pufferkondensatoren und C 3 zur Störunterdrückung.<br />
Mit der stabilisierten 5-V-<br />
Spannung werden der Mikrocontroller IC 1<br />
und das EEPROM IC 2 versorgt.<br />
Um das Empfangsmodul HFE1 betreiben<br />
zu können, ist eine 3-V-Versorgungsspannung<br />
notwendig. Diese wird mit Hilfe<br />
des Spannungsreglers IC4 erzeugt. Zur<br />
Spannungsstabilisierung dient in diesem<br />
5
Bau- und Bedienungsanleitung<br />
Fall der Kondensator C5 und zur Störunterdrückung<br />
werden die Kondensatoren C6<br />
und C19 eingesetzt.<br />
Mit Hilfe der Widerstände R 3 bis R 5<br />
und dem Transistor T 2 wird eine Überprüfung<br />
der Batteriespannung durch den<br />
Mikrocontroller vorgenommen. Ist die Batteriespannung<br />
zu weit abgesunken, kann<br />
der Transistor T 2 nicht mehr durchgesteuert<br />
werden und der Mikrocontroller<br />
erhält an seinem Eingang P 4.0, der mit<br />
dem Kollektor des Transistors verbunden<br />
ist, ein High-Signal. Dies wiederum signalisiert<br />
dem Controller, dass die Batterie<br />
nahezu entladen ist und dass im Display<br />
„Bat“ „E“ anzuzeigen ist.<br />
Der Quarz Q 1 in Verbindung mit den<br />
Kondensatoren C 10 und C 11 wird zur<br />
Stabilisierung des internen Hauptoszillators<br />
des Mikrocontrollers eingesetzt. Auch<br />
hier wird wie beim <strong>USF</strong> <strong>1000</strong> S, um Strom<br />
zu sparen zwischen den Messphasen die<br />
Arbeitsfrequenz des Mikrocontrollers gewechselt.<br />
Dazu wird einfach der zweite<br />
Quarz Q2 in Verbindung mit den Kondensatoren<br />
C17 und C18 während dieser Zeit<br />
als Oszillator eingesetzt. Um beim Zuschalten<br />
der Betriebsspannung für einen<br />
Reset-Impuls und damit definiert Zustände<br />
beim Batteriewechsel zu erhalten, ist<br />
der Kondensator C7 an Pin 19 angeschlossen.<br />
Damit nach einem Batteriewechsel<br />
weiterhin alle einprogrammierten Daten<br />
zur Verfügung stehen, werden diese im<br />
EEPROM IC 2 abgespeichert. Die Programmierung<br />
des Gerätes erfolgt über die<br />
angeschlossenen Taster TA 1 (MODUS)<br />
und TA 2 (OK).<br />
Für eine lange Batterielebensdauer ist<br />
der Empfänger nicht kontinuierlich empfangsbereit,<br />
sondern wird nur dann über<br />
den Transistor T 3 angesteuert, wenn Sendesignale<br />
zu erwarten sind.<br />
Nachbau<br />
Der Aufbau der <strong>USF</strong>-<strong>1000</strong>-Einheiten erfolgt<br />
bis auf einige wenige konventionell<br />
bedrahtete Bauelemente mit SMD-Bauteilen<br />
anhand des Bestückungsplans, der<br />
Stückliste und des Bestückungsdrucks auf<br />
der Platine. Für die Bestückung sind unbedingt<br />
ein geregelter Lötkolben mit einer<br />
schmalen Lötspitze, eine SMD-Pinzette,<br />
SMD-Lötzinn, Entlötlitze und eine Lupe<br />
erforderlich.<br />
Es soll nun zunächst mit der Bestückungsbeschreibung<br />
der <strong>USF</strong>-<strong>1000</strong>-S-Leiterplatte,<br />
die nur einseitig zu bestücken ist,<br />
begonnen werden. Als Erstes sind hier mit<br />
Hilfe des Bestückungsplans und des Bestückungsdruckes<br />
die ICs polrichtig einzulöten.<br />
Dazu ist zur Markierung bei IC 1<br />
und IC 3 die zu Pin 1 zugeordnete Gehäuseseite<br />
leicht angeschrägt. Pin 1 beim Mikrocontroller<br />
(IC 4) ist durch eine runde<br />
6<br />
Widerstände:<br />
10 /SMD ....................................R24<br />
100 /SMD ....................................R4<br />
1 k/SMD .. R3, R11, R13, R14, R16,<br />
................. R17, R19, R23, R 25, R 28<br />
1,5 k/SMD ...................................R9<br />
3,3 k/SMD ...................................R2<br />
10 k/SMD .. R1, R6, R10, R15, R 18<br />
33 k/SMD ..................................R12<br />
56 k/SMD .......................... R5, R 27<br />
100 k/SMD ............... R7, R26, R 29<br />
120 k/SMD ..................................R8<br />
220 k/SMD ................................R21<br />
330 k/SMD ................................R20<br />
1 M/SMD ..................................R22<br />
Kondensatoren:<br />
10 pF/SMD ....... C10, C12, C14, C16,<br />
........................... C18, C20, C22, C29<br />
27 pF/SMD .............................. C4, C5<br />
100 pF/SMD ........ C9, C13, C17, C21<br />
1 nF/SMD .......................................C1<br />
10 nF/SMD .....................................C3<br />
100 nF/SMD ........... C2, C6, C7, C24,<br />
........................... C25, C30, C31, C32<br />
10 μF/16 V .................. C8, C11, C15,<br />
.................................... C19, C23, C26<br />
100 μF/16 V .................................C27<br />
220 μF/16 V .................................C28<br />
Gehäusevertiefung in der IC-Oberfläche<br />
erkennbar. Um die ICs sauber aufzulöten,<br />
ist zunächst ein beliebiges Lötpad, vorzugsweise<br />
ein Lötpad an einer Gehäuseecke,<br />
vorzuverzinnen. Nun ist das entsprechende<br />
IC positionsrichtig über die Lötpads<br />
auszurichten und am vorverzinnten<br />
Lötpad anzulöten. Ist dies geschehen, sollte<br />
durch eine kurze Überprüfung kontrolliert<br />
werden, ob alle Pins exakt über ihrem<br />
angeordneten Lötpad liegen. Ist das der<br />
Fall, können die restlichen Pins verlötet<br />
werden, dabei sollte mit der Verlötung des<br />
Pins auf der diagonal gegenüberliegenden<br />
Seite des bereits festgelöteten Pins fortgefahren<br />
werden.<br />
Sind alle ICs aufgelötet, kann mit der<br />
Bestückung der SMD-Widerstände und der<br />
SMD-Kondensatoren begonnen werden.<br />
Bei den Kondensatoren ist dabei erhöhte<br />
Aufmerksamkeit gefragt, da auf diesen<br />
keine Beschriftung angebracht ist und somit<br />
die Gefahr der Vertauschung besteht.<br />
Es ist daher ratsam, diese einzeln aus ihrer<br />
Verpackung zu nehmen und danach die<br />
Verlötung sofort vorzunehmen. Ist diese<br />
Arbeit beendet, bleibt noch die Bestückung<br />
einiger konventioneller Bauteile. Diese<br />
sind auf der Platinenrückseite zu verlöten.<br />
Hier sind nun zunächst die Elektrolyt-<br />
Kondensatoren einzulöten. Es ist dabei besonders<br />
auf die richtige Polarität zu achten,<br />
da bei falscher Polung die Gefahr der Explosion<br />
besteht. Es folgt der Einbau der<br />
Stückliste: <strong>USF</strong> <strong>1000</strong> S<br />
Halbleiter:<br />
HCF4093/SMD/SGS .................... IC1<br />
HT7130/SMD ............................... IC2<br />
TLC274C/SMD ............................ IC3<br />
<strong>ELV</strong>04430/SMD .......................... IC4<br />
BC858C .......................................... T6<br />
BC848C ............................. T1–T3, T5<br />
BCW66H/Infineon ......................... T4<br />
LL4148 ................................... D1, D2<br />
ZPD 12 V/0,4 W ........................... D3<br />
Sonstiges:<br />
Quarz, 32,768 kHz ........................ Q1<br />
Festinduktivität, 3300 μH............... L1<br />
<strong>Ultraschall</strong>-Empfänger<br />
UST-40R, print ......................... US1<br />
<strong>Ultraschall</strong>-Sender UST-40T,<br />
print .......................................... US2<br />
Sendemodul HFS868, 3 V,<br />
868 MHz ................................. HFS1<br />
Mikro-Batteriekontakt,<br />
print ........................... BAT1–BAT3<br />
Mikro-Batterie-Kontaktrahmen<br />
....................... BAT1–BAT3<br />
Stiftleiste, 1x2-polig, gerade, print ..JP1<br />
1 Jumper ....................................... JP1<br />
1 Industrie-Aufputz-Gehäuse IP 65,<br />
Typ G304, komplett, bearbeitet und<br />
bedruckt<br />
Spule L 1 sowie der Einbau des Quarzes<br />
Q 1. Abschließend sind noch die drei Batterieschächte,<br />
der Jumper JP 1 sowie das<br />
Sendemodul anzulöten.<br />
Damit ist der Platinenaufbau beendet<br />
und der Einbau in das Gehäuse kann erfolgen.<br />
Dazu ist die Platine in den Gehäusedeckel<br />
zu legen und anschließend sind die<br />
Sensoren von außen durch die Löcher im<br />
Gehäusedeckel zu stecken. Dabei ist zu<br />
beachten, dass die isolierten Beinchen der<br />
<strong>Ultraschall</strong>sensoren an ST 2 und ST 4<br />
angelötet werden. Um zu verhindern, dass<br />
Feuchtigkeit in das Gehäuse eindringen<br />
kann, sollte allerdings vorher ein kleiner<br />
Klecks Silikon in die Löcher gespritzt werden.<br />
Die Sensorkontakte sollten nach dem<br />
Durchstecken an den vorgesehenen Löchern<br />
an der Platinenoberfläche herausragen.<br />
Es ist beim Einbau unbedingt darauf zu<br />
achten, dass die unterschiedlichen Sensoren<br />
(Sender, Empfänger) richtig platziert<br />
werden (vgl. Schaltbild) und die Platine<br />
sowie die Sensoren vollständig auf dem<br />
Gehäuse aufliegen. Sind Platine und Sensoren<br />
richtig platziert, können die Sensorkontakte<br />
mit der Platine verlötet werden.<br />
Damit ist der Aufbau des <strong>USF</strong> <strong>1000</strong> S fertig<br />
gestellt und der Deckel kann, nach der Befestigung<br />
des Gehäuseunterteils an der<br />
gewünschten Stelle, aufgeschraubt werden.<br />
Kommen wir nun zur Bestückung des<br />
<strong>USF</strong> <strong>1000</strong> E. Hier ist zunächst die gelieferte<br />
Leiterplatte an der perforierten Stelle
Ansicht der fertig bestückten Platine des <strong>USF</strong> <strong>1000</strong> E mit zugehörigem Bestückungsplan,<br />
oben von der Bestückungsseite, unten von der Lötseite<br />
durchzubrechen. Dadurch erhalten wir eine<br />
größere (Basis-) und eine etwas kleinere<br />
(Display-) Platine. Die Beschreibung der<br />
Bestückung soll zunächst mit der Display-<br />
platine fortgeführt werden, um danach auf<br />
die Basisplatine detailliert einzugehen.<br />
Als Erstes ist der Mikrocontroller (IC 1)<br />
auf der Platinenvorderseite mit Hilfe des<br />
<strong>ELV</strong> 04431<br />
Bestückungsplans und Bestückungsdruckes<br />
polrichtig einzulöten. Als Markierung<br />
für Pin 1 ist dabei die runde Gehäusevertiefung<br />
am IC angebracht. Das Vorge-<br />
7
Bau- und Bedienungsanleitung<br />
hen gleicht dem des Aufbaus der Leiterplatte<br />
des <strong>USF</strong> <strong>1000</strong> S. Es werden zuerst<br />
die SMD- und anschließend die größeren<br />
konventionellen Bauteile aufgelötet. Dazu<br />
wird auch hier für das jeweilige IC ein<br />
beliebiges Lötpad vorverzinnt, um anschließend<br />
die vollständige Verlötung nach der<br />
exakten Positionsüberprüfung vornehmen<br />
zu können.<br />
Nach der Verlötung des IC 1 an der<br />
Vorderseite und des IC 2 an der Rückseite<br />
der Display-Leiterplatte werden die SMD-<br />
Widerstände und SMD-Kondensatoren<br />
aufgelötet. Zum Schluss folgen der Quarz<br />
und die Stiftleisten ST 1 und ST 2 an der<br />
Unterseite der Platine, durch die die Display-Leiterplatte<br />
später mit der Basis-Leiterplatte<br />
verbunden wird. Danach kann mit<br />
dem Aufbau des Displays begonnen werden.<br />
Dazu wird das LC-Display so in den<br />
Klarsichthalter gelegt, dass die seitliche<br />
Glasverschweißung (linke Displayseite) in<br />
die entsprechende Aussparung des Rahmens<br />
ragt. Der Befestigungsrahmen wird<br />
danach von der rechten Seite aufgeschoben<br />
und mit zwei Leitgummistreifen bestückt.<br />
Die zusammengebaute Display-<br />
Konstruktion ist anschließend mit 6 Knippingschrauben<br />
über dem Controller auf der<br />
Vorderseite der Leiterplatte zu montieren.<br />
Es folgt die Bestückung der Basisplatine.<br />
Hier sind zunächst die SMD-Transistoren,<br />
die SMD-Widerstände und die<br />
SMD-Kondensatoren auf der Rückseite<br />
der Leiterplatte aufzulöten. Danach werden<br />
die Elektrolyt-Kondensatoren liegend<br />
an der Bestückungsseite platziert und anschließend<br />
auf der Rückseite sauber verlötet.<br />
Hierbei ist erneut ganz besonders auf<br />
die richtige Polarität der Elektrolyt-Kondensatoren<br />
zu achten. Es folgen der Einbau<br />
des Spannungsreglers sowie der Einbau<br />
der Taster. Auch diese sind von der Vorderseite<br />
zu bestücken und auf der Rückseite<br />
zu verlöten.<br />
Damit die Batteriezuleitung eine Zugentlastung<br />
erhält, ist diese von der Vorderseite<br />
der Leiterplatte ausgehend durch die<br />
Bohrungen zur Rückseite und anschließend<br />
zurück zu führen. Von der Platinenoberseite<br />
ist diese dann durch die vorgesehenen<br />
Bohrungen zu führen und zu verlöten.<br />
Als Letztes wird das Empfangsmodul an<br />
die richtige Position gebracht und an der<br />
Platinenunterseite mit den vorhandenen<br />
3 Pins verlötet. Dabei sollte zwischen der<br />
Platine und dem Modul ein Abstand von<br />
ca. 6 mm eingehalten werden.<br />
Um die Displayplatine mit der Basisplatine<br />
präzise mit dem korrekten Abstand<br />
zueinander durch die Stiftleisten verlöten<br />
zu können, sind diese am besten in das<br />
Frontgehäuse zu legen. Dadurch wird erreicht,<br />
dass sich automatisch der richtige<br />
Abstand zwischen den Platinen einstellt.<br />
Zu diesem Zweck wird die Displayplatine<br />
8<br />
mit dem Display positionsrichtig in das Gehäuse<br />
gelegt und danach die Basisplatine<br />
entsprechend in Position gebracht. Durch<br />
leichte Positionskorrekturen der kleineren<br />
Platine sollten die Stifte der Stiftleiste direkt<br />
auf die Bohrungen fallen und somit an<br />
der Vorderseite der größeren Platine sichtbar<br />
sein. Nach erneuter Überprüfung, ob<br />
beide Platinen in der korrekten Lage sind,<br />
können die Stifte an der Platine angelötet<br />
werden. Bevor das Gehäuse nun mittels der<br />
Rückwand des Frontgehäuses durch Zusammenschieben<br />
geschlossen wird, ist zur Spannungsversorgung<br />
eine 9-V-Blockbatterie<br />
an die Batteriezuleitung anzuschließen.<br />
Montage<br />
Bei der Montage der Messeinheit ist<br />
darauf zu achten, dass diese möglichst im<br />
Zentrum der Abdeckung des Flüssigkeitsbehälters<br />
angebracht wird. Um die sichere<br />
Funktion des <strong>USF</strong> <strong>1000</strong> S zu gewährleisten<br />
und um Fehlmessungen zu vermeiden,<br />
ist ein minimaler Abstand von 300 mm zu<br />
den Seitenwänden der Zisterne einzuhalten.<br />
Wird die Messeinheit zu nahe an einer<br />
Wand montiert, kann es durch diese zu<br />
Reflexionen kommen, die dann vom Empfänger<br />
als gültiges Signal gewertet würden.<br />
Außerdem sollte die Sendeeinheit so<br />
befestigt werden, dass kein Spritzwasser in<br />
die Sensoren eindringen kann und somit<br />
die Funktion nicht mehr gewährleistet ist.<br />
Die Anzeigeeinheit kann, wie schon am<br />
Anfang erwähnt wurde, an einem beliebigen<br />
Ort platziert werden. Es ist diesbezüglich<br />
nur die Reichweite des Systems zu<br />
beachten. Die maximale Reichweite hängt<br />
natürlich stark vom Material des Behälters<br />
ab. Das Sendesignal wird beispielsweise<br />
durch Kunststoff wesentlich weniger beeinflusst<br />
als durch Metall, entsprechend<br />
geringer fällt bei Metall dann auch die<br />
Reichweite aus.<br />
Um die Inbetriebnahme einfach vornehmen<br />
zu können, ist der Jumper JP 1 auf der<br />
Leiterplatte der Messeinheit <strong>USF</strong> <strong>1000</strong> S<br />
zu entfernen. Dadurch wird erreicht, dass<br />
nun ca. alle 3 Sekunden eine Messung<br />
vorgenommen wird und das <strong>USF</strong> <strong>1000</strong> S<br />
Daten zum <strong>USF</strong> <strong>1000</strong> E sendet. Dadurch ist<br />
eine Überprüfung der Funktionstüchtigkeit<br />
leicht möglich, da nun die Daten an der<br />
Anzeigeeinheit ebenfalls alle 3 Sekunden<br />
aktualisiert werden. Um eine lange Batterielebensdauer<br />
zu gewährleisten, sollte der<br />
Jumper nach der Inbetriebnahme wieder<br />
gesteckt werden.<br />
Nach einem Batteriewechsel des Empfängers<br />
wird das Empfangsmodul so lange<br />
aktiviert, bis dieses ein Signal vom Sender<br />
empfangen hat. Dadurch kann eine Initialisierung<br />
vorgenommen und das Zeitraster<br />
des Senders erkannt werden. Im Display<br />
sind so lange 4 Striche eingeblendet.<br />
Stückliste: <strong>USF</strong> <strong>1000</strong> E<br />
Widerstände:<br />
1 k/SMD ......................................R7<br />
10 k/SMD ........................... R6, R12<br />
15 k/SMD ....................................R4<br />
22 k/SMD ....................................R8<br />
100 k/SMD ..................................R5<br />
180 k/SMD ..................................R3<br />
220 k/SMD ................................R13<br />
470 k/SMD ................................R14<br />
Kondensatoren:<br />
22 pF/SMD .......................... C10, C11<br />
27 pF/SMD .......................... C17, C18<br />
10 nF/SMD .....................................C9<br />
100 nF/SMD .. C3, C6, C15, C16, C19<br />
470 nF/SMD ...................................C7<br />
10 μF/25 V .....................................C2<br />
100 μF/16 V ..................... C1, C5, C8<br />
Halbleiter:<br />
<strong>ELV</strong>04431/SMD .......................... IC1<br />
24C02/SMD ................................. IC2<br />
HT1050 ........................................ IC3<br />
HT1030 ........................................ IC4<br />
BC848C .............................. T2, T3,T4<br />
LC-Display ............................... LCD1<br />
Sonstiges:<br />
Quarz, 32, 768 kHz ....................... Q2<br />
Quarz, 4,194304 MHz, HC49U4 .. Q1<br />
9-V-Batterie-Clip ..................... BAT1<br />
Stiftleiste, 1 x 3-polig, gerade,<br />
print .................................. BU1/ST1<br />
Stiftleiste, 1 x 6-polig, gerade,<br />
print .................................. BU2/ST2<br />
Empfangsmodul HFE868-T,<br />
3 V, 868 MHz ......................... HFE1<br />
Mini-Drucktaster, B3F-4050,<br />
1 x ein ..............................TA1, TA2<br />
2 Tastknöpfe, 18 mm ..........TA1, TA2<br />
2 Leitgummis<br />
1 Display-Scheibe<br />
1 Displayrahmen<br />
6 Kunststoffschrauben, 2,2 x 5 mm<br />
1 Profil-Gehäuse, komplett, bearbeitet<br />
und bedruckt<br />
Müssen die Batterien des Senders ausgewechselt<br />
werden, ist zunächst die Batterie<br />
des Empfängers zu entfernen und die<br />
Batterien des Senders einzulegen. Dadurch<br />
wird erreicht, dass sich das System, wie<br />
oben schon erwähnt, initialisiert.<br />
Kann der Sender keine Höhe messen (Abstand<br />
zum Medium ist zu groß), werden im<br />
Display 4 Striche angezeigt. Befindet sich<br />
der Empfänger im normalen Betriebsmode<br />
und erhält innerhalb des eingestellten Zeitfensters<br />
kein Signal vom Sender, zeigt dieser<br />
weiterhin den letzten gemessenen Wert an.<br />
Im Display erscheint allerdings zusätzlich<br />
die Information „Hold“. Erhält der Empfänger<br />
dreimal nacheinander kein Datenpaket<br />
vom Sender, wird im Display „FAIL“ angezeigt.<br />
Nun ist in jedem Fall eine neue Initislisierung<br />
durch zu führen.