Universeller Analogsensor für Wetterstationen

© 2004 Helmut Bayerlein, dc3yc [at] darc [.] de

 

Der Aussensensor mit AD-Converter besteht hauptsächlich aus einem Microprozessor 89C4051 (Atmel), einem 8-Bit Analog-Digital-Converter (ADC) ADCV 08832 (National Semiconductors) oder TLV 0832 (Texas Instruments) sowie einem 433 MHz-Sendemodul HFS 300. Dieses Sendemodul wird auch in den Wetterstationsserien WS2000 und WS2500 verwendet, das Datenübertragungsformat ist zu diesen Stationen kompatibel. Somit können diese Stationen um praktisch beliebige Sensoren erweitert werden.
Der ADC wandelt zum jeweiligen Sendezeitpunkt (ca. alle drei Minuten) die angelegte Spannung in einen Temperaturwert zwischen 0º und 25.5º um. Als Referenz dient die Betriebsspannung von 3.3 Volt. Die Auflösung beträgt somit ca. 13 mV. Höhere Eingangsspannungen können durch vorgeschaltete Spannungsteiler-Widerstände angepasst werden.

Schaltungstechnisch sieht das Ganze folgendermassen aus:

Das IC3 sowie R7 sind nicht zu bestücken, sie sind für andere Aufgaben vorgesehen. Die Widerstände R1 und R2 sind zum Anpassen der Eingangsspannung gedacht. Diode D1 verhindert zu hohe Eingangsspannungen und schützt so den Wandler. Bitte nicht vergessen, die Drahtbrücke nahe IC2 zu bestücken!

Der Bestückungsplan sieht so aus:

Es werden folgende Bauteile benötigt:

Bauteil Wert Bestellbezeichnung Bezug, z.B.
 R1, R2  je nach Eingangsspannung    Reichelt
 R3  10k    Reichelt
 R4, R8, R9  nur bei digitalem Eingang    Reichelt
 R5, R6  4k7    Reichelt
 R7  nicht bestückt    
 RN1  47k, 8fach-Netzwerk    Reichelt
 D1  BAT 41, Schottkydiode    Reichelt
 D2  nur bei digitalem Eingang    Reichelt
 T1  BC557B    Reichelt
 C1, C2  33p ker    Reichelt
 C3, C4  10u /10V Tantal    Reichelt
 Q1  3.93216MHz  3,93216-HC18  Reichelt
 IC1  AT89C2051 (WX-ADC)    Autor
 IC2  ADCV08832, TLV0832    National  Semiconductors,  Texas Instruments
 IC3  nicht bestückt    
 Sockel  DIL20    Reichelt
 K2  Stiftleiste 20pol  STIFTL_36G  Reichelt
 Jumper  Jumper 3St.    Reichelt
 Sendemodul  HFS300  30-409-64  ELV
 Leiterplatte WX-ADC      Autor

Den AD-Wandler besorgt man sich am billigsten als Muster bei den Herstellern. Einzelstücke werden via Internetbestellung kostenlos abgegeben!

Es sind noch zwei digitale Eingänge vorhanden, die für verschiedene digitale Funktionen verwendet werden können. Eine wäre z.B. der Anschluss eines Conrad-Feuchtemessers über R4, um Nebel, Sprühregen, leichten Schneefall oder ähnliches zu detektieren. Dieser Eingang ist über den Vorwiderstand R4 und die Z-Diode D2 vor zu hohen Eingangsspannungen geschützt.

An Steckerleiste K2 kann die Adresse des Sensors über Jumper an den Ports P1.0, P1.1 und P1.2 eingestellt werden. Wenn mittels Jumper alle drei Kontakte überbrückt werden, ist Adresse 0 eingestellt. Bei drei offenen Kontakten sendet der Sensor mit Adresse 7. Das niederwertige Bit (K2 Pin 1 und 2) ist auf Port P1.0 geführt (Prozessorpin 12); das höchstwertige Bit (K2 Pin 5 und 6) auf Port P1.2 (Pin 14). Ein gesteckter Jumper bedeutet Low-Pegel.
Die Unterscheidung, ob Aussen- oder Innensensorprotokoll verwendet werden soll, muss über die Software erfolgen. An Pin 19 und 20 wird die Betriebsspannung von 3.3 V angelegt oder es werden zwei Alkaline-Zellen angeschlossen. Die Verwendung weiterer Portpins wird ganz am Ende beschrieben..

Das Layout für eine ca. 50 mm * 65 mm grosse Leiterplatte kann beim Autor angefragt werden, wie auch das Programm oder programmierte Prozessoren dort erhältlich sind. EMail-Adresse siehe oben.

Bestückungsseite des Prototypen:

Lötseite mit dem 8 Bit-AD-Wandler:

 

Ausserdem gibt es eine Version mit 10 oder 12 Bit Auflösung, die mit den Bausteinen MAX1240 oder MAX1242 von Maxim arbeitet. Der Schaltplan sieht folgendermassen aus:

 

Ein SMD-Layout, das in ein Gehäuse des AS2000 passt, gibt es auch.

Die Firmwareversion ab WX_ADC 1.1 kann alle drei Wandler bedienen. Die Auflösung wird an Port P1_7 eingestellt. Low-Pegel (Brücke) bedeutet 10 Bit (MAX1242) oder 12 Bit (MAX1240); High-Pegel (keine Brücke) dementsprechend 8Bit (ADCV08832). Die Messwerte werden wie folgt übertragen:

Wird Port P1_6 mit Masse verbunden, sendet der Sender für Testzwecke ca. alle 10 Sekunden.

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