Prüfgerät Stromschleife SSP
Wieder ein Projekt aus dem Jahr 1999, aber vielleicht für den einen oder anderen doch interessant. Es handelt sich um ein Prüfgerät, mit dem entweder ein präziser Konstantstrom, oder -spannung ausgegeben werden kann. In der Steuerungstechnik ist öfter einmal von Stromschleifen die Rede.
Technische Daten:
- Stromausgang 0mA – 24mA
- Spannungsausgang 0V – 10V
- 16 Bit Auflösung
- +/- 0.15% Gesamtfehler am Ausgang
- 3-Leiter Bus, einfache Ansteuerung
- Schleifenfehler-Erkennung mit Tonsignal
- Betriebsspannung extern 9V – 18V
- integrierter Akku 9.6V
- 4-zeiliges LCD-Display
- Softkey-Steuerung
Gerätevorstellung
Die ganze Schaltung findet in einem ansprechenden Meßgerätegehäuse platz, es mußten aber einige Kompromisse eingegangen werden. Gleich vorweg, die Schaltung ist voll funktionsfähig, allerdings nicht über den Prototypenstatus hinausgekommen.
Unterhalb dem Display befinden sich die vier Taster zur Steuerung und Programmierung. Ein zentrale Schiebeschalter ermöglicht die Wahl des gewünschten Betriebsmodus: AUS / EIN ext. Netzteil / Akku-Betrieb / Charge (Ladung)
Am unteren Gehäuserand befinden sich die Strombuchse und Anschlüsse für die Meßleitungen.
Die Platine wurde noch selbst geätzt, war mit ein wenig Übung auch nicht wirklich mehr ein Problem, das Handtieren mit den ganzen Chemikalien aber nie besonders angenehm. Dies ist auch der Grund dafür, dass ich inzwischen Platinen fertigen lasse. Aufgrund der niedrigen Bauhöhe des Gehäuses mußte ich auch ein beleuchtetes Display verzichten, den Summer versetzen, zwei Elko’s liegend einbauen und die Induktivitäten (ohne Gehäuse) für die Schaltregler auf die Unterseite verbannen. Ein angepasstes Layout habe ich aus Ermangelung von Zeit dann nicht mehr erstellt.
SSP-BS-1 
SSP-BS-2 
SSP-LS-1
Gerät in Aktion
Schaltungsbeschreibung
Im Bereich der Stromversorgung arbeiten zwei Schaltregler des Typ’s MC34063, welche die internen Spannungen +28V (U1) und +5V (U2) zur Verfügung stellen. Mit dem Längsregler 7805 (U3) ist eine Konstantstromquelle zur Ladung des NiCd-Akkus aufgebaut, der Ladestrom beträgt 45 mA. Der OpAmp U6.B dient der Unterspannungserkennung. Der Schwellenwert wird über den Spindeltrimmer R7 eingestellt. Alles kein Hexenwerk 😉 .
Im Digitalbereich findet ein Mikrocontroller ATMEL 89C4051 seinen Arbeitsplatz. Getaktet wird er mit 12 MHz und er steuert den DA-Wandler AD420, das Display, die Tastenabfrage und den Signalgeber an. Schaut doch alles nicht so kompliziert aus.
Die Schaltung wurde 1999 mit Ultiboard / Ulticap entwickelt. Die Nachfolgersoftware Electronic Workbench (EWB) schafft es leider nicht die ursprünglichen Daten fehlerfrei zu importieren bzw. zu konvertieren. Deshalb sind die Pläne nun als Bilder eingefügt, die schlechtere Qualität darum nicht zu vermeiden. Weiter unten auf der Seite findet man dann die gescannten Unterlagen incl. Layout und Stückliste zum Ausdrucken.
Hauptmenü
Links oben erkennt man den gewählten Modus (I oder U) mit dem Bereichsumfang. Darunter wird der aktuell ausgegebene Wert an de Anschlußbuchsen angezeigt.
Loop Error gibt an, ob die Schleife offen ist (Loop Err) oder geschlossen ist (Loop OK!) Wird die Schleife während einer Messung unterbrochen, so ertönt ein kurzer Signalton.
Die untere Reihe gibt die Funktion der Tasten an. Mit Modus wird im Hauptmenü zwischen I-Mode (Strom) und U-Mode (Spannung) gewählt. Falls ein beleuchtetes Display verwendet wurde, läßt sich damit die Beleuchtung ein- und ausschalten. Über AUT wird der Automatik-Modus aktiviert. Es wird dann automatisch linear zwischen unteren und oberen Grenzwert ausgegeben oder bei swi (switch) zwischen den beiden Grenzwerten hin und her geschalten.
Vor der Programmierung muß die Auswahl für I- oder U-Mode getroffen sein.
Programmierung
Hier kann man die erste Programmierseite sehen. Es ist der I-Mode aktiv und L4000 µA bedeutet es wird der untere Grenzwert programmiert. Über die Taste Var (Variante) kann nun zwischen lineraer Ausgabe (von L bis H aufsteigend in Schritten von 10µA, bei U-Mode von 10mV) oder geschalteter Ausgabe (zwischen L und H) gewählt werden. Mit den Tasten – und + wird der Wert in Schritten von 10µA bzw. 10 mV geändert. Drückt man zusätzlich die Taste Var zu diesem Zeitpunkt, wird die Schrittweite erhöht um schneller zu seinem gewünschten Wert zu kommen.
Die Einstellungen mit Enter übernehmen.
Hier erfolgt die Programmierung des oberen Grenzwertes nach dem gleichen Schema.
Mit Enter wieder übernehmen.
Falls am Anfang der Switch-Mode gewählt wurde, kann hier nun das gewünschte Zeitintervall für die Umschaltung zwischen den Werten vorgegeben werden.
Programmierung mit Enter abschließen.
Firmware
Die Firmware wurde mit dem BASCOM 8051 erstellt. Nach längerer Überlegung habe ich mich entschlossen die Steuersoftware öffentlich zu machen. Voraussetzungen sind: keine kommerzielle Vermarktung oder Nutzung, Quellenverweis muß enthalten sein bzw. der Header im BASCOM-File darf nicht entfernt werden. Im ZIP-File am Ende der Seite befindet sich das BASCOM-File und die compilierte Version zum flashen (.BIN). Auf die Funktion des Programmes gehe ich hier nicht ein. Wer interesse an der Programmierung hat, kann sich die Demo-Version von BASCOM 8051 downloaden und das BASCOM-File damit öffen. Ich habe versucht vieles im File zu kommentieren.
Viel Spaß beim studieren der Schaltung. Wer Fragen dazu hat, kann mich gerne über meine Email-Adresse kontaktieren. Die Antwort kann auch mal ein paar Tage dauern.