G3078 E www.elektor.de Januar2008 (D)€6,70 • CHF 12,90 • (A, B, L)€7,35 electronics worldwide • • • Drahtlos Energie iibertragen: So funktioniert's Standby-Killer: Strom sparen mit Komfort Steuerung fur Energiesparlampen i 01 4 198630 30670 . ... Das Jahresabo-PLUS - ■ W abe^ 9 - + Ufa t Ja° mms-oo 2007 <- *— + + 49,95 € '"'l 60 3 _ 5 € 'Gesamtwert wi Bnzelbesteiwg ! 79,95 € Elektor-Jahresabo-PUUS = 80,40 € Ersparnis Das Elektor PLUS-Abo Sparen Sie jetzt uber € 80 ,-! r Mk* « m ^ Ihre PLUS-Abovorteile: 8 a z z z z Preisvorteil: Sie sparen 27% gegenuber dem Einzelkauf Abonnenten erhalten exklusiv auf spezielle Elektor- Produkte bis zu 40% Rabatt Top-Abopramie: attraktiver 1-GB-MP3-Player gratis (Wert: 49,95 Euro) Keine Ausgabe verpassen: Elektor kommt punktlich, bequem und zuverlassig frei Haus Immer up-to-date: Lesen Sie jede Elektor-Ausgabe vor alien anderen www.elektor.de/abo • Tel. +49 (0)241 88 909-0 Verwenden Sie bitte fur die Abobestellung die portofreie Bestellkarte am Heftende. Weiter zum Erfolg ■mi P9 ii ■ Ell B +* L)jJ J J.fJ b. Pi 1 U ^Iy-L)lJ£> JJ J iij/ Hi 1 k L li fjjJO: £)Uj7jjjJ B: P/ajsijjJdjjUij jjjs ZTTmn )P r MttjV&Zfl *i ® . Me ■t vor t » \ 2 -Messer lasst sich die Kohlendioxid-Konzentration in der Luft einfach ermitteln. Ein Mikrocontroller uberwacht den Messwert und kann bei Uberschreiten eines Grenzwerts einen Alarm auslosen oder ein Beluftungssystem einschalten. 30 Preiswerte Energiemesser Wenn Sie sparsam mit Energie umgehen wollen, mussen Sie den Energie- bedarf Ihrer Gerate kennen. Auskunft sollen die handlichen Energiemesser geben, die zwischen Steckdose und Gerdt geschaltet werden. Doch was messen diese Gerate eigentlich, und mit welcher Genauigkeit arbeiten sie? Das Elektor-Labor hat 10 der teils sehr preiswerten Gerate unter die Lupe genommen. cot* 39. Jahrgcmg Januar 2008 Nr. 445 I N HALT Wahrend fur moderne Unterhaltungselektronik die Vokabel Energiespa- ren kein Fremdwort mehr ist, verschwenden viele Millionen alterer und auch neuerer Gerate viel zu viel Energie im Standby- Be- trieb. Preiswerte Satellitenreceiver haben in der Regel nicht einmal ein extra Netzteil fur die Standby-Schaltung. Unser cleveres, fernbedienbares und selbst sehr sparsames Vorschaltgerdt ist die Losung - und das ohne den Komfort einzuschranken. 24 Anti-Standby-Switch 38 Vielseitiges DC-Power-Meter Ein Netzgerdt ohne Strom- und Spannungsanzeige ist eigentlich nicht vorstellbar. Unser kompaktes DC-Power-Messmodul stattet neu ent- wickelte und alte Einfach-Netzgerate mit einer solchen Anzeige aus. Daruber hinaus ermoglicht es auch die totale (Entlade-)Kontrolle bei einer Batterie- oder Akku-Stromversorgung. Und dies - dank Mikrocon- troller - mit einigen Extras! Grundlaaen 62 C02-Bilanz des Gerdte-Lebens 70 Stromverbrauch von PC-Chips Praxis 16 C 0 2 -Messer 24 Anti-Standby-Switch 38 Vielseitiges DC-Power-Meter 48 Steuerelektronik fur Energiesparlampen Technik 44 Energiesparen mit Motorsteuerungen 52 Wirku ngsgrad-Messungen bei kle inen Leistungen Laborgefluster 56 Drahtlose Energieubertragung 65 Entwicklungstipp 66 Ein Lader fur Dallas Future Energy Challenge 2007 74 E-blocks: So wird der Prius noch sparsamer Info & Markt 6 Impressum 8 Mailbox News Preiswerte Energiemesser Vorschau Infotainment 78 Hexadoku 79 Retronik: Sondernorm-Dekoder ELECTRONICS WORLDWIDE elektor international media Eine multimediale und interaktive Plattform fur jeden Elektroniker - das bietet Elektor International Media. Ob Anfanger oder Fortgeschrittener, ob Student oder Professor, ob engagierter Profi oder leidenschaftlicher Hobbyist: Hier finden Sie wertvolle Informationen, Inspiration fur die eigenen Entwicklungen, Unterstutzung bei der Ausbildung und nicht zuletzt eine gute Portion Unterhaltung. Gedruckt und im Web. Analog und digital. In Theorie und Praxis. IfVIRRESSUJVl 39. Jahrgang, Nr. 445 Januar 2008 Erscheinungsweise: 11 x jtihrlich (inkl. Doppelheft Juli/August) Elektor mochte Menschen anregen, sich die Elektronik zu Eigen zu mochen - durch die Prdsentotion von Projekten und das Aufzeigen von Entwicklungen in der Elektronik und technischen Informatik. Elektor erscheint auch in Englisch , Franzosisch, Niederlandisch, Spanisch und weiteren Sprachen. ELEKTOR ist in uber 50 Landern erhaltlich. Verlag Elektor-Verlag GmbH - Susterfeldstrafie 25, 52072 Aachen Tel. 02 41/88 909-0 - Fax 02 41/88 909-77 Technische Fragen bitten wir per E-Mail an redaktion@elektor.de zu richten. Internationale Chefredaktion Wisse Hettinga Redaktion Elektor Deutschland Ernst Krempelsauer (Chefredakteur, v.i.S.d.P.) Jens Nickel (E-Mail: redaktion@elektor.de) Internationale Redaktion Harry Baggen, Thijs Beckers, Jan Buiting, Guy Raedersdorf Redaktionssekretariat Hedwig Hennekens Labor/Technische Redaktion Antoine Authier (Ltg.), Ton Giesberts, Paul Goossens, Luc Lemmens, Jan Visser, Christian Vossen Grafische Gestaltung und Layout Giel Dols, Mart Schroijen 6 elektor - 1/2008 FERNLEHRGANG D Elektor-Fernlehrgang r Sind Sie Auszubildender, Schuler, Student oder nur einfach interessiert an der Mikrocontroller-Technologie? Dann ist dieser Fernlehrgang fiir Sie das Portal in die faszinierende Welt dieser zukunftsorientierten Technik! * » t TFH ;llroUf * v * Gr'J 0 a-B° a \u Bestandteile des Fernlehrgangs: • 6 Lehrbriefe, die monatlich im Abo ver- schickt werden einschlieblich Sammel- ordner * 1 Mikrocontroller-Board, das sich aus einem Grund -Board mit Real Time Clock, alphanumerischem LC-Dis- play, Watchdog und vieles mehr zu- sammensetzt. Fur die ersten Schritte gibt es noch eine kleine Digital/ Analog-Adapter-Platine, die an das Grund-Board angesteckt wird. In einer weiteren Ausbaustufe kann das Grund-Board auf ein Zusatz-Board mit Porterweiterungen, l 2 C-Buscontroller , Temperatursensoren und mehr gesteckt werden (das Zusatz-Board gehort nichtzur Grundausstattung des Fernlehrganges) \\\ I am 1 ganztatiger Abschluss-Work- shop mit Zertifikataushandigung. Beginn: Februar2008 Dauer: 6 Monate Das GESAMTE Fernlehrgangs- paket kostet 1 f P U ZusaU _$oard Weitere Infos unter www.elektor.de/tfh Geschdftsfiihrer/Herausgeber: Paul Snakkers Marketing/Vertrieb (Leitung): Carlo van Nistelrooy Kundenservice/Auftragsabwicklung (Leitung): Anouska van Ginkel Anzeigen: ID Medienservice Tel. 05 11/334 84-36 - Fax 05 11/334 84-81 E-Mail: elektor@id-medienservice.de Es gilt die Anzeigenpreisliste Nr. 37 ab 01 .01 .2007 Vertriebsgesellschaft: IPS Pressevertrieb GmbH Postfach 12 11, 53334 Meckenheim Tel. 0 22 25/88 01-0 - Fax 0 22 25/88 01-199 E-Mail: elektor@ips-pressevertrieb.de Internet: www.ips-pressevertrieb.de Vertrieb Osterreich Pressegrofivertrieb Salzburg/Anif - Niederalm 300 Tel. +43/62 46/37 21-0 ' Der Herausgeber ist nicht verpflichtet, unverlangt eingesandte Manuskripte oder Gerate zuruckzusenden. Auch wird fur diese Gegenstande keine Haftung ubernommen. Nimmt der Herausgeber einen Beitrag zur Veroffentlichung an, so erwirbt er gleichzeitig das Nachdruckrecht fur alle auslandischen Ausgaben inklusive Lizenzen. Die in dieser Zeitschrift veroffentfichten Beitrage, insbesondere alle Aufsatze und Artikel sowie alle Enlwurfe, Plane, Zeichnungen einschliefilich Platinen sind urheberrechtlich geschiitzt. Ihre auch teilweise Vervielfaltigung und Verbreitung ist grundsatzlich nur mit vorheriger schriftlicher Zustimmung des Herausgebers gestattet. Die veroffentlichten Schaltungen konnen unter Patent- oder Gebrauchsmusterschutz stehen. Herstellen, Feilhalten, Inverkehrbringen und gewerblicher Gebrauch der Beitrage sind nur mit Zustimmung des Verlages und ggf. des Schutzrechtsinhabers zulassig. Nur der private Gebrauch ist frei. Bei den benutzten Warenbezeichnungen kann es sich urn geschiitzte Warenzeichen handeln, die nur mit Zustimmung ihrer Inhaber warenzeichengemafi benutzt werden durfen. Die geltenden gesetzlichen Bestimmungen hinsichtlich Bau, Erwerb und Betrieb von Sende- und Empfangseinrichtungen und der elektrischen Sicherheit sind unbedingt zu beachten. Eine Haftung des Herausgebers fur die Richtigkeit und Brauchbarkeit der veroffentlichten Schaltungen und sonstigen Anordnungen sowie fiir die Richtigkeit des technischen Inhalts der veroffent- lichten Aufsatze und sonstigen Beitrage ist ausgeschlossen. © 2008 elektor international media b.v. Druck: Senefelder Misset, Doetinchem (NL) ISSN 0932-5468 1/2008 - elektor 7 MAILBOX BRIEFE • E-MAILS • IDEEN CR2032 und musikalische Teelichter Neulich schien der Bat- terie meines PCs die Luft auszugehen. Sie kennen sicherlich auch die Mel- dung beim Booten „CMOS Checksum error, Defaults loaded" Es handelte sich um eine 3-V-Lithium-Bat- terie vom Typ CR2032, wie sie auBer auf PC-Motherboards auch in vielen Geraten wie Fernbedienungen fur die Haustechnik, elektronischen Thermo- metern oder Pulsmessern zu finden ist. Da eine solche Batterie in guter Qualitat schon ein paar Euro kostet, machte ich mich auf die Suche nach einer preisguns- tigen Alternative. Da erinnerte ich mich an die prachtigen "Elektronischen Teelichter" letztens beim Discounter, die wie „richtige" Teelichter aussahen und die Flamme durch eine flackernde gelbe LED simulierten. Beim Durchblattern dertaglichen Post- wurfsendungen stieB ich auf das Angebot: „Elektronische Teelichter, inklusive Batte- rie, zwei Stuck fur 0,99 € ". Also nichts wie zuruck in das Geschaft und die Teelichter- batterie naher untersucht! Es handelte sich um eine Knopfzelle, deren Format einer CR2032 auffallig ahnelte. Naturlich keine Markenbatterie, aber bei diesem Preis kann man nichts falsch machen und so habe ich einen kleinen Vorrat davon gekauft. Damit sollte ich mein Motherboard und viele Gerate im Haushalt noch einige Zeit mit preiswerten Batterien versorgen kon- nen (so hoffe ich). Die Geschichte ist aber noch nicht zu Ende, denn nun saB ich vor einem Haufen von Teelichtern. Neugierig wie ich bin, ent- schloss ich mich zu einer naheren Unter- suchung. Nach dem Offnen des Gehauses prasentierte sich mir ein in einem Tropfen Harz versenkter Chip, der fur den Flackeref- fekt verantwortlich war. Ich dachte zuerst an einen Zufallsgenerator, doch dann fiel mir ein sich wiederholendes Flacker-Muster der Teelichter auf. Wie mag sich das wohl anhoren, wenn man einen Lautsprecher anschlieBt? Also den Lotkolben her und an die Anschlussdrahte der LED ein Kabel zu meinem Audioverstarker angeschlossen. Zu meinem groBen Erstaunen ertonte aus den Boxen die bekannte Melodie von „Happy Birthday"! Es handelte sich offensichtlich um einen Chip von der Art, wie sie auch in elektronischen Gluckwunschkarten zu finden ist. Mit einem Fototransistor und dem Ver- starker aus einem Scannerempfanger war schnell ein Teelichtmusikdetektor realisiert. Etwas mehr als die Halfte der Teelichter spielte „Happy Birthday", der Rest eine mir unbekannte andere Melodie. „Merry Chrismas" ware auch nicht schlecht, denn damit hatten wir wieder ein interessantes Gesprachsthema fur die Weihnachtszeit: „Was spielt denn dein Teelicht?" Martien Jansen Standby-Switch - noch griiner? Ich begruBe jeden Beitrag, der zum Ener- giesparen fuhrt und unsere Welt etwas gru- ner macht, so auch den „Grunen USB-Schal- ter" von Wolfram Winefera in Elektor 11/07 (S.60). Auf den Stand by-Verbrauch kann man nicht oft genug hinweisen. Allerdings konnte man auch einen noch gruneren USB-Schalter realisieren, der auch selbst keinen Standby-Strom verbraucht: Einfach ein 230-V-Opto-Halbleiterrelais mit Optokopplereingang nehmen und an den USB anschlieBen. Benotigte Komponenten: 1 x (altes) USB-Kabel oder auch USB-Buchse 1 x 230V-Opto-Halbleiterrelais mit Schraubklemmen (z.B. von Clare) 1 x aufschraubbare Steckdosenleiste 1 x Sicherungshalter 1 x Sicherung (je nach Optokoppler) Sofern die Schaltung nicht mit in eine Steckerleiste passt, kann man auch den Netzschalter entfernen, um Platz fur das Optorelais zu schaffen. Mit Kunststoff- schrauben einen kleinen Kunststoffdeckel (z.B. Platinenrest) auf die Schalteroffnung schrauben, in dem auch der Sicherungshalter Platz findet. Ralf Schmiedel Dazu (und zu meiner Schaltung) mochte ich Folgendes bemerken: Es gibt immer verschiedene Losungen. Ich habe bewusst diese Losung mit dem Relais gewahlt , weil - auch Lasten mit kapazitiver oder induktiver Komponente problem I os angeschaltet wer- den konnen. - ein nicht fest an das 230V-Netz angeschaltetes Gerdt immer zweipolig abgeschaltet werden muss, sonstbestehtdie Gefahr, dass bei einpo- liger Abschaltung der Nullleiter abgeschaltet wird und die Phase angeschaltet bleibt. Diese Grunde waren ausschlaggebend fur die Verwendung eines Relais. Wolfram Finfera Deja vu Die LED-Treiber-Platine mit dem PR4401 im Heft 9-07 war eine Art „deja vu"-Erlebnis. Einen „DreifuB", der eine LED treibt, habe ich schon vor etwa zwei Jahren entdeckt. Die Schaltung (ich fand zwei Varianten) steckt in Alu-Taschenlampen fur eine ein- zige AAA-Zelle und startet bei ca. 0,7 V. Falls man das Ausschalten vergisst, arbeitet sie bis unter 0,2 Volt. Das musste mit Ihrem 1C auch moglich sein. Sie wurde dann auch fur einzellige Solarmodule anwendbar sein, die dann Handy-Akkus laden konnten. Eine andere Schaltung habe ich ebenfalls in einer Alu-Lampe aus China gefunden. Sie arbeitet mit sechs diskreten Bauteilen und treibt sechs weiBe LEDs ab einer Spannung von ca. 0,7 V. Die Platine ist nur unwesentlich groBer, da die Transistoren in einem SOT23- Gehause stecken. Fredy Stahnke 8 elektor - 1/2008 Fur einen Solar-Lader mitnur einer Solarzelle ist der PR4401 nicht optimal. Dafur musste die minimale Eingangsspannung noch etwas niedriger und der maxi male Ausgangsstrom noch etwas hohersein. Fine Empfehlung ware fur diese Anwendung der TP561200 von Ti, die allerdings durch das 3x3 QFN-Gehause etwas eingeschrankt wird. Ganz aktuell gibt es von PREMA den PR4403 speziell fur Solar- lampen, der sich aber bei der erforderlichen Eingangsspannung (0,9 V) nicht vom PR4401 unterscheidet. Playmobil Vielen Dank fur die kleine Platine mit dem LED-Treiber. Als verspatetes Weihnachtsge- schenk hatte ich bereits zum letzten Jahres- wechsel meinen Kids ihre Playmobil-Stadt mit weiBen LEDs beleuchtet. Ganz klar: Da kam nur der PR4401 in Frage. SMDs in ,flie- gender' Verdrahtung wollte ich schon immer mal ausprobieren... Das Innenleben der Lampen besteht im We- sentlichen aus einem Batteriehalter, einem Miniaturschiebeschalter und der ,Elektronik'. Die wenigen Bauelemente werden direkt am Schalter verlotet. Als Gehause dient ein Playmobil-Wandverbinder (Art.-Nr. 30-23- 4510 bzw. 30-06-7620), aus dem ein Trenns- teg entfernt wird. Nach dem Einsetzen der elektrischen Teile werden diese vorsichtig mit HeiRkleber vergossen. Die Spannungs- versorgung ubernimmt ein Akku oder eine Batterie im Micro-Format (AAA). Als beson- deres Highlight gegenuber kauflichen Lam- pensatzen sei neben dem Preis die ganzlich fehlende externe Verkabelung erwahnt. Die Kids werden es Ihnen danken. Falls sich jemand ernsthaft dafur interessiert, kann ich gern noch ein paar Zeilen Text dazu schreiben und das Ganze mit einer Fotoserie illustrieren. Jorg Engelhard! Wirgeben Text und Bildergerne an andere Le- ser weiter (als Download aufder Mailboxseite zu diese r Ausgabe auf www.elektor.de) Heizungsregelung Zur AVR-Heizungssteuerung in Heft 11/07 meinen Gluckwunsch zu dem gelungenen und interessanten ELEKTOR-Artikel! Ich habe bereits in den Siebzigern der vergan- genen Jahrhunderts vor der gleichen Frage gestanden, als die von der Fachfirma (!) einge- richtete Jnnenregelung" einer Gas-Zentralhei- zung in keiner Weise funktioniert hat! Ich habe damals im Zusammenarbeit mit den Kontakten an der Uni eine Losung mit den folgenden konventionellen Bauteilen gefunden: AuRen-Regelung fur gleitende Kesseltemperatur (damals so exotisch, dass die in Deutschland gar nicht zu bekommen war!), eine Zeitschaltuhr mit Relais und die vorhandene Innenregelung (siehe unten!). Ich wollte das Ganze dann immer wieder „gleich" auf eine der dann erhaltlichen „Mini- SPS" umstellen, aber da die „alte" Losung bis heute funktioniert... Dabei bin ich damals bereits auf eine Infor- mation gestoRen, wie sich die Energieer- sparnis weiter vergroRern lasst - und nach meiner Durchsicht des Elektor-Artikels lieRe diese sich in Ihr Mikrocontroller-Projekt ja zumindest von der Hardware her problemlos integrieren: Mit einem dritten Temperatur- sensor konnte die Nachtabsenkung „innen- raumgefuhrt" erfolgen, was zu weiteren Einsparungen fuhren konnte: Zeitgesteuert wird abends auf den Inneraum- sensor umgeschaltet, fur den die nachtabge- senkte Temperatur direkt/ohne Steuerkurve so programmiert ist, dass die Anlage auf die abgesenkte Temperatur „stutzt" (Nachbil- dung der in den Innenregelungen ublichen Warmeruckfuhrung mittels Heizwiderstand per Software!?). Regelschwingungen treten nach meiner Erfahrung dabei keine auf: Wenn der In- nenraum-Fuhler in einem Raum montiert ist, in dem die Thermostat-Ventile an den Heizkorpern auf die Tagestemperatur ein- gestellt sind, ist die Temperatur-Differenz so groR, dass diese ganz offnen. Naturlich nur, wenn sie nicht nachts noch zusatzlich „heruntergedreht" werden! Am Morgen wird auch - noch ohne AuRen- regelung - innnenraumgesteuert so lange aufgeheizt, bis der Innenraumsensor, der jetzt naturlich auf die Tagestemperatur ein- gestellt sein muss, erstmalig „Temperatur erreicht" meldet. Dann wird wieder auf die AuRenregelung umgeschaltet. Wenn ich die Hardware richtig uberblicke, musste der Anschluss eines dritten analogen Sensors ja problemlos machbar sein. Viel- leicht findet sich dann auch noch jemand der die Software erweitert? Martin Schanz Ihr Ansatz der Fieizungsregelung klingt logisch. Eine Oberlagerung der Regelungen ware bei Nacht sicher auch sinnvoll. So sollte zum Bei- spiel die Kesseltemperatur bei Frost (unter -x Grad) angehoben werden, auch wenn es im Referenzraum noch warm genug ware. Das wurde den Frostschutz bei schlecht isolier- ten Raumen (oder offen stehenden Fenstern) ermoglichen. Das Problem wird wohl bei vielen die Wahl des „Referenzraums" fur die Innentempera- turregelung sein. HolgerBuss USB stort SDR? Die im Heft 05.2007 vorgestellte Schaltung hatte schlechte Empfangseigenschaften. Die Ursache lag in den starken Storungen auf dem USB-Bus. Leidersind PC-Schaltnetzteile keine gute Stromversorgung fur empfind- liche Analogschaltungen. Da hilft nur eine Siebung. Beim SDR-Projekt muss deshalb der Kondensator C9 = 4,7 p durch einen 470 p/ 10 V ersetzt werden. Das wirkt Wunder! Die von Burkhard Kainka vorgeschlagene Fremdversorgung der Schaltung war nicht so befriedigend wie der Elkotausch und die USB-Stromversorgung ist ja auch reizvoller. Helmut DH6KR Den groBeren Elko habe ich mal getestet. Er saubert sichtbar, aber unter ca. 30 Fiz bleibt noch immer Gerumpel ubrig. Ich vermute, das Spektrum der Storungen ist bei jedem PC an- ders. An meinem hatte ich mit dem Spannungs- regler mehr Erfolg. Obrigens haben einige Leser versucht, den Be- reich urn 0 Fiz direkt zu nutzen. Das geht aber nur schlecht, weilz.B. ein AM-Trager dort „ver- sickert". Ich habe die untere Grenzfrequenz relativhoch gelegt, damit die USB-Storungen weniger durchkommen. Deshalb sollte man bei einer ZF von 10-15 kFiz arbeiten. Dort gibt es keine Storungen vom USB. Burkhard Kainka 1/2008 - elektor 9 MAILBOX BRIEFE • E-MAILS • IDEEN LabVIEW Bibliothek fur USB/I 2 C In Elektor 12/04 gab es den Artikel „USB /I2C Interface" Hierfur habe ich eine LabVIEW-Bi- bliothek mit Beispiel zur Ansteuerung eines PCF8574 erstellt. Ich hatte bereits im Jahr 2005 damit ange- fangen, das Ganze scheiterte jedoch an der „Nichtbeschaffbarkeit" der beiden Treiber- transistoren. Mittlerweile habe ich einen Pegelwandler PCA9306 von Microchip ein- gebaut und die Bibliothek vervollstandigt. Die Bibliothek ist unter LabVIEW 7.1 er- stellt. Vielleicht hat ja jemand Verwendung dafur! Sascha Hochhard Dos ist sicher fur einige Leser interessant, wes- halb wirlhreZIP-Datei aufder Projektseitezum USB/I2C- 1 interface (Projekt-Nummer 040334- 1) sowie aufder Mailboxseitezu dieser Ausgabe bei www.elektor.de zum kostenlosen Down- load bereitstellen. Elektronik in der Schule Hier ein kurzer Bericht uber den Nach- bau des in Elektor 4/2004 vorgestellten VHF-Empfangers: Ich habe diesen Empfanger mit 5 Schu- lern (zwischen 11 und 15 Jahre alt) an der Hauptschule in Pfaffenhofen/Roth in rund sechs Stunden aufgebaut. Das Atzen der Platine, das Bohren und Bestucken - alles wurde selbst gemacht. Die Platine wurde aus dem Heft kopiert und mit einem Grafik- programm leicht modifiziert. Alle Bauteile bis auf die Varicaps konnten bei Reichelt fur ca. sieben Euro pro Empfanger besorgt wer- den. Die Spulen wurden von den Schulern selbst gewickelt. Die Varicap BB911 konnte ich nicht mehr auftreiben, jedoch konnte ich von einem anderen Funkamateur (Helmut , DJ0FW) noch eine ausreichende Anzahl der BB609 bekommen. Wir haben auch Versuche mit der BB 405 gemacht, die noch bei Conrad Electronic fur ca. 90 Cent zu bekommen ist. Zwei von diesen parallel geschaltet funkti- oniert auch. Die Platine ohne Lotstopplackzu bestucken, ist fur Anfanger, die noch nie gelotet haben, nicht ganzeinfach. Nach einigen Lotubungen an alten Platinen hat es dann doch geklappt. Nach dem Bestucken habe ich die Platinen dann mit der Lupe kontrolliert und die eine oder andere Lotbrucke beseitigt. Da der Empfanger im ursprunglichen Fre- quenzbereich nur von lizenzierten Ama- teuren betrieben werden darf, wurde der Empfang in das UKW-Rundfunkband ge- legt. Der Frequenzbereich wurde noch mit meinem alten R&S SMDU gepruft. Alle Empfanger funktionierten dann auch nach sorgfaltiger Kontrolle beim ersten Ein- schalten. Insgesamt ein lohnendes Projekt, das den Schulern riesigen SpaB bereitete. Mit solchen Projekten kann man die Schuler begeistern. J. Hidde (DL2PR) Wir freuen uns sehr uber diesen Bericht und wurden uns uber weiteres Feedback von an- deren Schulen ebenfalls sehr freuen. Es ware ja auch denkbar, furdas„Miniprojekt" in Elektor gezielt Vorschlage und Anregungen von Schulen aufzugreifen und vielleicht auch daruber hinaus solche Vorhaben auch aufder Elektor-Website mit einem Forum und Infosei- ten zu unterstutzen. Mac und Mikrocontroller Ich habe mir ein AVR-USB-Board gekauft und wurde gerne das Programmieren des Boards erlernen. Durch die verstandlichen Artikel in ihrer Zeitschrift bin ich hoch motiviert, aber da gibt es ein kleines Problem. Ich habe ein neues Macbook von Apple mit dem Betriebssystem Leopard und finde nach langem, wirklich langem Suchen nicht ein einziges Programm, mit dem ich mein Board programmieren kann. Es gibt im Internet einige komplizierte Anlei- tungen, wie es anzustellen ware, jedoch sind die meisten davon kaum nachvollziehbar. Gibt es irgendeine Software, die ich ver- wenden kann? Wenn nicht: Ware es nicht einen Artikel wert, in dem Sie erklaren, wie es anzustellen ware? Ich meine damit wirklich nachvollziehbar und nicht diesen Wirrwarr, der im Internet verbreitet wird. Peter Pantott Ich selbst verwende uber 20 Jahren Macs fur alle mog lichen Zwecke. Aber in Sachen Mikro- controller kann ich Ihnen nurraten: Versuchen Sie es gar nicht erst , passende Soft- ware zu finden. Die gibt es so gut wie uber- haupt nicht. Aber die Losung haben Sie in den Fianden: Das Macbook namlich. ;-) Installieren Sie mit Bootcamp einfach zusatz- lich WindosXP auf einer kleinen Partition. 6 GB sollten fur diese Zwecke locker ausreichen. Dann haben Sie mit dem Mac vollen Zugriff auf alles, was es so gibt. Ich selbst mache das auch so und fahre gut damit. Dr. Thomas Scherer Updates und Erganzungen Datenakquisition uber USB, Elektor November 2007, S. 18 (Platine 070148-1) Im Schaltplan sind die beiden USB-Leitungen zwischen USB-Buchse K2 und dem Mikro- controller IC1 vertauscht. Wie es richtig ist, zeigt der Schaltplanausschnitt: Pin 2 von K2 ist mit Pin 23 (RC4) von IC1 und Pin 3 von K2 ist mit Pin 24 (RC5) von IC1 zu verbinden. Auf den Platinenlayout-PDFs bei www. elektor.de ist der Fehler seit dem 27.11.2007 korrigiert, und der Fehler wurde zum Gluck noch rechtzeitig bemerkt, so dass im Elektor- Shop keinefehlerhaften Platinen ausgeliefert wurden. MailBox In dieser Rubrik veroffentlichen wir Kritik, Meinungen, Anregungen, Wunsche oder Fragen unserer Leser. Die Redaktion trifft die Auswahl und behalt sich Kurzungen vor. Bitte geben Sieimmeran, auf welchen Artikel und welche Ausgabe (Monat/Jahr) sich Ihr Schreiben oder Mail bezieht. Sie erreichen uns per E-Mail redaktion@elektor.de, per Fax (02 41/88 909-77) oder unter der Anschrift: Redaktion Elektor Susterfeldstr. 25 52072 Aachen 10 elektor - 1/2008 AUDIO INFO & MARKT AM und doch Stereo Mit SoDiRa und dem Elektor-SDR Von Burkhard Kainka Stereo mit zwei Mono-Radios Sie haben kein AM-Stereo-Radio und auch keinen SDR-Empfanger, wollen aber trotzdem einmal horen, wie France Bleu in Stereo klingt? Dann nehmen Sie doch einfach zwei ganz normale AM-Radios, es durfen auch zwei alte Rohrenradios sein. Stimmen Siezunachst beide Emp- fanger auf 864 kHz ab. Verstimmen Sie dann eines der Radios etwas nach oben, das andere etwas nach unten. Wenn sie dann noch etwa gleich laut sind und gunstig aufgestellt wurden, horen Sie tatsachlich Stereo! Warum das uberhaupt funktioniert? Durch Verstimmen der Empfanger auf die Flanke des ZF-Filters kann man er- reichen, dass die Phase des AM-Tragers um -45 ° bzw. +45 ° gedreht wird. Wenn man ganzoptimistisch davon ausgeht, dass das jeweils verbleibende Seiten- band weitgehend ohne Phasendre- hung durchkommt, erhalt man links etwa 0,7*(R+L)+0,7*(L-R)=1,4*L und rechts 0,7*(R+L)-0,7*(L-R)=1,4*R. Tat- sachlich gibt es wahrscheinlich gewisse Phasenfehler im Durchlassbereich und deshalb vermutlich keine perfekte Ka- naltrennung. Aber man hort deutlich Stereo, und das auch mit 50 Jahre alten Radios, deren Entwickler noch nichts davon wissen konnten! Anzeige Bild 1. Der Elektor-SDR-Empfanger. AM und Stereo, sind das nicht Gegen- satze? Klar, die meisten Radios spielen in den AM-Berei- chen nur Mono, und die Sender auch - zumindest in ganz Europa. Ganz Europa? Nein, da gibt es ein kleines Dorf nahe Paris, Villebon sur Yvette, da sendet France Bleu [1] auf 864 kHz in AM-Stereo[2]. Und das kann man in den Abendstunden sogar in weitenTeilen Europas horen, dank einer Leistung von 300 kW. Und die Musik ist auch nicht schlecht! Der Sender verwendet das in den USA ubliche Motorola C-QUAM [3]. Ein Quadratur-Amplituden-Signal enthalt auf den realen Seiten- bandern die Summeninformation R+L und auf dem um 90° verscho- benen Quadratursignal die Differenz L-R. Fur den Empfang gibt es auch einen Decoder, den MCI 3028. Man findet sogar ein paar Ra- dios, die diese Betriebsart unterstutzen. Neu ist, dass AM-Stereo jetzt auch per Software demoduliert wer- den kann. Denn Bernd Reiser hat in sein Programm SoDiRa [4] nun auch diese Betriebsart aufgenommen. Als Hardware empfiehlt sich der Elektor-SDR-Empfanger mit USB-Interface aus dem Heft 5/07 (Bild 1). Bild 2 zeigt das C-QUAM-Signal im Spektrum. Man erkennt deutliche Unterschiede zwischen dem unteren und dem oberen Sei- tenband. Das Signal wird mit dem Elektor-SDR und einer Langdraht- antenne (am Standort Essen) in guter Qualitat empfangen. Den Stereo-Modus wahlt man im Dialog-Menu (Bild 3). Wichtig ist, dass die Abstimmung aus- reichend genau ist und der Trager synchronisiert wird. Der Klang ist sehr ange- nehm. Auch bei schwachen Signalen entstehen keine zusatzlichen Verzerrungen oder plotzliche Ubergange in den Mono-Modus, wie man es von UKW kennt. Es spielt auch keine Rolle, wenn der Ste- reo-Pilotton bei 25 Hz nicht erkannt wird, denn fur die Dekodierung muss nur der AM-Trager stabil stehen. Schaltet man bei einem normalen AM-Sender auf Stereo um, an- dert sich normalerweise nichts, allenfalls das Rauschen kann leicht ansteigen. Interessante Stereo-Effekte ergeben sich aber bei Kurz- wellen-AM-Stationen, die von Mehrfachempfang und damit von se- lektivem Fading betroffen sind. Der Klang wandert dann mit dem Fading durch den Horraum. AM. SSB AMSS : no Service qinoed pilot steiec AMSS offset 42j£l E I; rmotfc: AM stereo bandwidth: 4500 1 Ez erwelnfiR sjinrhmnrM js i AM stereo ! SR 1 1 SR 2.5 kHz 1.5 kHz 5 kHz 7.5 kHz 10 kHz Bild 3. Wahl der AM-Betriebsart. ob JO W 9U •120 avg S irahlunnna step. 5.00 kHz 00.864.ooo hHn kH s Hs main 000. 340. 000 if 01 5.000 ! Sand ai dbrSdC bi) up diqn dam main il rnhai saaiah a nr lavcl 7 R 51 MH/ * | Sj el kJlz 1 3| Hz 0 .. > KC -40 -30 -30 -10 0 SoDiRa 0.050 Wlimdspl£WlS.dB piov atcp rac c-irtg duloQ ant Bild 2. Das Programm SoDiRa. Weblinks [1] www.radiofrance.fr/ [2] http://pagesperso-orange.fr/ tvignaud/am/rbleue/rbleue.htm [3] www.fading.de/german/amstereo.html [4] www.dsp4swls.de/sodira/sodira.html ( 070926 ) ...und vieles mehr! Simple Solutions Individuelle Losungen in Hard- und Software www.simple-solutions.de Zefant LC3E Universelles Spartan-3E FPGA Modul JTAG-Kabel ' ^(ferrvpati^el zu Xilinx Impact 1/2008 - elektor 11 INFO & MARKT FORSCHUNG & TECHNIK Productronica-Streifzug Von Klaus H. Knapp Dem legendaren MIT-Professor Joseph Weizenbaum wird der Aus- spruch nachgesagt:„Wer sicher wissen will, wohin die Reise geht, der sollte auf dem Fahrersitz Platz nehmen". Also laden wir unsere Leser ein, neben uns auf dem Beifahrersitz Platz zu nehmen und mit uns die Productronica 2007 [1 ] zu erkunden. Weit mehr als 400 Fach- journalisten aus rund 30 Landern kamen nach Munchnen (Bild 1), um uber diese Weltleitmesse zu berichten. Knapp 1 .500 Aussteller prasentierten ihre Entwicklungen in zehn Hallen (Bild 2), fur die sich rund 40.000 Besucher aus 100 Landern interessierten. Die Ausstel- lungsschwerpunkte der Messe deckten die ganze Fertigungskette der Elektronik ab. Produktionstechniken fur die Bauelemente fan- den wir gleichermaBen wie fur die Bestuckung der Leiterplatten. Die Mess- und Pruftechnik und die Qualitatssicherung waren genau so Bild 1 . So schon wie auf unserem Bild zeigte sich die Productronica 2007 nur gelegentlich - Schnee und der Lokomotivfiihrerstreik bei der Deutschen Bahn setzten den Besuchern zu (Bild: MMI). Bild 2. Gut gefiillte Hallen mit kompetenten Besuchern - das reprasentierte schon immer die Productronica (Bild: Knapp). vertreten wie die Produktionslogistik. Es ware kein groBes Problem gewesen, aus den Ausstellungsstucken ganze Fertigungslinien zu- sammen zu stellen. 100.000 Bauelemente pro Stunde Dies Riesenangebot bedarf der Gliederung. 1 5 Ausstellungsbereiche hatte man dafur geschaffen, einige uberwaltigten durch ihre GroBe und Vielfalt, wie die Lot- und Bestuckungstechnik. Hier ging es vor allem um Produktivitatsverbesserungen bei weiter schrumpfenden Bauelemente-Dimensionen. Wir haben eine sehr groBe Zahl von Be- stuckungsanlagen gesehen - mitteils verwirrenden Leistungsanga- ben, die ublicherweise in cph (components per hour) angegeben Bild 3. Der neue Bestiickungsautomat Siplace X4i diirfte derzeit einen Weltrekord an montierten Bauteilen pro Stunde aufstellen. Leider haben noch nicht alle Hersteller auf die neue Bewertungsnorm umgestellt, was Vergleiche erschwerte (Bild: Siemens). werden. Allerdings sind die Zahlen oft nicht vergleichbar. Manch- mal wird die theoretische Spitzenleistung beziffert, die in der Praxis nie erreicht werden wird. Siemens hatte seine neue Siplace X4i [2] (Bild 3) schon auf die„IPC9850"-Bewertungsnorm [3] ausgerichtet: Weltrekordverdachtige 102.000 Bauelemente pro Stunde wurden spezifiziert; nach„alter" Rechnung waren das sogar 1 35.500 Bauele- mente pro Stunde gewesen. Zahlen von uber 1 00.000 sah man auch noch bei anderen Ausstellern, was aber vermutlich theoretische An- Bild 4. Elektronik von der Rolle - hier demonstriert durch Dr. Karl-Heinz Bock von der Fraunhofer- Gesellschaft (Bild: Knapp). 12 elektor - 1/2008 gaben waren. Am anderen Ende rangieren flexible Kleinanlagen, die sich sehr gut fur die Prototypenfertigung eignen. Die schweizerische Essemtec [4] hatte dafur ein paar Beispiele: Mit einer Bestuckungsleistung von 4.500 Bauelementen pro Stunde passt sie sich den Erfordernissen von Kleinserien an. Als Wachstumshemmnis gilt in der Branche der Fachkraftemangel. Das liegt auch daran, dass es hier um die Produktion von Elektro- nik geht.Traditionell namlich wird mehr Maschinenbau studiert als Elektrotechnik - aber in dieser Sparte mussen nun mal hinreichend Kenntnisse der Elektronik vorhanden sein, um gute Fertigungsge- rate zu bauen. Fernglas fur das„Morgen" Innovative Technologien hatten schon immer einen hohen Anteil auf dieser Messe.Typisch dafur ist die Photovoltaik. Eine groBzugige Forderung hat Deutschland mittlerweile an die Spitze gebracht. Die Deutschen stellen etwa 50 % des Photovoltaik-Weltmarktes (Umsatz 2006: ca. 5 Mrd. €), sie sind auch die Nummer 1 weltweit, was die Nutzung durch Endverbraucher angeht. 25 % der weltweit produ- zierten Solarzellen kommen aus Deutschland. Im vergangenen Jahr wurde weltweit eine Leistung von ca. 1,5 GW neu installiert - mehr als die Leistung eines Kernkraftwerks. Vorsichtige Prognosen nen- nen fur 201 1 eine Gesamtleistung von 7 GW weltweit, mit uberwie- gendem Wachstum in Europa. Auch bei der organischen Elektronik hat die Zukunft schon begon- nen. Diese konnte wohl die Schlusseltechnologie fur das 21 . Jahr- hundert werden. Dunner, leichter, flexibler und billiger sollen die Produkte sein, und das in naher Zukunft auch im NanometermaB- stab. Damit wurden zum Beispiel Abgassensoren moglich werden, mit denen man sogar einzelne Molekule diagnostizieren kann. Sie konnten zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs und der C0 2 - Emission beitragen. Mit ihren spezifischen Eigenschaften ist die or- ganische Elektronik ein heiBer Kandidat fur eine Massenproduktion „von der Rolle " (Bild 4). Ein Anwendungsbeispiel hatte auf der Pro- ductronica Premiere: Interaktive Pappkarten mit gedruckter Elek- tronik [5] (Bild 5). Wir haben sie ausprobiert: Mit Hilfe eines kleinen Lesegerats stellen diese billigen Datentrager Verbindungen zu den Webseiten der werbenden Firmen her - ein neues elektronisches Marketinginstrument. Als weitereTreiber der Elektronik wurden in Munchen die MEMS (Mi- kro-Elektromechanische Systeme) ausgemacht. Angefangen hat al- les anno 1994 mit Beschleunigungssensoren im Airbag. Spater kam dann der Drehratensensor hinzu, der durch den„Elchtest" beruhmt geworden ist. Mittlerweile findet man MEMS-Beschleunigungssen- soren auch in digitalen Kameras gegen das Verwackeln von Bildern, dennoch bleibt der Automobilmarkt derzeit der groBte Abnehmer. Hier werden neue Anwendungen hinzukommen: MEMS-Mikrophone zum Beispiel oder Hochfrequenz-MEMS. Man wird verschiedene Sen- soren in einem Chip kombinieren und dabei neue Sensoren (z.B. zur Messung des Erdmagnetfeldes) integrieren. Auf der nachsten Pro- ductronica wird das Testen von MEMS sicher auch ein Thema sein. Systeme statt Produkte Wie man auf der Mikro-Ebene Systeme zusammensetzen kann, zeigte eine Sonderausstellung„Systems in Package". Manches hat man da schon gesehen, aber kaum in der hier gezeigten Komplexitat. Die Technologietrends fur die Elektronik sind rasch aufgezahlt: Hochste Miniaturisierung, Schritt in die dritte Dimension, „Chipthinning" (d.h. das„Abschleifen" der Chips auf unter 10 pm Dicke; NXP hat bereits 6 pm erreicht). Damit steigt die„Stapelfahigkeit" der Chips in einem Flachgehause auf zehn Chips und mehr an, was fur Mobiltelefone sehr gefragt ist. Diese„gedunnten" Chips sind dann schon durch- sichtig (Bild 6). Dabei werden nicht nur Speicher und Prozessoren gestapelt, sondern auch Hochfrequenzbausteine, Sensoren und Ak- tuatoren. Derartig dunne Chips lassen sich sogar in die Leiterplatten hineinsetzen, zwischen die ein- zelnen Ebenen. Originellste Idee Leica Microsystems [6] uber- raschte mit einem Stereomikros- kop, das die Auflosungsgrenzen der bisherigen Lichtmikroskope sprengt (Bild 7). Die Auflosung von optischen Mikroskopen wird durch die Linsen beschrankt, die - wegen der Lichtbrechung im Glas - gekrummt sein mussen. Das wiederum steht der Auflo- sung entgegen. Mit mehreren Linsen in Abfolge kann man die Ergebnisse verbessern, aber ir- gendwann ist Schluss. Bildreso- lution und Tiefenscharfe haben optisch ihre Grenzen. Leitz hat nun versucht, die bei- den Begrenzungen - jede fur sich - in je einem der beiden optischen Strahlengange des Stereomikroskops zu erhohen. Im lin- ken Strahlengang wird eine moglichst hohe Tiefenscharfe erbracht, Bild 5. Diese billigen Papp-Karten enthalten gedruckte Elektronik und sind ein schones neues Marketing-Instrument fiir Unternehmen: Uber einen Kartenleser bekommt man eine PC-Internetverbindung zur Firmen-Homepage (Bild: Knapp). Bild 6.„Gediinnte" Chips sind heute in Mobilfunkgeraten schon Standard (der hier gezeigte Siliziumwafer wurde auf weniger als 40 pm„gediinnt" (Bild: IBM). im rechten Strahlengang das Bild in moglichst hoher Auflosung be reitgestellt. Das menschliche Gehirn kombiniert diese beiden Infor mationen und fugt sie zu einem Stereobild von bisher nicht er- reichter Auflosung zusammen. Das menschliche Hirn als Inte- grator: Vielleicht steht diese Idee uberhaupt hinter der ganzen Productronica. ( 070973 ) [1] www.productronica.de [2] http://ea. automation. siemens, com [3] www.ipc.org [4] www.essemtec. com/d [5] www.printed-systems.de [6] www.leica-microsystems.com \ Bild 7. Ein Stereomikroskop, bei dem das linke Auge etwas anderes vom Objekt wahrnimmt als das rechte. Das Gehirn setzt beide Teilbilder zusammen. So gewinnt man eine Detailauflosung, die bisher mit optischen Stereomikroskopen nicht erreichbar war (Bild: Leica Microsystems). 1/2008 - elektor 13 INFO & MARKT CHIPS & CONTROLLER Kostenlose Entwicklungsumgebung fiir ARM Hitex hat seine kostenlose Entwicklungsumgebung, die„Hitex De- veloper Suite for ARM" (HDS), neu aufgelegt. Die neue Suite enthalt einen unlimitierten HiSIM Instruction-Set-Simulator, die HiTOP IDE mit Debugger, einen GNU C-Compiler, eine Evaluierungsversion des Tasking VX C-Compilers fur ARM sowie Application Notes fur das Compiler-Benchmarking. Mit der HDS konnen sich Anwender rasch mit den ARM-spezifischen Funktionen und der universellen HiTOP-Debug-Software vertraut machen. Die neueste HiTOP-Version erlaubt eine vollstandige Inte- gration von Compilern wie z.B. des erwahnten Tasking C-Compilers. AuBerdem bietet HiTOP fur alle gangigen ARM-Derivate jetzt Temp- late-Files, mit denen sich die wesentlichen Einstellungen besonders schnell vornehmen lassen. Erganzt wurde auch ein graphischer SFR- Editor (Special Function Register). www.hitex.de/download.html Anzeige - * * * S \ » 2/ I'CIMUOI * mmm €48 *Preisbeispiel fiir 8 AT zzgl. Versandkosten UPS Standard (D) i 6,90 m WATCH "ur"PCB Uberwachen Sie die Produktion Hirer Leiterplatten in REALTIME ROHS / WEEE konform U PUNKTUCH KQSTtNLOS (* oder frijher, gilt bei 2-4 AT Eilservice) conrad.com mm, Einfach Dateisenden und ONLINE bestellen: r l^f I I V T Tel.: 0 61 20/90 70 10 Fax: 0 61 20/90 70 14 info@pcb-paol.com 4 I ] *,Vi\ ofc jj taNCMt BOB 4 ? BHfiflfi ^ e»r«3 BOAROmakek pr-.-tOf 32-bit-Controller von Microchip Die wichtigste Nachricht des „Controller-Monats // : Microchip stellt mit der PIC32-Familie erstmals 32-bit-Mikrocontroller vor. Anschlussbelegung, Peripherie und Entwicklungswerkzeuge sind mit den 16-bit-MCUs und DSCs des Herstellers kompatibel. Die ersten sieben Controller der PIC32-Familie arbeiten mit bis zu 72 MHz und bieten bis zu 512 KB Flash-Speicher und 32 KB RAM sowie einen 16 bit breiten Parallel Master Port zur Unter- stutzung zusatzlicher Speicher und Displays. Die Familie basiert nicht auf einem ARM-Core, sondern auf der MIPS32-Architektur. Der MIPS32 M4K-Kern leistet 1 ,5 DMIPS/MHz and bietet eine funf- stufige Pipeline, eine hardwaremaBige Multiply-Accumulate-Ein- heit und bis zu 8 Sets von 32 Kernregistern. Alle PIC32-Produkte werden durch die Entwicklungswerkzeuge von Microchip unterstutzt. Hierzu gehoren die MPLAB IDE, der neue MPLAB C32 C-Compiler, das MPLAB REAL ICE Emulations- system, der MPLAB ICD 2 In-Circuit Debugger und die Explorer 16 Entwicklungsplatine (siehe Elektor April 2007). Der PIC32 wird weiterhin durch MIPS-basierte Werkzeuge unterstutzt - hierzu gehoren C- und C++-Compiler, IDEs und Debugger. RTOS-Un- terstutzung und GUI-Tools sind ebenfalls von verschiedenen An- bietern erhaltlich, die vollstandige Liste der Drittanbieter kann unter www.microchip.com/PIC32 eingesehen werden. Ein PIC32-Starter-Kit zum Preis von 49 US-$ wird inklusive der MCU- Platine mit USB-Spannungsversorgung, MPLAB IDE und MPLAB C32 C-Compiler, Dokumentation, Beispielen mitTutorials, Schaltplanen und kompatiblen 16-bit-Peripheriebibliotheken geliefert. www.microchip.com Quelle: www.channel-e.de ( 070980 ) Winziger Linux-Computer Der schwedische Em- bedded-PC-Spezialist Hectronic hat mit dem H6043 ein kostenguns- tiges ARM9-basiertes Embedded-Linux-PC- Board angekundigt. Mit MaBen von 52,5 mm x 20 mm ist das Board einer der kleinsten mo- mentan erhaltlichen Li- nux-Computer (es gibt aber zumindest noch einen kleineren, siehe www.picotux.de). Das Modul wird "ready- to-run" geliefert, inklu- sive Software (Open-source Linux Board Support Package), 32 MB Low-Voltage-DRAM, 1 6 MB Flash, SPI- und l2C-lnterfaces, GPIO- und USB 2.0 Port. Das batteriebetriebene Board verfugt uber einen inte- grierten Li-lon-Lader, der uber den USB versorgt wird. Die maximale Leistungsaufnahme soli bei 450 mA, der typische Wert bei nur 1 00 mA liegen. Zum H6043, das in Hunderter-Stuckzahlen ab 99 US-$ erhaltlich ist, wird auBerdem ein Carrierboard mit verschiedenen Erweiterungs- moglichkeiten (USB-Host, RFID) angeboten. Wer noch mehr Opti- onen wunscht, kann das kreditkartengroBe Embedded-PC-Board H6042 bestellen. Neben dem ARM-Controller ist hier sogar ein FPGA- Chip onboard. Dazu kommen Ethernet und viele weitere Features. www.hectronic.se/arm_products.html 14 elektor - 1/2008 elekTermine JANUAR 2008 7 . - 10 . Las Vegas (USA) Consumer Electronics Show In Vegas sieht man Technik von morgen und ubermorgen - eine Reise konnte sich lohnen. In diesem Jahr wird die Automobil-Elektronik einer der Schwer- punkte sein. www.cesweb.org 12 . Leipzig Elektor Rohren-Workshop Mit den bekannten Rohren-Experten Menno van der Veen und Rainer zur Linde. Neben Grundlagenwissen wird viel Wert auf die Praxis gelegt. www.elektor.de/workshop 29 . + 30 . + 31 . Munchen / Nurnberg / Stuttgart LabView 8.5 Tage Auf der kostenlosen Veranstaltung wird die neueste Version der grafischen Entwicklungsumgebung LabVIEW prdsen- tiert. Weitere Termine siehe Website. http://digital.ni.com/worldwide/ germany.nsf/sb/Events?OpenDocument &node=163200_d FEBRUAR 2008 12 .- 13 . Baden-Baden Autoreg 2008 VDI-Tagung zur Steuerung und Rege- lung von Fahrzeugen und Motoren. Themen unter anderen: Sensorik, Aktorik, Bus-Systeme und digitale Signalverarbeitung. www.vdi-wissensforum.de/ index.php?id=188 19 . ■ 21 . Dusseldorf EMV 2008 Der Name dieser Messe ist Programm. Zur elektromagnetischen Vertrdglichkeit findet parallel ein internationaler Kon- gress mit Vortragen statt. www.e-emv.com 26 . - 18 . Nurnberg Embedded World Neben der Electronica ist diese Messe rund urn Mikrocontroller und Co. das Highlight des Jahres. Auch das Konfe- renzprogramm kann sich sehen lassen. Aktuelle Infos und Vorankundigungen findet man als News unter www.elektor.de ! www.embedded-world.de Die Leser der Zeitschrift Elektronik haben in den letzten Jahren jede neue EAGLE-Version zum Produkt des Jahres gewahlt. Aus gutem Grund die Nummer eins. EAGLE 4.1 Schaltplan ■ Layout ■ Autorouter Platinen, die mit EAGLE entwickelt wurden, befinden sich in Patientenuberwachungsgeraten, Chipkarten, Trockenrasierern, Horgeraten, Autos und Industriesteuerungen. Sie sind klein wie ein Daumennagel Oder graft wie ein PC-Motherboard. Sie wurden in Einmannbetrieben Oder Groftkonzernen entwickelt. fur Windows® Linux® Mac® Unter den Top-1 00-Unternehmen in Deutschland durfte kaum eines geben, in dem EAGLE nicht eingesetzt wird. Der entscheidende Grund fur den Einsatz von EAGLE ist meist nicht dergunstige Preis, sondern die einfache Handhabung. Hinzu kommt der hervorragende Support, der bei CadSoft grundsatzlich kostenlos ist und jedem Kunden unbeschrankt zur Verfugung steht. Diese Kriterien sind die wahren Kostenkiller! es EAGLE 4/1 Lkihi is>i rreev/siral ■ .prri.il Zum Testen und fur nicht-kommerzielle Anwendungen diirfen Sie EAGLE Light kostenlos verwenden. Diese Version ist auf Platinen im halben Europaformat mit maximal zwei Signallayern und ein Schaltplanblatt beschrankt. Alle anderen Features entsprechen denen der Professional-Version Sie steht zum Download im Internet bereit. tisoo ::: ts:sa m . L 1 6 : ~ $ & ErBi ; i.ii zx grtrrr r rir Wenn Sie sich fur die kommerzielle Light-Version entscheiden, bekommen Sie zusatzlich das Handbuch und die Lizenz fur kommerzielle Anwendungen. Unsere Standard-Version eignet sich fur Platinen im Europaformat mit bis zu vier Signallayern. In der Professional-Version gibt es solche Einschrankungen nicht. www.cadsoft.de = -= CadSoft Computer GmbH Hofmark 2, 84568 Pleiskirchen ~ Tel. 08635-6989-10, Fax -40 W E-Mail : info@cadsoft.de Y Preise Layout Layout+ Schaltplan Layout+ Autorouter Layout+ Schaltplan+ Autorouter Standard I Professional 238 € 476 € 476 € 714 € 476 € 952 € 952 € 1428 € Alle Preise inklusive 19% MwSt Upgrades zum Differenzpreis Jedem EAGLE-Paket in der Professional- bzw. Standard Ausfiihrung liegt ein Gutschein uber eine professionell gefertigte doppelseitige Europakarte bei. Anzeige 28 * " 29 * Berlin Wireless Automation Der jahrliche Branchentreff der Jun- ker" im Bereich der Automation. Gebaudeautomation, Logistik und Verfahrenstechnik sind nur einige der Anwendungen. www.vdi-wissensforum.de/ index.php?id=188 MARZ 2008 4 * ■ 9 * Hannover CeBIT Ein absoluter Pflichttermin - unzahlige Produkte aus den Bereichen Hard- & Software, Kommunikation und Unterhal- tungselektronik werden hier zum ersten Mai gezeigt. www.cebit.de 5 . - 6 . Dusseldorf Mobile Netzwerke in der Automation VDI-Seminar uber Wireless-Technologien: Mobilfunk, WLAN, Bluetooth, ZigBee, kabellose Sensoren/Aktoren und vieles mehr. www.vdi-wissensforum.de/ index.php?id=180 1 1 • ■ 12. Dresden Nanofair 2008 Auf dem Kongress steht die Nanotech- nologie auf den Gebieten Automobil, Elektronik, Optik, Materialwissenschaf- ten und mehr im Fokus. www.nanofair.com 1 1 • ■ 2 . Ludwigsburg Sensoren & Messsysfeme 2008 Tagung und Ausstellung zu bildgebenden Sensoren, Sensorarrays, Luftgutesensoren, Kraftfahrzeugsensoren und vielem mehr. www.vdi-wissensforum.de/ index.php?id=188 12 .- 15 . Frankfurt Prolight and Sound Fachmesse mit den Themenschwer- punkten Licht- und Buhnentechnik, Beschallung, Veranstaltungstechnik und Kommunikation. www.prolight-sound.com APRIL 2008 6. - II. Frankfurt Light + Building Die Fldche von 1 10.000 m 2 teilen sich die Bereiche Licht, Elektrotechnik (mit dem Fokus auf Sicherheitssysteme und Netzwerke) sowie Gebaudeautomation. www.light-building.messefrankfurt.com 1/2008 - elektor 15 MESSTECHNIK Watchdog fur dicke Luft C0 2 ist nicht nur eine Gefahr furs Klima, sondern auch ein wichtiger Faktor fur die Luftqualitdt in Biiro- und Wohnrtiumen, der oft nicht beachtet wird. Eine zu hohe C0 2 -Konzentration fiihrt zu Ermudungserscheinungen, Konzentrationsstorungen und auch zu Kopfschmerzen. JVtit dem hier vorgestellten CO-Messer Idsst sich die Kohlendioxid-Konzentration in der Luft einfach ermitteln. Ein Mikrocontroller • • uberwacht den Messwert und kann bei Uberschreiten eines Grenzwerts einen Alarm auslosen oder ein Beliiftungssystem einschalten. Eigenschaften (mit Messmodul CDM4161) • Misst C0 2 -Konzentration in der Luft zur Uberwachung des Raumklimas • Unempfindlich fur andere Gase sowie Temperatur und Feuchte • C0 2 -Messbereich: Frischluft (ca. 400 ppm) bis 4000 ppm (0,04 % bis 4 %) • Schaltausgang 230 V/l 0 A fur Luftungssteuerung mit vier einstellbaren C0 2 -Grenzwerten • Schaltausgang 230 V/l 0 A fur Fehleralarm oder Notbeluftung • Messwertanzeige digital und analog auf LC-Display • Trendanzeige • Kein Abgleich, automatische Kalibrierung • Einfache Stromversorgung durch Steckernetzteil Welche Eigenschaften, Wirkungen und Nebenwirkungen die sehr stabi- le Verbindung eines Kohlenstoffatoms mit zwei Sauerstoffatomen hat, ist in einem groBen Textkasten in diesem Artikel dargestellt. Die Motivation fur den Bau des hier vorgestellten C0 2 - Messgerats ist jedoch nicht die Klima- forschung, sondern die Uberwachung und bei Bedarf auch die Verbesserung der Quality der Raumluft. Die Konzent- ration von C0 2 ist namlich ein guter In- dikator fur die Luftqualitat in Biiro- und Wohngebauden. Ein erhohter C0 2 -Wert zeigt an, dass geliiftet werden sollte. Unser CQ 2 -Messgerat zeigt aber nicht nur den Wert an, sondern verfiigt auch liber eine Grenzwertiiberwachung, die ein Relais ansteuert. Damit kann man zum Beispiel den Motor eines Liif- ters oder den Antrieb einer Liiftungs- klappe bedarfsgesteuert ein- und ausschalten. Sensortechnik Die bekannteste Methode zur C0 2 -Mes- sung ist die NDIR-Methode (Nicht-Dis- persive InfraRot-Absorptionsmessung) . Sie nutzt die Tats ache, dass C0 2 infra- rotes Licht auf einer Wellenlange von 4,27 /dm absorbiert. Mit dieser Methode kann der C0 2 -Partialdruck sehr selek- tiv und genau bestimmt werden (vor allem groBe, absolute C0 2 -Konzentra- tionen). Die Messung kleiner C0 2 -Kon- zentrationen erfordert allerdings einen langen optischen Weg durch das Gas, was eine groBe Bauform und wegen der hochwertigen Optik auch hohe Kosten mit sich bringt. C0 2 -Sensoren auf Basis von Nasselekt- rolyten sind zwar kompakter, konnten sich aber wegen der begrenzten Sta- bility und Haltbarkeit fur den Einsatz im Bereich der Raumluftiiberwachung nicht durchsetzen. Besser geeignet sind Gassensoren, bei denen ein Fest- stoff die Funktion des Elektrolyten ubernimmt. Eine kommerzielle Serien- produktion lieB aber wegen mangeln- der Stabilitat und Reproduzierbarkeit sowie einer zu groBen Abhangigkeit von der Luftfeuchte noch lange auf sich warten. Erst vor einigen Jahren ist es Figaro, dem bekannten japanischen Hersteller von Halbleiter-Gassensoren, gelungen, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem langzeitstabile C0 2 -Sensoren als Standardbauelemente in reprodu- zierbarer Qualitat bei niedriger Feuch- tigkeitsempfindlichkeit hergestellt werden konnen. Das Ergebnis war der Gassensor TGS4160, der bereits in Elektor 11/2004 vorgestellt wurde [1]. 16 elektor - 1/2008 Fiir den hier vorgestellten C0 2 -Mes- ser wird eine miniaturisierte Weiteren- wicklung des TGS4160, der TGS4161 verwendet. Bild 1 zeigt den Aufbau des Sensors, der aus einer C0 2 -emp- findlichen Festelektrolytzelle auf einem keramischen Substrat besteht, das auf der Riickseite beheizt wird, um Tempe- ratureinfliisse auszuschlieBen. Da ein langer andauernder Stromfluss durch die ohnehin sehr hochohmige Messzelle den Sensor zerstoren wiir- de, sollte der Eingangswiderstand der Messschaltung iiber 100 MQ und der Bias-Strom unter 1 pA liegen. Dies lasst sich aber mit einem handelsiib- lichen CMOS-Opamp bewerkstelligen (siehe Bild 2). Der Kaltwiderstand des Heizelements betragt etwa 70 Q. Es wird direkt an 5 V betrieben, wobei sich der Strom bei etwa 50 mA einpen- delt, was einer Heizleistung von rund 250 mW entspricht. Die Messzelle liefert eine EMK (Eng- lisch: EMF), deren GroBe von der C0 2 - Konzentration in der Luft abhangt. Der absolute Wert kann abhangig von Exemplareigenschaften und Lagerung variieren. Dagegen bleibt die Differenz AEMF zwischen der EMF bei 350 ppm C0 2 („Frischluftwert“) und der EMF bei hoheren C0 2 -Konzentrationen sehr stabil. Die AEMF des TGS4161 zeigt ei- nen linearen Zusammenhang mit der auf einer logarithmischen Skala auf- getragenen C0 2 -Konzentration (Bild 3). Das Bild zeigt auch die Unempfind- lichkeit gegeniiber CO und Ethanol. Messmodul Wie schon erwahnt, ist der Sensor auf- grund moglicher Drifteffekte fiir die Messung der absoluten C0 2 -Konzent- ration weniger geeignet. Hingegen lasst sich C0 2 -Konzentration in Bezug zur „natiirlichen“ Frischluft-Konzent- ration sehr gut ermitteln. Fiir die Si- gnalauswertung der Zellenspannung wurde von Figaro eine Mikrocontroller- Firmware mit einem speziellen Messal- gorithmus entwickelt, der den „Frisch- luftwert" als Referenzwert ermittelt und verwendet. Um die Anwendung des C0 2 -Sensors zu vereinfachen, bie- tet Figaro zwei Messmodule an, die neben dem TGS4161-Sensor eine kom- plette, ab Werk abgeglichene Auswer- teschaltung mit einem Mikrocontroller enthalten. Beim Messmodul CDM4161 in Bild 4 ist es ein PIC16LF88. Uber die wichtigsten Daten informiert Tabelle 1, die Anschlussbelegung ist in Tabel- le 2 angegeben. Der analoge Messausgang (Pin 2) lie- fert eine Gleichspannung zwischen Bild 1. Aufbau des Sensors. Die Kathode (Messelektrode) besteht aus einer Lithiumkarbonatschicht (Li 2 C0 3 ) auf Gold, die Anode (Gegenelektrode) nur aus Gold. Dazwischen befindet sich der Festelektrolyt. U H z.B. TLC271 Bild 2. Das Sensorelement muss extrem hochohmig abgeschlossen werden. 1/2008 - elektor 17 MESSTECHNIK Tabelle 1. Kurzdaten (C0 2 -Messmodul CDM4161) Messbereich ca. 400 ppm (Frischluft) bis 4000 ppm C0 2 -Sensor TGS4161 mit Festelektrolyt (Lebensdauererwartung 10 Jahre unter Normalbedingungen) Betriebstemperaturbereich -10 bis + 40 °C Betriebs-Luftfeuchtebereich 5 bis 70 % rel. Luftfeuchte (Kondensation vermeiden) Aufheiz-/Kalibrierdauer 2 Stunden Ansprechzeit 2 Minuten (90 % Anderung) Genauigkeit ca ±20 % vom Endwert Messzyklus-Dauer 1 Sekunde Leistungsaufnahme ca. 300 mW Nennbetriebsspannung 5 V (vergl. Tabelle 2) 80 70 60 50 | 40 | 30 u_ lu 20 10 0 -10 100 1000 10000 Gaskonzentration [ppm] ► 070802-14 Bild 3. C0 2 -Empfindlichkeit des TGS4161 (und Unempfindlichkeit gegeniiber CO und Ethanol). 0 und 4 V, die einer C0 2 -Konzentra- tion von 0 bis 4000 ppm (0 bis 0,4 %) in der Luft entspricht. An Pin 3 steht ein Schaltsignal zur Verfiigung. Dieser Ausgang wechselt von Low auf High (0 V/5 V), wenn ein C0 2 -Grenzwert iiberschritten wird. Durch das Setzen von zwei Jumpern kann man zwischen vier vorprogrammierten Grenzwerten auswahlen (siehe Tabelle 3). Das Modul verfiigt auch iiber drei An- zeige-LEDs fur die Betriebszustande (siehe Kasten LED-Anzeige). Nach dem Einschalten der Betriebs- spannung (5 V an Pin 1) beginnt eine zweistiindige Aufwarm- und Kalibrier- phase. Wahrend dieser Zeit sollte das Modul von frischer Luft umgeben sein, damit der Mikrocontroller die Schal- tung auf den Frischluftwert abgleichen kann. Wahrend dieser Zeit blinkt die grime LED, und die Ausgangsspan- nung an Pin 2 betragt konstant 0,4 V. Wenn diese Phase abgeschlossen ist, brennt die grime LED kontinuierlich. Die wahrend der Aufheizphase vor- gefundene C0 2 -Konzentration bildet Tabelle 2. Anschlussbelegung (C0 2 -Messmodul CDM4161) Pin- Nummer Bezeichnung Details 1 Betriebsspannung + U B 3,5 bis 5,5 V, typisch 5 V, maximale Stromaufnahme ca. 60 mA 2 Messspannungs- Ausgang 0,4 V bis 4 V Gleichspannung (bei 400 ppm bis 4000 ppm C0 2 -Konzentration) 3 Schaltausgang Schaltverhalten siehe Tabelle 3 Low = 0,2 V, High = + U B - 0,6 V (typ. bei 1 mA Belastung), max. Spannung 5,5 V, maximale Belastung 25 mA 4 Fehlersignal-Ausgang Open-Collector-Ausgang, l c = max. 100 mA, U C e = max. 50 V, schaltet nach Masse, wenn Sensorheizung oder Schwellwerteinstellung unterbrochen ist nun den Referenzwert („base line"), bei dem die Schaltung eine Spannung von 400 mV an Pin 2 liefert. Der Mikro- controller nimmt also an, dass die C0 2 - Konzentration beim Aufwarmen etwa 400 ppm betragt. Pro ppm Differenz zum Referenzwert andert sich die Aus- gangsspannung um ca. 1 mV. Eine von 400 ppm abweichende C0 2 -Konzent- ration beim Aufheizen fiihrt zu einem falschen Referenzwert und dadurch zu einem entsprechenden Offset der Aus- gangsspannung und der Schaltschwel- len am Steuerausgangs Pin 3. Um ein ganz allmahliches Wegdriften des au- tomatischen Abgleichs zu vermeiden, sollte das Modul von Zeit zu Zeit fri- sche Luft mit nicht mehr 400 ppm C0 2 zu schnuppern bekommen. Mit Hil- fe eines Tasters auf der Modulplatine las st sich der Referenzwert auch manu- ell zuriicksetzen beziehungsweise neu justieren. Wird dieser Taster gedriickt, so iibernimmt der Mikrocontroller den aktuellen Messwert am Modulausgang als Referenzwert, der 400 ppm zuge- ordnet wird. Das passiert auch beim Driicken des Tasters wahrend der Auf- warmphase. Die grime LED hort dann sofort auf zu Blinken, und das Modul betrachtet sich als aufgeheizt und geht in den normalen Betrieb iiber. Das Tnmmpoti auf der Platine dient nur dem Abgleich im Werk und soil nicht verstellt werden. Auf der Platine gibt es auch noch zwei Messpunkte, die eventuell von Interesse sein konnen: An CP3 liegt das gepufferte Signal des TGS4161-Sensors, und an CP4 ein Temperatursignal, das von einem NTC stammt und der Temperaturkompensa- tion des Sensors dient. Mini-Messmodul 1. Anstelle des CDM4161 lasst sich fiir den C02-Messer auch das neuere Mini-Messmodul CDM4161A (Bild 5) verwenden. Es unterscheidet sich hauptsachlich durch die SMD-Bestii- ckung und den niedrigeren Preis von der groBeren Ausfiihrung. Anstelle des PIC im CDM4161 kommt hier ein kleiner 16-bit-Controller von Renesas zum Einsatz (R5F211B1SP). Die wesentlichen Funktionen sind zwar identisch, ein paar Unterschiede gibt es aber doch zu beachten: 2. Etwas kleinerer Steckverbinder. 3. Kein Reset -Taster auf der Platine. 4. Pin 4 ist kein Fehlersignal- Ausgang, sondern ein Reset-Eingang. An Pin 4 kann ein Taster (SchlieBer) nach 18 elektor - 1/2008 High geschaltet werden, der die glei- che Funktion hat wie der Taster auf der Platine des groBeren Moduls. Die gleiche Wirkung hat auch das Anle- gen eines High-Pegels an Pin 4. 5. Da kein Fehler signal- Ausgang mehr vorhanden ist, liefern Pin 2 und Pin 3 im Fehlerfall ein Signal: Pin 2 geht im Fehlerfall auf Low (0 V), Pin 3 geht im Fehlerfall auf High. Eine fiber Pin 3 aktivierte Liiftung wird somit im Fehlerfall genauso eingeschaltet wie bei zu hoher C0 2 -Konzentration. 6. In der Aufwarmphase geht Pin 2 (C0 2 -Messwert 0 bis 4,2 V) auf 4,5 V (beim groBen Modul sind es nur 0,4 V). 7. Keine Jumper auf der Platine, da- her nur ein einziger, fest eingestell- ter Grenzwert fur das Schaltsignal an Pin 3. Die Schaltschwellen sind: LED-Anzeige (C0 2 -Messmodul CDM4161) Grune LED: Blinkt nach dem Einschalten wahrend der zweistundigen Aufheiz-/Kalibrierphase und leuchtet anschlieBend kontinuierlich, so lange Modul in Betrieb. Gelbe LED: Fehler-LED, blinkt, wenn der Fehlersig- nal-Ausgang gesetztwird (vergleiche Tabelle 1 ). Rote LED: Zeigt Uberschreiten des eingestellten C0 2 -Schwellwerts an, blinkt, wenn der Schaltausgang Pin 3 /High" ist (vergleiche Tabelle 2). Bild 4. Das Messmodul CDM4161 von Figaro enthdlt neben dem TGS41 61 -Sensor eine komplette, ab Werk abgeglichene Auswerteschaltung mit einem PIC-Mikrocontroller (PIC16LF88). Tabelle 3. Jumperbelegung zur Auswahl der Triggerschwellen der Schaltfunktion (C0 2 -Messmodul CDM4161) Einstellung JP3 JP4 C0 2 - Grenzwert (ppm) Schaltausgang Pin 3 Kontakt Relais Rel 1 offen offen 800 720 Low nach High High nach Low schlieBt off net II offen gesetzt 1000 900 Low nach High High nach Low schlieBt off net III gesetzt offen 1500 1350 Low nach High High nach Low schlieBt off net IV gesetzt gesetzt 2000 1800 Low nach High High nach Low schlieBt off net Low nach High bei 1000 ppm, High nach Low bei 900 ppm. 8. Keine LEDs auf der Platine. Basisplatine Die „eigentliche“ Schaltung des C0 2 - Messers in Bild 6 ist auf einer Plati- ne (Bild 7) untergebracht, auf die das C0 2 -Messmodul an K7 ebenso aufge- steckt wird wie das zweizeilige LC- Display an K8. Es sind Buchsen fur beide Modulvarianten (CDM4161 und CDM4161A) vorhanden. Wenn das CD- M4161A-Modul eingesetzt wird, gibt es nur zwei Anderungen gegeniiber dem Aufbau mit CDM4161: Ein Reset- Taster muss extern (an Pin 4) ange- schlossen werden (wenn man ihn ha- ben mochte), und das optionale Relais Re2 entfallt ganz. Bild 5. Die Schaltung der CDM4161 A-Version unterscheidet sich hauptsdchlich durch die SMD-Bestiickung, die Abmessungen und den (niedrigeren) Preis von der groBeren Platine in Bild 4. 1/2008 - elektor 19 MESSTECHNIK L7805ABV D1 rM K3 1N4001 optional PWM input PCI Bild 6. Schaltplan des C0 2 -Messers mit einem Mikrocontroller ATtiny26, der den analogen Messwert des C0 2 -Messmoduls an K7 digitalisiert und ein zweizeiliges LC-Display ansteuert. Die Schaltung selbst ist sehr iiber- sichtlich. Der Mikrocontroller ATtiny26 (IC2) hat lediglich die Aufgabe, den analogen Messwert des C0 2 -Mess- moduls (an Pin 2 von K7) zu digita- lisieren und auf einem zweizeiligen LC-Display darzustellen. Das Display zeigt in der oberen Zeile den aktuellen Messwert und den Trend. Ein Plus- oder Minus-Symbol zeigt an, ob die C0 2 -Konzentration zunimmt Oder ab- nimmt. Zusatzlich wird in der unteren Zeile der Messwert durch eine Balken- grafik auch analog dargestellt, wobei der Balken den gesamten Messbereich von 0 bis 4000 ppm iiberstreicht. Der Kontrast des Displays lasst sich mit PI einstellen. Die Stromversorgung fur die Schaltung inklusive Messmodul ubernimmt der 5- V-Spannungsregler IC1, der an K3 eine Eingangs-Gleichspannung im Bereich von 8 bis 14 V erwartet. Der Strombe- darf der gesamten Schaltung betragt maximal etwa 150 mA. Zusatzlich zur Anzeige der C0 2 -Kon- zentration nutzt der C0 2 -Messer mit dem Relais Rel auch die Grenzwert- Schaltfunktion, die das C0 2 -Messmodul an Pin 3 von K7 zur Verfiigung stellt. Damit lasst sich bei Uberschreiten des Grenzwerts ein Beliiftungs system ein- schalten. An Pin 4 von K7 ist das op- tionale zweite Relais Re2 angeschlos- sen, das im Fehlerfall anzieht und zum Beispiel einen Ausfallalarm oder einen Standby-Liifter schalten kann. Dieses Relais ist wie schon erwahnt nur beim groBen Modul verwendbar, weil ja beim Kompaktmodul Pin 4 von K7 als Reset-Eingang dient. Die in der Stiickliste angegebenen Re- lais schalten 230 V bei maximal 10 A. Programmieren und verwenden Der Aufbau der Schaltung gestaltet sich dank der Platine in Bild 8 ziemlich einfach. Der Mikrocontroller ist im Elek- tor-Shop fertig programmiert erhalt- lich (siehe Stiickliste), man kann ihn aber auch selbst programmieren. Wie (fast) immer finden Sie auf der Elek- tor-Website den Source- und Hexcode zum Download. In der Download-Datei finden Sie auch die sehr wichtige In- formation, wie die „Fuses“ des Mikro- controllers ATtiny26 beim Programmie- ren gesetzt werden miissen. In jedem Fall empfiehlt sich fur den Mi- krocontroller eine Fas sung, damit man ihn gegebenenfalls austauschen oder auch extern programmieren kann. Auf der Platine ist aber auch ein ISP-An- schluss (K6) vorhanden, mit dem der Controller auch direkt auf der Platine mit einem ISP-Programmer (zum Bei- spiel mit dem USB -Prog von ELEKTOR 10-2007) geflasht werden kann. Bevor man Mikrocontroller, LCD und C02-Messmodul auf die Platine steckt, sollte man die Platine noch einmal auf richtige Bestiickung und Lotung kon- trollieren und dann das (Stecker-)netz- teil (8-14 V DC, 150 mA) an K3 anschlie- Ben. Kontrollieren sie nun, ob LED D2 leuchtet und ob an den 5-V-Anschliis- sen von IC2 (Pin 5 und 15) sowie an K7 (Pin 1) K8 (Pin 2) und K6 (Pin 2) auch iiberall 5 V anliegen. Dann das Netzteil wieder abkoppeln und IC2, LCD und C0 2 -Modul einstecken. Noch einmal al- les kontrollieren und Netzteil wieder an K3 anschlieBen. Auf der Modulplatine wird jetzt die grime LED blinken und das LCD 0,04 % C0 2 anzeigen. Wenn 20 elektor - 1/2008 C0 2 - nicht nur furs Klima schadlich C0 2 - auch Kohlenstoffdioxid oder (vereinfacht) Kohlendioxid genannt, ist ein farb- und geruchloses Gas. Ein Kubikmeter wiegt rund 2 kg (die gleiche Menge Luft dagegen 1,3 kg). C0 2 entsteht bei der Verbrennung (und Verrottung) kohlenstoffhaltigen Materials wie Holz und anderer Biomasse, Erdgas, Erdol, Kohle und deren Derivaten, aber auch bei der Atmung von Menschen und Tieren. Pflanzen dagegen nehmen C0 2 aus der Luft auf, um den enthaltenen Kohlenstoff im Organismus einzubau- en. Daher stellt sich in der Atmosphare ein Gleichgewicht ein, das frei- lich, so weib man aus Analysen von Gletschereis, auch ohne Zutun des Menschen gewissen (periodischen) Schwankungen unterworfen ist. Seit Beginn der Industrialisierung in Europa zu Anfang des 19. Jahr- hunderts kommt es durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe (die nichts anderes als umgewandelte Biomasse, also Kohlenstoff-Spei- cher sind) zu einer menschengemachten, kontinuierlichen Zunahme der C0 2 -Konzentration in der Atmosphare. Bei der Verbrennung von 1 Liter Heizol/Diesel entstehen (neben rund 10 kWh Warmeenergie) 2,6 kg C0 2 , bei 0,9 m 3 Erdgas (entspricht ebenfalls 10 kWh) sind es rund 2,1 kg. Die weltweite Emission soli 36 Milliarden Tonnen pro Jahr betragen. Inzwischen ist der C0 2 -Anteil so hoch wie seit mindestens 400.000 Jahren nicht mehr, was zusammen mit anderen Treibhausga- sen wie Methan (das hauptsachlich aus der Landwirtschaft stammt) zu einer globalen Erwarmung mit nie gekannter Geschwindigkeit fuhrt. Ein paar Zahlen: In frischer Aubenluft herrscht im weltweiten Mittel eine C0 2 -Grundkonzentration von ca. 380 ppm (Parts per Million = 0,0001 %, hier bezogen auf den Volumenanteil in der Luft). Pro Jahr kommen 1,5 bis 2 ppm hinzu. Zum Vergleich: Die C0 2 -Konzentration vor rund 20.000 Jahren lag bei lediglich 220 ppm, zu Beginn der In- dustrialisierung (1850) waren es etwa 260 ppm. Naturlich ist die Kon- zentration in Stadtluft noch hoher als 380 ppm, was vor allem mit der Gebaudeheizung und dem Strabenverkehr zusammenhangt. Typische Werte liegen bei 700 ppm und mehr. Diese Zahlen werden in geschlossenen Raumen aber noch weit uber- troffen - vor allem, wenn sich viele Menschen gleichzeitig darin aufhal- ten. Die Konzentration an C0 2 in der menschlichen Ausatemluft liegt bei 4 bis 5 %, was fur andere Personen - direkt eingeatmet - im wahr- sten Sinne des Wortes schwindelerregend ware. Bei jedem Atemzug atmet ein Erwachsener rund 30 ml Kohlendioxid aus, bei 1 6 Atemzu- gen in der Minute ergeben sich rund 30 Liter pro Stunde. Befinden sich zehn Personen in einem 80 m 2 groben Raum (3 m hoch), so verdoppelt sich die anfangliche C0 2 -Konzentration von 500 ppm auf 1000 ppm innerhalb von nur 1 ,5 Stunden. Bei 40 Menschen - was noch nicht ein- mal eine enge Bestuhlung bedeutet - liegt die Konzentration aber schon nach 1 Stunde bei 3.000 ppm (!). In der Praxis wurden in Klassenzim- mern nach dem Unterricht schon 4.000 ppm und in Kinos sogar schon Spitzenwerte von 7.000 ppm gemessen! Was bedeutet das Ganze nun fur die Gesundheit? In normalen Kon- zentrationen ist Kohlendioxid ungiftig, der MAK-Wert (maximale Arbeits- platz-Konzentration fur einen Acht-Stunden-Arbeitnehmer) liegt bei immerhin 0,5 % oder 5.000 ppm. Kurzzeitig werden noch Konzent- rationen von 20.000 ppm, das sind 2 %, vertragen. Ab 3 % stellen sich Atembeschwerden ein, ab 6 % soil es zu Lahmungserscheinungen kommen. Die todliche Dosis liegt bei 8 bis 10 %. In der Tat kommen Todesfalle in Brunnen, Kellern, Silos (vor allem durch Garprozesse), Bergwerken und so weiter vor. Ahnlich wie bei den weitaus giftigeren Gasen Kohlenmonoxid (entsteht vor allem bei Branden) oder Schwefel- wasserstoff (Jauchegruben und Biogasanlagen) sol Ite man bei Unfallen auf keinen Fall selbst eine Rettung von bewusstlosen Personen versu- chen, denn das Gas ist schwerer als Luft und sammelt sich in Gruben, Senken und tief gelegenen Raumen. Eine Kohlendioxid-Katastrophe er- eignete sich 1986 im Kamerun, als der Vulkankratersee Nyos rund 1,6 Millionen Tonnen des Gases ausstieb. Unglucklicherweise „floss" dieses in zwei tiefer gelegene Taler und erstickte dort rund 1 .700 Menschen und unzahlige Tiere. Obwohl in diesem Fall das C0 2 die sauerstoffhaltige Luft verdrangte, ist die Ansicht falsch, dass dessen schadliche Wirkung nur auf diesem Effekt beruht. Schon eine C0 2 -Konzentration von uber 2 % fuhrt zu einer Beeintrachtigung des Atemzentrums. Daruber hinaus wird nun mehr C0 2 im Blut gelost, was das Blut saurer macht (man denke an sauren Sprudel, was nichts anderes als Mineralwasser mit darin ge- lostem C0 2 ist). Dies wiederum bewirkt, dass der rote Blutfarbstoff 25000 500 A 1860 1880 1900 1920 1940 1960 Jahr ' [> 1980 2000 070802 - 15 Quelle: www.volker-quaschning.de C0 2 -Volumenanteil und Effekte (Angaben in %) 0,038 Globaler Durchschnittswert (= 380 ppm) 0,07 Stadtluft im Freien 0,08 Zunehmende Geruchsempfindlichkeit 0,14 Stadtluft in Wohnungen 0,4 Maximalwerte in Klassenzimmern 0,5 MAK-Wert fur C0 2 (= 5000 ppm) 2 Kurzzeitig vertragener Wert 2,5 Beginnende Rauschzustande bei Tauchern 3 Beginnende Atembeschwerden 4 - 5,2 Ausatmungsluft 5 Auftreten von Schwindel und Bewusstlosigkeit 6 - 8 Lahmungserscheinungen 8 - 10 Todliche Dosis Hamoglobin weniger Sauerstoff binden kann. Beide Effekte fuhren zu einer verminderten Versorgung der Korperzellen mit Sauerstoff, und das wohlgemerkt auch bei normal gebliebener Sauerstoffkonzentration in der Luft (etwa 21 %). Man kann sich daher in keinem Fall auf eine Kerze als Sensor verlassen! Auch schon bei viel niedrigeren C0 2 -Konzentrationen kommt es zu Beeintrachtigungen der Gesundheit und des Wohlbefindens. Schon ab 800 ppm steigt die Empfindlichkeit gegenuber Geruchen, was wohl zum subjektiven Empfinden von „schlechter Luft" beitragt. Es sind zwar noch diverse andere Stoffe fur die Luftqualitat ausschlaggebend, den- noch kann C0 2 als „Leitsubstanz" fur die Ermittlung der Luftqualitat in Innenraumen genutzt werden. Vor allem, wenn man einen „belasteten" Raum betritt, verspurt man das unmittelbare Bedurfnis nach frischer Luft („Konferenzraumeffekt"). Umgekehrt bedeutet das: Wer sich in einem solchen Raum aufhalt, nimmt die hohere und hoher werdende C0 2 -Konzentration unter Umstanden gar nicht mehr wahr. Genau daher ist unser Messgerat nutzlich, das neben einer absoluten Anzeige der Kohlenstoffdioxid-Konzentration auch eine Trendanzeige bietet. 1/2008 - elektor 21 MESSTECHNIK Bild 7. Die Platine wird im Wesentlichen mit dem Messmodul, dem LC-Display, dem Mikrocontroller und einem (oder zwei) Relais bestuckt. das Display nichts anzeigt, kann es an der Kontrasteinstellung mit PI liegen. Wenn Sie jetzt den Reset-Taster des Messmoduls betatigen, wird die grii- ne LED aufhoren zu blinken und dau- ernd leuchten, gleichzeitig wird sich der angezeigte Messwert schon etwas andern. Wenn Sie den Sensor jetzt ver- brauchte (ausgeatmete) Luft schnup- pern lassen, wird der angezeigte Mess- wert deutlich ansteigen. 1st so weit alles in Ordnung, konnen Sie den C0 2 -Messer wieder ausschal- ten und in frischer Luft wieder ein- schalten, um ihn die zweistiindige Aufwarm- und Kalibrierphase durch- laufen zu lassen. AnschlieBend ein- geschaltet lassen - der C0 2 -Mes- ser ist jetzt bereit fur Ihre Mess- und Uberwachungsaufgaben! (070802e) Links: www.figaro.co.jp/en/make_html/item_2_sen 11211 5.html (Datenblatter) www.unitronic.de (Distributor fur Figaro) Bild 8. Auf der Riickseite der Platine ist das C0 2 -Messmodul CDM CDM4161 montiert. Stuckliste Widerstande: R1 ,R3 = 10 k R2 = 1 k R4 = 47 k PI = Trimmpotentiometer 10 k Kondensatoren: Cl ,C2 = 10/i/25 V, radial C3..C5,C7 = 100 n C6 = 1 0 yu/25 V, radial Halbleiter: D1 ,D3,D4 = 1N4001 D2 = Low-current-LED T1 = BC547B IC1 = 7805 IC2 = Attiny26-1 6PC (programmiert: 070802-41*) AuBerdem: LI = lO/iH ( Festi nd u kti vitat) LC-Display, 2x16 Zeichen, z.B. Dis- playtech 1 62 K1,K2 = 3-polige Anschlussklemme, RM 7.5 mm K6 = 2x5-polige Stiftleiste, gewinkelt, RM 2,54 mm Rel , Re2* = 5V-Relais SPDT 250V/10A AC, z.B. Panasonic JW1 FSN-5V Figaro C0 2 -Messmodul CDM41 61 oder CDM41 61 A (siehe Text) Platine 070802-1* oder Bauteilsatz 070802-71 * (komplett mit alien Bautei- len, Platine, programmiertem Controller und C0 2 -Modul) Hinweis: Software- und Layout-Download (gratis) bei www.elektor.de *siehe Elektor-Shop-Anzeige im Heft und www.elektor.de 22 elektor - 1/2008 NEU bei Elektor +++ Workshops +++ Seminare +++ Masterclasses +++ Auch in Ihrer Nahe +++ Jetzt anmelden! +++ NEU bei Elektor +++ Elektor-Workshops Rohren in Audio- und Instrumentalverstarkern fiir Audio- und E-Gitarrenfreaks sowie Selbstbauer Programmpunkte Rohren-Workshop (Anderungen und Erganzungen vorbehalten) Totgesagte leben langer! Das gilt erst recht fur die Rohrentechnik, die seit einigen Jahren wieder richtig aufbluht und somit auch die Mythen und Marchen, die sich um die Rohren und deren Technik ranken. Es ist also an der Zeit, das Wissen um die alte-neue Technik wieder aufzufrischen bzw. sich anzueignen. Nutzen Sie hierfur die von Elektor angebotenen Rohren-Workshops! Elektor hat zwei renommierte Referenten gewinnen konnen: MENNO VAN DER VEEN (international bekannter Entwickler von Rohrenverstarkern) und RAINER ZUR LINDE (anerkannter Autor vieler Bucher zum Thema Rohren). Beide vermitteln technisches Wissen von Grund auf und rucken so die Mythen und Marchen zurecht. Termin Anmeldeschluss: 07.01 .2008 Leipzig (Radisson SAS Hotel) Samstag, 12. Januar 2008 von 10:00 Uhr bis ca. 16:00 Uhr Teilnehmerbeitrag: 1. Vorverstarkung Definition von p, S und Rj Inkonstanz der drei RohrengrundgroBen Die Arbeit mit Kennlinienfeldern Aussagekraft und Zuverlassigkeit von Kennlinienfeldern Die eingeschrankte Aussagekraft von Formeln; Kennlinien- felder besitzen eine groBere Aussagekraft Statische Lastgerade, Aussteuerung und Verstarkungs- faktor, effektive Ausgangsimpedanz Dynamische Lastgerade, Berechnung von C aus , f_ 3L und Katodenkondensator fur den tieffrequenten Bereich Frequenzverhalten im oberen Audiobereich Die Rohre als Modell: Herleitung der grundlegenden formel- maBigen Zusammenhange; Kennlinien und Interpretation grafischer Daten als Grundlage fur den Schaltungs- entwurf von Eingangs-Audio-Verstarkern Trioden und Pentoden als Anfangsstufenverstarker: unterschiedliche Anforderungen im Hifi- und Instrumental- verstarkerbereich Periphere Beschaltung und ihre Wirkung auf das Uber- tragungsverhalten 2. Endstufen Eintakt-Stufen (SE) und ihre Eigenschaften; die Bedeutung des Luftspaltes beim Ausgangsubertrager Gegentakt-Endstufen (PP) und ihre Eigenschaften; Bestimmung nach Thomson, Berechnung von Klasse-A, -AB und B. Vor- und Endstufenschaltungstechnik der Instrumental- verstarker Spezielle Schaltungstechniken und soundbestimmende Elemente: Signalaufbereitung und Frequenzgang- beeinflussung - Der Verstarker als Teil des Instruments Beispielhafte Schaltplananalyse legendarer Gitarren- verstarker: Klangformung in den Vorstufen Die Besonderheiten von Instrumentalverstarker- Endstufen: Schaltungen kommerzieller Gerate im Eintakt- und Gegentaktbetrieb 3. Transformatoren Eintakt-Stufen (SE) und ihre Eigenschaften; die Bedeutung des Luftspaltes beim Ausgangsubertrager 4. Gegenkopplung Der Kostenbeitrag betragt proTeilnehmer 124,00 EUR (inkl. Mittagsbuffet mit kalten Speisen und Getranken + Zertifikataushandigung). Achtung: Elektor-Abonnenten erhalten 5% Rabatt! Alle interessierten Teilnehmer erhalten nach Lokale Gegenkopplung und Uber-alles-Gegenkopplung Die formelmaBige Darstellung der Gegenkopplung (A, Z aus , THD ...) Stabilitatsanforderungen im tieffrequenten Ubertragungs- bereich Stabilitatsanforderungen im hoherfrequenten Audiobereich Das „Menno-Kriterium“ Die besonderen Wirkungen der Gegenkopplung im Instrumentalverstarker + + + ihrer Anmeldung umgehend eine Bestatigung mit alien weiteren Einzelheiten. 5. Nachbesprechung Aktuelle Infos & Anmeldung nur unter 23 ENERGIE SPAREN Funk Wenn es nach der Griinen-Chefin Kiin- ast ginge, dann wiirde die Standby- Funktion elektrisch betriebener Gerate generell verboten. In diesem Sinne je- denfalls auBerte Sie sich im Friihling letzten Jahres - eine Provokation, die von der Presse dankbar aufgenommen wurde. Auch wenn so eine MaBnahme fur Couch-Potatoes sicherlich gesiin- der ware, da so abendliches Fernsehen in fast unertraglichen Sport ausarten wiirde, und selbst wenn dies tatsach- lich volkswirtschaftlich und okologisch sinnvoll ware, so bleibt doch die Frage, ob der gemeine Alltagsmensch sich die Abschaffung der Fernbedienung einfach so vorschreiben lassen wiirde. Eher wiirde wohl die Holle zufrieren... Verschwender Tatsachlich sind nicht wenige Gerat- schaften der Unterhaltungsindustrie in Sachen Standby-Schaltung eher schlecht als recht konstruiert. Preis- werte Satellitenreceiver haben in der Regel kein extra Netzteil fiir die Stand- by-Schaltung. Oft sind sogar groBe Teile der Elektronik weiter sinnlos in Betrieb und lediglich das Display ist aus kosmetischen Griinden ab- geschaltet. Solchen schaltungstech- nischen Nachlassigkeiten kommt man unter Umstanden schon durch bloBes Handauflegen auf die Spur: Schlimme Ruhestromverbraucher werden nam- lich auch inaktiv ganz schon warm. Genauer (aber nicht ohne Tiicken: es griiBen Effektivwerte und die Phasen- verschiebung) ist natiirlich das Messen des Energieverbrauchs. Doch nicht nur Billig-Fernostware ge- hort an den Pranger. Auch manches Marken-TV-Gerat der Rohren-Ara, das immer noch klaglos seinen Dienst tut, verbraucht einige Watt zuviel beim Nichtstun. Und es ware eine echte dkomilchmadchenrechnung, einen funktionierenden Fernseher nur we- gen zu hohem Standby-Verbrauch zu entsorgen. Ein neues Gerat benotigt bei Herstellung und Transport ja auch Energie - und das nicht zu knapp. Ge- radezu verriickt ist die Tatsache, dass sich auf dem Gebiet des hochsten High-Tech, bei Computern und deren Peripherie, die iibelsten weil vermeid- baren Okoschweinereien abspielen. So haben die allermeisten Gerate heutzu- tage keinen echten Netzschalter mehr, sondern sind auch ohne Fernbedie- nung mit einer Standby-Schaltung be- gliickt, die dann via Niedervolt -Taster pseudo-ausgeschaltet immer noch ei- nige Watt wirklich sinn- und zwecklos verheizt. Und die Ladeteile moderner Laptops haben schon iiberhaupt gar keinen Schalter. Die Elektronik dieser Schaltnetzteile bleibt also praktisch immer am Netz. Sparer Soweit die unbefriedigende Ausgangs- lage, die wohl dem Preisdruck und der Gedankenlosigkeit der Konsumenten wie auch dem konsequenten Nicht - handeln der Politik geschuldet ist, denn leider ist die Angabe der Ener- gieaufnahme im Standby-Modus (und ausgeschaltet) nicht zwingend vorge- schrieben. Anzunehmen, dass sich die Kaufer trotzdem diese Daten miihsam besorgen und sich dann danach rich- ten, ware ziemlich blauaugig. Doch bei den explodierenden Energiepreisen macht das Kleinvieh der Standby-Ver- schwendung eben auch eine Menge Energie aus, die sich einsparen lasst. Das konnte etwas an der Gedanken- losigkeit andern. Mochte man aber nicht mit Kiinastscher Logik zu iiber- zogenen MaBnahmen greifen Oder al- ternativ in die Haltung „kann man ja eh nichts machen" verfallen, dann gibt es mit Cleverness und Elektronik im- mer Wege, Energieverschwendung zu reduzieren, ohne dabei steinzeitliche Verhaltnisse akzeptieren zu miissen. In Sachen PC & Peripherie gibt es eine relativ einfache Losung: Eine schalt- bare Steckdosenleiste und notfalls eine Master-Slave-Steckdosenleiste schaffen das Problem aus der Welt. Und wer nicht unter den Tisch krie- chen, aber auch keine Kabel auf dem 24 elektor - 1/2008 tioniert auch mit der Fernbedienung! Von Dr. Thomas Scherer Wdhrend fiir Unterhaltungselektronik modernster Fertigung die Vokabel Energiesparen langsam kein Fremdwort mehr ist, verschwenden viele Millionen dlterer und auch neuerer Gerdte viel zu viel Energie im bequemen Standby-Betrieb. Das bier beschriebene Vorschaltgerdt spart Strom - ohne den Komfort einzuschrdnken! i 230V « Eingang 230V" Leitung a Netzteil Anti-Standby d Relais A 230Vz Leitung => V Logik Ein wenn IR-Befehl Oder Taster gedriickt Aus wenn Strom zu klein (Standby-Strom) <= 2 230V* Aus gang 2 Taster ,ein Bild 1. Die Blockschaltung des Anti-Standby-Switch. Schreibtisch haben mochte, der wah- le ein schickes Modell mit herausge- fiihrtem Schalter, wie an anderer Stelle dieser Ausgabe erwahnt. Und die ge- nauere Inspektion der technischen Da- ten vor der nachsten Neuanschaffung ist von einem Elektroniker eigentlich nicht zu viel verlangt, Oder? Bei Geraten der Unterhaltungselekt- ronik aber haben so simple MaBnah- men wie die schaltbare Steckdosen- leiste einen entscheidenden Nachteil: Ein- und Ausschalten lassen sich da- mit nicht mehr per Fernbedienung er- ledigen. Ein echtes Manko vor allem dann, wenn man den Geratepark aus Bequemlichkeit haufig langer als no- tig eingeschaltet sein lasst Oder ganz vergisst, diesen Zusatz-Netzschalter auch zu betatigen. Fiir die Vergess- lichen gibt es daher Vorschaltgerate (Standby-Safer etc.), die anhand des flieBenden Stroms das Gerat iiberwa- chen und kurz nach dem Ubergang in den Standby-Modus den „Saft“ kom- plett abdrehen. Der groBe Vorteil einer solchen Losung ist, dass praktisch nie unniitzer Standby-Strom flieBt. Der groBe Nachteil ist, dass sich das Ge- rat nicht mehr per Fernbedienung ein- schalten lasst. Zuvor muss namlich am halbintelligenten Standby-Switch ein Taster zwecks Wiedereinschalten ge- driickt werden, und das ist nur die hal- be (mogliche) Miete. Nach dem Motto: „Wenn schon Elektro- nik, dann aber richtig!" sollte ein wirk- lich „intelligentes“ (und komfortables) Vorschaltgerat auf Tastendriicke einer Infrarot-Fernbedienung reagieren und - fiir den Benutzer vollig unmerklich - gleichzeitig die Stromzufuhr aktivie- ren, wahrend das iiberwachte Gerat eingeschaltet wird. Auf diese Weise werden Luxus und Okologie sinnvoll vereint. Und genau das macht die hier vorgestellte Schaltung. Anti-Standby-Vorsatz Dem aufmerksamen Leser diirfte nicht entgangen sein, dass ein Vor- schaltgerat mit Ruhestromabschal- tung und infraroter Einschaltung im Prinzip nichts anderes ist als eine Art externe Standby-Schaltung. Und das ist komplett richtig. Der zentrale Unterschied zu „han- delsiiblichen" bzw. „schon einge- bauten" Standby-Losungen ist, dass 1/2008 - elektor 25 ENERGIE SPAREN Bild 2. Die Schaltung des Anti-Standby-Switch enthdlt zwei Spannungsregler, drei achtpolige ICs und ein bistabiles Relais die hier vorgestellte Schaltung kon- sequent auf Energiesparen getrimmt ist. Und auBerdem reagiert sie auf fast jeden Tastendruck fast jeder IR-Fernbedienung. Man stiilpt also einem vorandenen Gerat mit schlech- ter Standby-Elektronik eine externe, aber sehr sparsame Standby-Losung iiber und reduziert so sehr wirksam den Standby-Strom. Die Anti-Stand- by-Schaltung ist also genau genom- men ein Standby-Verbesserer. Und da sie universell auf Fernbedienungen reagiert, braucht da nichts konfigu- riert und eingestellt zu werden. Diese Vorschaltlosung funktioniert wirklich „plug&play“. Damit ist die prinzipielle Funktion des Vorschaltgerats auch schon umfassend beschrieben. Bild 1 zeigt die dafiir noti- gen Detailfunktionen. Die Schnittstelle zur AuBenwelt besteht aus einem 230- V-Ein- und Ausgang sowie aus einem Infrarot-Sensor und einem Taster fur manuelles Einschalten - insgesamt vier Funktionseinheiten. Wird auf einer Infrarot-Fernbedienung eine Taste betatigt und wird dies vom IR-Sensor (3) registriert, so macht der Signaldetektor daraus einen (oder meh- rere) Trigger-Impuls(e) fur die Steuerlo- gik der Schaltung. Diese schaltet dar- aufhin das Relais (d) ein und der 230- V-Ausgang (2) steht unter Spannung. AuBerdem wird ab jetzt fur zumindest einige Sekunden der flieBende Strom fiber wacht (c). Erkennt die Logik Nor- malbetrieb, dann bleibt das Relais ak- tiv. Sinkt der Strom unter einen mit (e) einstellbaren Schwellwert, wird das Relais nach einigen Sekunden deakti- viert und der Netzausgang ist strom- los. Mit dem Taster (3) kann man ma- nuell einen Tastendruck auf der Fern- bedienung simulieren. Da Elektronik ohne Strom nicht funktioniert, braucht man noch ein Netzteil (a). So einfach funktioniert ein Blockschaltbild. ;-) Sparsame Elektronik An der Schaltung kann man nachvoll- ziehen, wie die zuvor spezifizierten Kriterien (insbesondere der geringe Energieverbrauch) in konkrete Elektro- nik umgesetzt werden - und das ganz ohne Spezialbauteile. K1 und K2 in Bild 2 entsprechen dem 230-V-Ein- und Ausgang von Bild 1. Schon das Netzteil ist fur das Ener- giesparen wichtig: Wiirde man nam- lich konventionelle Spannungsregler aus der 78XX- bzw. 79XX-Reihe ein- setzen, dann ware hier schon ein Ru- hestrom von 5... 6 mA fallig, was an gut 20 V-Eingangsspannung (nach Gleichrichtung und Siebung) leicht fiber 100 mW bedeutet. Da sparsame Spezialregler nicht iiberall erhaltlich und relativ teuer sind, wurden einstell- bare Varianten gewahlt. Diese liefern bei einem Ruhestrom von rund 1,5 mA (= 30 mW) eine ausreichend stabile Ausgangsspannung. Weitere Spariiberlegungen betreffen das eingesetzte Relais. Solid-State- Relais konnte man zwar energiearm ansteuern, doch deren Restspannung im durchgeschalteten Zustand von gut 1 V wiirde bei bis zu 1 A Last (durch ein groBeres TV- Gerat) immerhin schon 1 W sinnlos verplempern. Ein konventi- onelles Relais hingegen brauchte dau- ernd Strom, wenn die Kontakte ange- zogen sein sollen. Bei gangigen Typen mit ordentlichen 230-V-Kontakten wird da ebenfalls leicht ein ganzes Watt fal- lig. Also muss ein unkonventionelles, namlich ein bistabiles Relais her (siehe Kasten). Hier wird nur kurzfristig wah- rend des Schaltvorgangs Energie ver- braucht, sodass man so ein Relais en- ergetisch glatt vernachlassigen kann. Ein Widerstand als Stromsensor verbietet sich aus nahe liegenden (Heiz-)Griinden. Hier wird ein Selbstbau-Trafo aus einer konventionellen Ringkern-Entstorspu- le (Bild 3) verwendet, dessen Primar- wicklung aus drei bis vier selbst her- 26 elektor - 1/2008 gestellten Windungen isolierter Litze mit 0,5 mm 2 Querschnitt besteht. Die Induktivitat spielt keine Rolle, und da solche Spulen iiblicherweise 30. ..40 Windungen aufweisen, ergibt sich ein ,,Stromfiihltrafo“ mit einem Windungs- verhaltnis von etwa 1:10. Die Sekun- darspannung wird durch A1 etwa 23-fach und durch A2 nochmals um den Faktor 48 verstarkt und einweg- gleichgerichtet. Die Gesamtverstar- kung kann mit dem Empfindlichkeits- regler PI etwa im Bereich 50... 1000 eingestellt werden. Da der IC4-inter- ne Schwellwert fiir Standby bei -0,5 V liegt (die Spannung liegt an C8 an), reicht hierfiir ein Spannungsabfall um 0,1 mV an der Primarwicklung von Tr2. Wem die Empfmdlichkeit nicht ausrei- Bild 3. Tr2 der Schaltung besteht aus einer kleinen Ringkern- Entstorspule, auf die zusdtzlich 3...4 Windungen aufgebracht werden. cht, der kann R8 vergroBern Oder aber in die Software eingreifen und da die Konstante Sensivity reduzieren - Wer- te unter 50 sollten aber vermieden werden. C8 ist der Speicherkondensa- tor fiir die dem Strom entsprechende Gleichspannung (Schwellwert -0,5 V) der mit der Summe aus R6, R10 und Rll eine Zeitkonstante von 50 ms bil- det. R6 begrenzt dabei lediglich puls- formige Ladestrome. IR-Sensor und Signaldetektor ist in IC5 vereint, das typischerweise weniger als 1 mA an 5 V benotigt. Von diesem IC gibt es unterschiedliche Ausfiih- rungen, die bei Modulationsfrequenzen Bild 4. Bestiickung der Platine (Layout-PDFs als Gratis-Download bei www.elektor.de). zwischen 30 und 56 kHz maximal emp- findlich sind. Experimente haben aber gezeigt, dass sie so schmalbandig gar nicht sind. Mit den insgesamt acht un- terschiedlichen Fernbedienungen des Autors plus dreien seiner Nachbarn er- gaben sich unterschiedslos Reichwei- ten von iiber 10 m mit der Variante fiir 36 kHz. Man kann also fast ein belie- biges Exemplar verwenden. Nun zur Logik: Ein Mikrocontroller sieht nur auf den ersten Blick nach Stromverbrauch aus. Das hier verwen- dete 8-Pin-Modell ATtiny25 von AVR benotigt allerdings weniger als 100 /jA , wenn man es schon langsam mit dem eingebauten 128-kHz-Takt betreibt. Die sechs I/O-Pins und der niedrige Takt reichen vollstandig fiir diese, ei- nen Mikrocontroller doch eher unterfor- dernde Aufgabe aus. Wer die Software komplexer ausbauen mochte, der kann Bild 5. Die fertig bestiickte Platine des Anti-Standby-Switch. 1/2008 - elektor 27 ENERGIE SPAREN Stuckliste Widerstande: R1 , R3 = 820 Q R2 = 3I<3 R4 = 2I<4, 1% R5...R7, RIO = 10 k R8 = 2k2 R9 = 220 k R1 1 = 470 k R12 = 1 1<8 R13 = 100 a R14 = 220 Q R15 = 22 k PI = Tri mm potentiometer, 50 k oder 47 k, liegend, kleine Ausfuhrung Kondensatoren: Cl = 100 n/250 V~ C2, C4 = 470 ///l 6 V C3 # Cll = 10 /VI 6 V C5 = 1 00 /i/1 6 V C6 # C7, C9, CIO = 100 n/63 V C8 = 220 n/63 V Cl 2 = 10 n/63 V Halbleiter: Dl, D2 = BAT43 (Schottkydiode) LED1 = LED, 5 mm, rot Brl = B40C800, 4-poliger Rundgleichrichter IC1 = LM317T (T0220) IC2 = LM337T (T0220) IC3 = MC341 51 IC4 = ATtiny25-l 0V* (programmiert: 070797-41) IC5 = TSOP 1 736 (IR-Empfanger 36 kHz*) IC6 = TLC272 oder TL062* AuBerdem: FI = 3,1 5AT + Sicherungshalter fur Platinenmontage Rel = 1 2 V bistabil* (1 x UM) mit 1 6-A-Kon- takt, z.B. Finder 40.61 .6 1 2V (Reichelt) SI = Taster (1 x Ein) Trl = 2x7, 5V* (1,5 VA) Tr2 = Ringkern-Entstorspule 2A (+ 4 Wind. 0,5 mm2)* K1 , K2 = 3-polige Schraubklemme fur Plati- nenmontage, RastermaB 5,08 mm K3 = 2x3-poliger DIL-Pfostenstecker Gehause TEKO Dl 3 (1 35,5x1 50x54 mm, erhaltlich z.B. bei Reichelt Elektronik) Platine 070797-1 (erhaltlich im Elektor- Shop, siehe Anzeige in diesem Heft und www.elektor.de) * siehe Text r WD. Osc. 12a kHz; Start-up time PWRDWN/RESET: 6CK/14CK + E rWD.Osc. 120 kHz; Start-up time PWRDWN/RESET: 6CK/14CK + 4 P WD Osc. 120 kHz; Start-uptime PWRD'WN, RESET 6CK/14CK + & r Ext. Low -Free. Crystal, Start-uptime PWRDWN/RESET: 1KCK/14CK r Ext. Low-Freq. Crystal, Start-up time P WRD WN/RESET: 1KCK/14CK r Ext. Low -Free . Qvstal Start -ud time PWRD'WN. RESET: 32KCK/14CI v | <_ J > V Auto ' /erify V Sman 'Warnings Program Verify Read Entering programming mode.. OK! Reading fuses .. 2 1M14J07 14:27:15 23QU SOHzlB EH50160 t1/t5;07 10:31:59 230 U SQHzlB EN5010G PREU BACK NEXT PRINT USE 50.02 Hz <3> 0:00:35 ~2x E3 Links der Stromverlauf einer Leuchtstofflampe mit induktivem Vorschaltgerat, rechts der pulsformige Strom eines etwas dlteren DVD-Spielers. gesehen vom Bereich kleiner Leistungen ist das fur den Hausgebrauch wohl ausreichend. Beim Messen von Leistung und Energie am Wechselstrom- netz ist die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom zu berucksichtigen. Im Gegensatz zu den eingangs erwahnten Gluhlampen stellen viele Gerdte komplexe Ver- braucher dar. Spannung und Strom sind dann nicht in Pha- se, und die angezeigten Werte konnen von den tatsach- lich aufgenommenen Leistungen abweichen. Messtechnisch schwierig sind Leistungsmessungen an Geraten mit Schalt- netzteilen. Haufig treten hier sowohl Phasenanschnitt-Er- scheinungen als auch Phasenverschiebungen auf. Prazise Leistungsmessungen sind nur mit relativ hohem messtech- nischem Aufwand moglich. Ein anderes Problem ist das Messen von Leistungen an Geraten mit sehr geringer Lei- stungsaufnahme wie bei Geraten im Standby-Betrieb. Ge- rade hier ist es nicht unerheblich, ob ein Gerdt nach dem „Ausschalten" noch 1 W oder 5 W verbraucht. Mehrere getestete Energiemesser konnten sich hier nicht entscheiden, die Anzeige wechselte sprunghaft zwischen unterschiedli- chen Werten. Andere Modelle zeigten falsche Werte weit auBerhalb der Toleranzgrenzen. Bei einigen Modellen fin- det man in der Bedienungsanleitung die fur die Kaufent- scheidung durchaus wichtige Information, dass sie nicht zum Messen kleiner Leistungen geeignet sind. Der Test Das ELEKTOR-Labor hat die neun ausgewahlten Haushalts- Energiemesser an unterschiedlichen Lasten getestet und die Messwerte mit den Messergebnissen eines professionellen Leistungsmessers verglichen. Vergleichsgerat war der Fluke Power Quality Analyzer 434, der uns von Fluke fur diesen Test zur Verfugung gestel It wurde (siehe Foto). Mit einem 1/2008 - elektor 31 INFO & MARKT MESSGERATE Effektivwert und cos cp Die elektrische Leistung P lasst sich durch das Messen der Spannung U und des Stroms I ermitteln. Die Leistung ergibt sich aus der einfachen Beziehung P = U • I. Bei Wechselstrom haben U und I keine konstanten Werte, sondern andern sich periodisch mit der Frequenz. Die Spannung im 230-V-Netz hat sinusformigen Verlauf, in Europa betragt die Frequenz 50 Hz. Die Leistung P ist auch hier gleich U • I, wenn fur U und I die Effektivwerte eingesetzt werden. Der Effektivwert eines wechselformigen Stroms ist gleich dem Wert eines gleichformigen Stroms , der an dem Widerstand R innerhalb des Zeitintervalls T die gleiche Energiemenge wie der wechselformige Strom in Warme umsetzt. Mathematisch lasst sich der Effektivwert durch Integration uber eine halbe Periode der wechselformigen Grobe berechnen. Die wechselformige Grobe wird in (unendlich kleine) Intervalle unterteilt, aus den zugehorigen Werten wird der quadratische Mittelwert gebildet. Fur den Effektivwert eines Stroms i gilt: •2 -2 -2 -2 17+ 17+ 17... I 1 2 3 n n Bei sinusformigen Groben vereinfacht sich die vorstehende Be- ziehung, wobei der Scheitelwert des Stroms ist: /v / = — eff 47 Wenn die Last induktive oder kapazitive Anteile enthalt oder das Prinzip der Phasenanschnitt-Steuerung angewendet wird, lassen sich Effektivwerte nur mit komplizierteren Methoden be- rechnen. Einige Energiemesser sind damit uberfordert, sie zei- gen unter Umstanden falsche Werte an. Beim Betrieb eines Elektromotors sind Strom und Spannung in- folge des induktiven Lastanteils phasenverschoben. Der Motor setzt nicht die gesamte aufgenommene Energie in Nutzenergie um. Mit einem Teil der aufgenommenen Energie wird das ma- gnetische Feld aufgebaut. Der Strom eilt hier der anliegenden Spannung nach. Die Phasendifferenz von Spannung und Strom wird als Kosinus des Phasenwinkels cp ausgedruckt. Der Wert cos cp = 1 bedeu- tet, dass Spannung und Strom in Phase sind. Mit zunehmender Phasenverschiebung wird der Wert von cos cp kleiner. Der Anteil der aufgenommenen elektrischen Leistung, der nicht in Wirk- leistung umgesetzt wird, heibt Blindleistung. Die Blindleistung fliebt zwar in das Stromnetz zuruck, sie muss jedoch vom Ener- gieversorger bereitgestellt werden. Auf die Stromrechnung von Haushalten hat die Blindleistung keinen Einfluss. Die Kilowatt- stundenzahler sind so konstruiert, dass sie nur Wirkleistung er- fassen. Einige getestete Energiemesser zeigen den Faktor cos cp der Last unmittelbar an. Das von uns verwendete Referenzmessgerdt von Fluke. Preis von mehr als 4000 Euro spielt dieses professionelle Messgerat naturlich in einer ganz anderen Liga. Was haben wir gemessen? Den Anfang machten ohmsche Lasten mit den Werten 2 W, 1 00 W und 1 000 W, um her- auszufinden, mit welcher Genauigkeit die Testkandidaten diese Lasten messen. Es folgte eine Last mit induktivem An- teil in Gestalt einer Leuchtstofflampe mit vorgeschalteter Drossel. Diese Messung sollte die Frage beantworten, in welchem MaB die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom das Messergebnis beeinflusst. Die nachste Last war ein DVD-Spieler mit Schaltnetzteil, bei dem zwischen Stromnetz und Gerdt im Wesentlichen nur kurze Stromim- pulse flieBen. Durch den Vergleich der Anzeigewerte mit den Messergebnissen des Fluke Power Quality Analyzer 434 konnten wir die Brauchbarkeit und Zuverlassigkeit der Haushalts-Energiemesser beurteilen. Ergebnisse Die Messergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammen- gefasst. Sogar die preiswertesten Modelle lieferten recht brauchbare Ergebnisse, solange die Leistungsaufnahme der Gerate im normalen Betrieb gemessen wurde. Auch Lasten mit induktivem oder kapazitivem Anteil wurden mit guter Genauigkeit gemessen. Auch die Berechnung der En- ergiekosten bereitete keine Schwierigkeiten. Die teureren Modelle bieten lediglich mehr Komfort, zum Beispiel das getrennte Einstellen eines Tages- und Nachttarifs oder das 32 elektor - 1/2008 Erstellen einer Kostenprognose mit wahlbarem Zeitraum. Die Modelle Olympia Energy Meter EKM 2000 und Volt- craft Energy Monitor 3000 zeigen auch den Phasenwinkel (cos (p) an. Er gibt Aufschluss daruber, in welchem Verhalt- nis die Wirkleistung und die Blindleistung der Last zuein- ander stehen (siehe Textkasten). Der vom Olympia Energy Meter EKM 2000 angezeigte cos-(p-Wert erwies sich aber als nicht ganz plausibel. Auch bei impulsformigen Lasten gab es gute Ergebnisse. Lediglich das Olympia Energy Meter EKM 2000 und das Peaktech Energy-Meter 9024 lagen beim Messen an uber- wiegend induktiven Lasten etwas daneben. GroBere Unterschiede zeigten sich beim Messen kleiner Leistungen, insbesondere an Geraten im Standby-Betrieb. In einigen Bedienungsanleitungen wird ausdrucklich ange- geben, dass sich die Gerate nur ab einer bestimmten Min- destleistung fur Messungen eignen (meistens 4. ..5 W). Nur vier Testkandidaten lieferten auch bei kleinen Lasten zuver- lassige Ergebnisse, namlich die beiden Modelle von ELV sowie die beiden Modelle von Voltcraft. Aus einigen hundert vergleichenden Messungen ging der Voltcraft Energy Monitor 3000 (nicht zu verwechseln mit dem Voltcraft Energy Check 3000) als Favorit hervor. Die- ser Energiemesser bietet fur nur 40 € ein deutliches drei- zeiliges Display und viele Messfunktionen und Einstellmog- lichkeiten. Er gehorte zu den genauesten Vertretern seiner Gruppe und war auBerdem das einzige Gerat, bei dem der angezeigte Phasenwinkel (cos (p) bei alien Messungen fast genau mit dem Wert des Referenz-Messgerats Fluke Power Quality Analyzer 434 ubereinstimmte. Zum Schluss noch eine Anmerkung zur Messstation Voltcraft Energy Control 3000. Dieses Modell ist ein Funk-Messsy- stem, an das bis zu zwolf Sensoren gekoppelt werden kon- nen. Es eignet sich sehr gut fur Aufgaben wie das Sammeln und Weiterverarbeiten der Messdaten, da die Basisstation uber eine PC-Sc h n i ttste 1 1 e verfugt. In unsere vergleichenden Messungen konnten wir dieses Messsystem nicht einbezie- hen, weil unser Exemplar nur mit einem Sensor fur den Ki- lowattstundenzahler im Zdhlerkasten ausgestattet war, der lediglich die Umdrehungen der Zahlerscheibe zahlt. (070831)gd Websites der Hersteller oder Vertreiber: ELV: www.elv.de Velleman: www.velleman.de Olympia, Peaktech: www.reichelt.de Pro Elec: http://uk.farnell.com Voltcraft: www.conrad.de BaseTech Power Monitor (Conrad, 12,95 €) • Einfaches Messgerat mit Backup-Batterie. • Einzeiliges Display. • Messen der Leistung (einschlieBlich Maximalwert) und Energie, Kostenprognose fur Tag, Monat und Jahr. • Leistungsmessbereich 10. ..3600 W. • Technisch identisch mit Technoline Cost Control. • Anleitung in DE, EN, NL. ELV Energie Monitor EM600-2 (ELV, 25,50 €) • Gerat ohne Backup-Batterie. • GroBes einzeiliges Display. • Messen der Spannung, Leistung, Energie und Einschalt- dauer, Kostenprognose fur Woche, Monat und Jahr. • Version EM800: AuBerdem Messen von Strom, Phasen- winkel cos (p, Frequenz und Scheinleistung. • Leistungsmessbereich 1...4000W. • Die Geratekalibrierung wird in der Anleitung ausfuhr- lich beschrieben. • Anleitung in DE. 1/2008 - elektor 33 INFO & MARKT MESSGERATE ELV Energie Monitor EM600 Expert II (ELV, 39,95 €) • Gerdt ohne Backup-Batterie. • GroBes einzeiliges Display. • Zweiteiliges Gerdt, bestehend aus Steckerteil und Me s- seinheit, zum Messen an schwer zuganglichen Steckdo- sen wie z. B. hinter der Waschmaschine. • Lieferbar auch als Version „Expert I", dann ohne Steck- erteil, mit Kabel fur festen Anschluss. • Messen von Spannung, Leistung, Energie, Einschaltdau- er, Energiekosten, Kostenprognose fur Woche, Monat und Jahr. • Version EM800: AuBerdem Messen von Strom, Phasen- winkel cos (p, Frequenz und Scheinleistung. • Leistungsmessbereich 1 ...4000 W. • Die Geratekalibrierung wird in der Anleitung ausfuhr- lich beschrieben. • Anleitung in DE. Olympia Energy Meter EKM 2000 (Reichelt, 15,95 €) • Gerat mit Backup-Batterie. • Dreiteiliges Display. • Messen von Spannung, Strom, Leistung, Frequenz, Pha- senwinkel cos (p, maximaler Strom und maximale Leis- tung, Energie, Einschaltdauer und Energiekosten. • Uberlast-Anzeige fur Strom und Leistung, Uberlast- Grenzwerte einstellbar. • Leistungsmessbereich 4,5. ..3700 W. • Berucksichtigung von Tag- und Nachttarif moglich. • Messdauer maximal 1 0000 Stunden. • Integrierte Zeituhr. • Anleitung in DE, EN. Peaktech Energy-Meter 9024 (Reichelt, 15,95 €) • Gerat mit Backup-Batterie. • Dreizeiliges Display. • Messen von Spannung, Strom, Leistung, maximaler Strom und maximale Leistung, Energie, Einschaltdauer und Energiekosten. • Uberlast-Anzeige fur Strom und Leistung, Uberlast- Grenzwerte sind einstellbar. • Leistungsmessbereich 4,5. ..3700 W. • Messdauer maximal 1 0000 Stunden. • Anleitung in DE, EN. 34 elektor - 1/2008 Technoline Cost Control (ELV, 9,95 €) • Einfaches Gerdt mit Backup-Batterie. • Einzeiliges Display. • Messen von Leistung, maximale Leistung und Energie, Kostenprognose fur Tag, Monat und Jahr. • Leistungsmessbereich 4. ..3600 W. • Technisch identisch mit BaseTech Power Monitor. • Anleitung in DE, EN, FR, NL. Velleman Energiemeter (Typ NETBSEM, Velleman, 14,95 €) • Gerdt mit internem Backup-Akku. • Dreizeiliges Display. • Messen von Leistung, Energie, Einschaltdauer, Energiekosten. • Leistungsmessbereich 0...1000 W. • Integrierte Zeituhr mit Wochentaganzeige. • Berucksichtigen von Tag- und Nachttarif moglich, Tarif- zeiten einstellbar. • Messdauer maximal 9999 Stunden. • Anleitung in DE, EN, FR, ES, NL. Recorder-Funktion. • Leistungsmessbereich 1 ,5. ..3000 W. • Berucksichtigen von Tag- und Nachttarif moglich. • Messdauer maximal 99 Tage. • Anleitung in DE. Voltcraft Energy Control 3000 Messsystem (Conrad, Set bestehend aus Messzentrale, Software und 1 Sensor, ~ 1 00 €) • Drahtloses Messsystem mit Messzentrale und maximal 1 2 Sensoren. • Messzentrale kann uber USB mit einem PC verbunden werden. • PC-Software zum Verwalten von Messdaten im Lieferum- fang enthalten. • Sensoren einzeln lieferbar: Steckdosen-Sensor (ES-1), Kilowattstundenzahler-Sensor (ES-2), DIN-Schienen-Sen- sor (ES-3), Gasmengenmesser-Sensor (ES-4) und Son- nenstrom-Sensor (ES-5). • Messen von elektrischer Leistung, Energie, Energieko- sten einschlieBlich Kostenprognose, Gasverbrauch, Gaskosten einschlieBlich Gaskosten-Prognose. • Datenspeicher fur 108 Messtage (1 Sensor). • Alarmauslosung bei Oberschreiten voreingestellter Leistungswerte. • Zeit- und Datum-Anzeige. • Technisch identisch mit dem System EM-1000 von ELV. • Anleitung in DE, EN, NL. Voltcraft Energy Check 3000 (Conrad, 24,95 €) • Gerat ohne Backup-Batterie. • Zweizeiliges Display. • Messen von Leistung, maximale und minimale Lei- stung, Energie, Einschaltdauer, Energiekosten, separate Voltcraft Energy Monitor 3000 (Conrad, 39,95 €) • Gerat mit Backup-Batterie und selbsttatiger Abschaltung nach 1 Minute. • Dreizeiliges Display. 1/2008 - elektor 35 INFO & MARKT MESSGERATE • Messen von Spannung, Strom, Frequenz, Wirkleistung, Scheinleistung, Phasenwinkel cos cp (induktiv und ka- pazitiv), maximale und minimale Leistung, Energie, Energiekosten. • Berucksichtigen von Tag- und Nachttarif moglich. • Anzeige der Tarife sowie der Minimal- und Maximal- werte aller GroBen, separate Recorder-Funktion, Kosten- prognose fur Woche, Monat und Jahr. • Leistungsmessbereich 1 ,5. ..3000 W. • Messdauer maximal 99 Tage. • Anleitung in DE, EN, NL. Tabelle 1. Messergebnisse Messgerat ^Netz bei 230 V 2 W 100 w 800 W Induktive Last (140 W, cos cp = 0,50) Pulsformige Last (12 W, cos cp = 0,45) Basetech Power Monitor - 0 100 805 144 1 1 ELV Energie Monitor EM600-2 229 1,8 102 797 139 12,1 ELV Energie Monitor EM600 Expert II 228 1,5 101 798 139 12,2 Olympia Energy Meter EKM 2000 233 0 97 814 163 cos cp = 0,60 1 1 cos cp = 1 ,0 Peaktech Energy-Meter 9024 232 0 101 804 185 15 Technoline Cost Control - 0 100 804 145 12 Voltcraft Energy Check 3000 - 1,4 99 801 139 1 1,3 Voltcraft Energy Monitor 3000 230 1,9 99 796 139 cos cp = 0,50 12,2 cos cp = 0,47 Velleman Energiemeter NETBSEM - 0 99 797 137 12 Energiespartipps • Schalten Sie a lie elektrischen Gerate aus, die nicht unbedingt eingeschaltet sein mussen. • Schalten Sie (wenn moglich) die Gerate mit dem Netzschalter aus, nicht mit dem Standby-Schalter oder der Fernbedienung. • Stromsparlampen brauchen sehr viel weniger Energie als Gluhlampen. Ein Wechsel ist besonders dort wichtig, wo Lampen taglich viele Stunden in Betrieb sind. • Trennen Sie den Computer und samtliches Zubehor (Bild- schirm, Drucker usw.) uber eine Steckdosenleiste mit einge- bautem Schalter vom Netz. • Steckernetzteile nehmen auch Energie auf, wenn die zuge- horigen Gerate ausgeschaltet sind. Ziehen Sie Steckernetz- teile aus der Steckdose oder verwenden Sie eine Steckdosen- leiste mit Schalter. • Wenn Gerate uber Steckernetzteile standig am Stromnetz angeschlossen sein mussen, kann der Austausch alter (ana- loger) Technik durch moderne schaltende Steckernetzteile sinnvoll sein. Der Wirkungsgrad ist hoher, und der Energie- bedarf ohne Last ist geringer. • Manche Gerate (z. B. Kabel -TV-Tuner) nehmen im Standby- Betrieb gleich viel Energie wie im normalen Betrieb auf. Ver- wenden Sie den Anti-Standby-Switch aus dieser Ausgabe! • Drahtlose Router mussen nicht ununterbrochen in Betrieb sein. Schalten Sie den Router aus, wenn er nicht gebraucht wird. • Stellen Sie den Grundbedarf an elektrischer Energie in Ihrer Wohnung oder Ihrem Haus fest. Schalten Sie alle von Hand schaltbaren Gerate aus. Notieren Sie den aktuellen Zahler- stand, lesen Sie den Zahler nach einer Stunde noch einmal ab. Die Differenz gibt Aufschluss uber den Energiebedarf der „stillen Verbraucher". 36 elektor - 1/2008 KLEINANZEIGEN Lorenz-Entwicklung.de LEITERPLATTENBESTUCKUNG SMD u. bedrahtet, gute Qua I i tat, niedriege Preise, schnelle Lieferzeiten. VTS-Elektronik. Tel. 05901/9619970 Fax. 05901 /961 9971 VTS-Elektronik@web.de Rohrenverstarker-Trafos/Bausatze www.welter-electronic.de oder Telefon 02676-951777 Entwicklung individueller Software fur Industrie, Forschung und Buro. 03303 / 212166 oder www.jasys.de www.HALBLEITERDIENST.de LEITERPLATTENFERTIGUNG Bestuckung, Montage. Angebot anfordern unter Fax 06645/7164. Fa. 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Gewerbliche Kleinanzeigen kosten je Zeile oder angefange- ner Zeile € 1 0,- plus MWST. Die Druckzeile zahlt ca. 40 Zeichen, einschl. Wortzwischenraume. Nur gegen Vorauszahlung! 37 MESSTECHNIK Vielseitiges DC-Power Strom, Spannung und mehr Von Oliver Micic Ein Netzgerdt ohne Strom- und Spannungsanzeige ist eigentlich nicht vorstellbar. Das kompakte DC- Power-Messmodul stattet neu entwickelte und alte Einfach-Netzgerate mit einer solchen Anzeige aus und ermoglicht auch die totale (Entlade-)Kontrolle bei einer Batterie- oder Akku-Stromversorgung. Dank Mikrocontroller-Technik mit einigen Extras! Eigenschaften • Spannung 0 V...30 V (Standardfunktion bei 13,8 V) • Strom max. 5 A oder 50 A • Spitzenstromanzeige (l s ) • Leistungsanzeige 1 W...999 W • Leistungsmessbereich Bargraph-Balken (abhangig von JP1) 1 50 W/800 W • Elektrische Arbeit in kWh • Akkukapazitat in Ah • Einschaltdauer in h/min, nach einer Woche in Tagen • Bargraph-Balken fur Leistung • Gewahlte Anzeige wird im EEPROM abgespeichert • LCD-Beleuchtung • Optionaler Temperatur-Sensor mit Software-Abgleich • LCD und Messplatine bilden ein Modul (Sandwich) • Firmware fur LCD mit 2x1 6 oder 4x20 Zeichen Um ein Netzgerat mit einer Strom- und Spannungsanzeige auszuriisten, kann man auch auf preiswerte Anzeigemo- dule aus dem Fachhandel zuriickgrei- fen. Wenn allerdings ein selbstge- bautes Messgerat interessante und niitzliche Features aufweist, die ein kaufliches Modul nicht bieten kann, ist es aber sicher eine Uberlegung wert. Das hier vorgestellte Messgerat in Modulform zeigt in einem zwei- oder vierzeiligen beleuchteten LC -Display die Messwerte fur Strom, Spannung und Leistung digital als Zahl und ana- log durch einen Messbalken an. Der Messbereich fur die Spannung reicht von +0...30 V, fur den Strom von 0...5 A oder 0...50 A, je nach eingesetztem Messwiderstand. Doch damit nicht genug: Dank des Mikrocontrollers kann auch der Spit- zenwert des Ausgangsstroms, die Ausgangsleistung, die entnommene Kapazitat in Ah (bei Akku- oder Batte- riebetrieb) und die gelieferte Energie in kWh angezeigt werden. Dariiber hin- aus lasst sich die Einschaltzeit und mit einem Temperatursensor zusatzlich die Temperatur des Kiihlkorpers des Netz- gerats oder auch die Akkutemperatur iiberwachen. Per Relais lasst sich eine Abschaltung bei Unterspannung reali- sieren. Ist kein Sensor angeschlossen, erscheint die Meldung no tmp (bzw. no sensor bei 2 x 20-LCD). Die Tabelle mit den wichtigsten Eigen- schaften spricht fur sich. Controller mit ADC Das Messmodul ist zusammengesetzt aus einem DIP-LCD mit zwei Stiftleis- ten an den schmalen Seiten und ei- ner Messplatine, die per Buchsenleis- ten auf das LCD gesteckt wird. Da im Messmodul keine SMDs eingesetzt werden sollten, beschrankt sich die Schaltung (Bild 1) auf ein Minimum an Bauteilen, damit die Elektronik un- ter dem LCD Platz findet. Diesen Bau- teilgeiz ermoglicht ein leistungsfahi- ger Mikrocontroller mit integrierten Analog-Digital-Wandlern. Die Wahl fiel auf den AVR ATmega8PC im 28- poligen DIL-Format von Atmel. Der Controller verfiigt iiber drei (fast) voll- standige Ports, an denen neben dem iiblichen Zubehor (Oszillator XI mit C10/C11, POR-Netzwerk R8/C6) mit sechs Portleitungen auch das Display angeschlossen ist. Die in der Firmware programmierten Betriebsarten des Mikrocontrollers werden fiber die Drahtbriicken JP1.... JP4 ausgewahlt: 38 elektor - 1/2008 R2 R3 PCO (ADCO) PCI (ADC1) |Q3 PC2 (ADC2) PC3 (ADC3) PC4 (ADC4/SDA) PC5 (ADC5/SCL) PC6 (RESET) PDO (RXD) PD1 (TXD) PD2 (INTO) PD3 (INTI) PD4 (XCK/TO) PD5 (T1) PD6 (AINO) PD7 (AIN1) PBO (ICP) PB1 (OC1A) PB2 (SS/OC1 B) PB3 (MOSI/OC2) PB4 (MISO) _ pbs (sck) ATmega8-16PC o z o £ X CM _l x o z o CD CO ( H h » C11 CIO Q. CM CM 8MHz i • * Q. CM CM 11 12 13 R5 \m\ D4 D5 D6 D7 SI PC7 ich | 0+5V PC2 +5V 1 K2 K1 LCD is pi ay T RS PI offen = 50A/800W Temperaturabgleich _|_ often = Spitzenstrom Unterspannungserkennung geschlossen = 5A/150W geschlossen = Ah 070559- 11 Bild 1. Ein Controller und etwas Messwertaufbereitung. 1/2008 - elektor 39 MESSTECHNIK Bild 2. Die Anzeige der Messwerte im 4x20-LC-Display. • JP1 ist nur wahrend des Abgleichs des Temperatursensors erforderlich. Dazu spater mehr. • Mit Drahtbriicke JP2 wird der Strommessbereich gewahlt (geoffnet: 50 A/800 W, geschlossen: 5 A/150 W). Der einzustellende Messbereich wird vom Messwiderstand bestimmt. • Die Funktion Unterspannungsiiber- wachung ist standardmaBig ausge- schaltet, weil sie natiirlich in einem Netzgerat nicht erforderlich ist. Setzt man das Messmodul aber zum Bei- spiel in einem akkubetriebenen Ge- rat zur Kontrolle der Energiequelle ein, kann man sie mit Drahtbriicke JP3 ak- tivieren. Die Portleitung PB3 (Pin 17) wird bei <10,8 V aktiv und schaltet bei >11,8 V wieder ab. Die Uberwa- chung verhindert, dass die Energie- quelle vollig entladen wird, indem ein iiber eine Transistorstufe gesteuertes Bild 3. Anschlussskizze fiir den Shuntwiderstand, der vier Anschliisse aufweist. Relais die Stromversorgung abschaltet. Die Hysterese ist ausreichend, um ein Klappern des Relais zu verhindern. An Stelle des Stromwerts erscheint dann ein Hinweistext auf dem LCD, der die erkannte Akkuentladung meldet. Ab einem Spannungswert von 11,8 V ver- schwindet diese Meldung wieder. • Die Briicke JP4 bestimmt, ob das 2xl6-LCD den Spitzenstrom (offen) Oder die entnommene Kapazitat in Ah (gesteckt) anzeigt. Im normalen Be- trieb (JP4 offen) werden die Messgro- Ben U, I, Is und P angezeigt, der Spit- zenstrom rechts oben (aus Platzgriin- den) ohne MaBeinheit. Der Spitzenwert wird aktualisiert, so lange der aktuelle Messwert groBer ist als der zuvor ge- messene. Ist dies nicht der Fall, wird der angezeigte Wert fiir 2 s gehalten. Der Jumper kann auch wahrend des Betriebs gesetzt werden, da die Ah- Berechnung standig im Hintergrund lauft. Ein Kippschalter auf der Front - platte ware auch denkbar, falls man haufig umschalten mochte. Da ein kleines 2xl6-LCD natiirlich zu wenig Platz fiir die Anzeige aller Pa- rameter bietet, schaltet Taster SI zwi- schen dem Power-Peak-Balken, elek- trischer Arbeit, Ah, Einschaltdauer und Temperatur um. Bei einem 4x20-LCD (Bild 2) ist die gleichzeitige Anzeige aller Messwerte moglich, so dass der Taster iiberfliissig ist und auch nicht unterstiitzt wird. Analoge Messelektronik Die Analog-Digitalwandler des Con- trollers verbergen sich hinter den Pins 23... 28 des Ports D. ADCO (Pin 23) misst die Spannung, ADC1 (Pin 24) den Strom. Da das DC -Power-Meter Spannungen bis 30 V anzeigen soil, muss die Mess- spannung zunachst verringert wer- den. Rechnerisch ergibt sich aus dem Spannungsteiler R2 + R3 und R4 eine maximale (und noch zulassige) Span- nung von knapp 4,7 V. Vor noch ho- heren Spannungen (Spannungsspit- zen) schiitzt die Z-Diode D2. Bei der Ermittlung des Stroms geht es nicht ganz so einfach zu. Der Aus- gangsstrom des Netzgerats (oder des Akkus) durchflieBt einen sehr nieder- ohmigen Shunt -Widerstand, der zwi- schen Plus-Ausgang der Netzgera- teschaltung (Pluspol des Akkus) und der Ausgangsklemme am Gerat (be- ziehungsweise der Plus-Leitung zum Verbraucher) eingeschleift ist (siehe Bild 3). Je nach gewiinschtem Strom- Messbereich kommt ein 1-mQ-Shunt (50 A) beziehungsweise ein 10-mQ- Shunt (5 A) zum Einsatz. Der in Bild 2 dargestellte Shunt be- sitzt vier Anschliisse. Die beiden au- Beren (a und d) sind die „ normalen" Anschliisse des Widerstands, iiber den der Strom flieBt. Zusatzlich gibt es zwei Mess-Anschliisse (b und c), an denen der Spannungsabfall am Shunt- widerstand fiir die Strommessung ab- gegriffen wird. Diese beiden Anschliis- se werden mit den Anschlusspunkten PC3 und PC4 der Power-Meter-Plati- ne verbunden und somit (siehe Bild 1) mit dem Opamp (IC4) verbunden. Der TL081 arbeitet als nichtinvertierender Spannungsverstarker, allerdings ist die Spannungsversorgung etwas ungewohnlich. Der Opamp liegt mit Pin 4 an Mas- se. Fiir +Ub wird die Spannung vom Plus-Ausgang des Netzgerats (bzw. Akku-Pluspol) verwendet. Aus die- sem Grund sind auch die Abschliisse a und b des Shunts in Bild 2 miteinan- der verbunden. Durch diese High-Side-Messung wird die Masse des Netzgerates nicht ver- falscht. Den TL081 stort das nicht, al- lerdings ist dann eine Strommessung erst ab einer Netzteil-Ausgangsspan- nung von ungefahr 4,5 V moglich. Der Opamp verfiigt iiber die Moglichkeit, den Ausgangsoffset mit einem exter- nen Trimmpoti abzugleichen. Die Aus- gangssspannung des Opamps wird dem ADC1 des Controllers zur Digita- lisierung zugefiihrt. Beim groBen Strommessbereich von 0...50 A ergibt sich eine Auflosung von 50 mA/Digit, da der A/D-Wandler maxi- mal 10 bit auflosen kann. Hinzu kommt noch ein Fehler von +/-1 bis +/-2 Di- git, der durch das Quantisierungsrau- schen bedingt ist. Bei einem Strom von 10 A stellt sich ein Fehler von 1 % ein. Bei der 5-A-Version ergibt sich eine 40 elektor - 1/2008 Configuration and Security bits I 8oolock12 Bcelacklli BcclockQ2 BootLockOI Lock2 Lockl r WDTON r 17 CKQPT 17 EESAVE BOOTSZI F BQOTSZO 17 80QTRST r BODLEVEL !7 (BODBiP SUT1 [7 SUTO 17 CKSE13 17 CK£EL2 17 CK.SEL1 7 CKSELO P Checked items mean:- program Refer to device dataeheat.. please r UnChecked items means u "ip imed (t Cancel Ok Clear All £etAII V/iite Read - 1 ■ — Bild 4. Einstellungen bei PonyProg. \ AMR : ■ i □ X AVFi clock: 3000 KHz Write Read Erase Corrfig 8MHz am’r Chip configuration *] Lock bits Fuse Low bits 17 LB1 v CKSELO k LEI2 v CK.SEL1 ■ IP B LEI 01 v CK.SEL2 k El LB 02 CK.SEL3 k El LB 11 v SUTO k El LB 12 v sun (7 v EICIDEN 17 fhbt available) 17 BODLEVEL Fuse High bits Fu# E >: bits ^ BOOT FI ST r(nGt:ayd|1ab1e] BOQTSZO P ; ingts^jiab1e|| F BOOTSZI ■ (not:avajlable« 5 EE SAVE |~(r -j+avajlabyl ^ CKO FT !.ilT 1“ (not available] |)l (tj^v^labj^ P WDT0N P RSTDISBL Write Important: Programmed bits are 0 (unchecked)., unprogrammed bits are 1 (checked) Calibration byte(s): 0 E! S .. 0 B S .. 0 >; El 0 .. 0 El 2 (least significant left) Done Bild5. Chip-Konfiguration bei TwinAVR. 10-fach bessere Auflosung von 5 mA. Die Spannungsmessung ist iibrigens etwas genauer, hier wird eine Auflo- sung von 30 mV/Digit erreicht. Diese Messfehler sind fur ein Betriebsmess- gerat vollig in Ordnung. Was fehlt noch? Die Referenzspannung fur die Analogsektion des Controllers wird von Ll/C 12 zusatzlich entkoppelt. Der optionale Temperatursensor IC2, ein LM335Z, ist direkt an ADC5 (Pin 28) angeschlossen. Die + 5-V-Versorgung der Schaltung iibernimmt der Festspannungsregler IC1. Der Anschluss PCI der Platine fur die Betriebsspannung des Messmoduls ist direkt mit dem Eingang des Span- nungsreglers verbunden. Diese Be- triebsspannung kann im Bereich von minimal 8 V und maximal +30 V lie- gen. Beim Einbau in ein Netzgerat wird sich sicher eine geeignete Spannung finden, und beim 12-V-Akku dient die Akkuspannung als Betriebsspannung fur das Messmodul. Bei Betriebsspan- nungen iiber 15 V ist der Kiihlkorper bedingt durch die dann hohere Verlust- leistung entsprechend zu vergroBern. Programmierung des Controllers Wer den Controller selbst programmie- ren mochte, der findet auf der Elektor- Website eine ZIP-Datei zum Download. Diese enthalt insgesamt vier Versionen der Firmware VI. 16a im BIN- und HEX Format, namlich zwei Versionen fur LCDs mit 2x16 und 4x20 Zeichen, und diese dann jeweils in Deutsch und in Englisch. Der im Elektor-Shop zusatz- lich zur Platine angebotene, fertig pro- grammierte Controller enthalt die Firm- ware fur ein Display mit 4x20 Zeichen in der englischen Sprachversion. Damit die Schaltung funktioniert, miis- sen beim Programmieren die Fusebit- Einstellungen korrekt vorgenommen werden. Die Bilder 4 und 5 zeigen die korrekten Einstellungen in der Chip- Konfiguration von TwinAVR und Po- nyProg. Im Falle eines Firmware-Up- dates sollte man gleich das Bit setzen, das verhindert, dass das EEPROM beim Flashen geloscht wird. So bleiben die alten Einstellungen erhalten. Aufbau, Abgleich, Einbau Da keine SMDs eingesetzt werden, ist der Aufbau der Schaltung auf der klei- nen Platine in Bild 6 absolut unkompli- ziert, zumal Controller und Opamp in Qualitats-Fassungen gesteckt werden. Zum Gluck weisen alle LC -Displays der in der Stiickliste genannten Baureihe die gleichen MaBe und Pinbelegung auf, so dass es auch damit keine Probleme gibt. Der Temperatursensor wird auf der Plati- ne montiert Oder iiber ein kurzes abge- schirmtes Kabel angeschlossen. Der Shunt wird mit einem seiner au- Beren Anschliisse unmittelbar an der Plus-Ausgangsbuchse des Netzgerates (bzw. Plus-Pol des Akkus) montiert, der daneben liegende Sense-Anschluss mit einem diinnen Kabel mit PC4 des Pow- er-Meters verbunden. Der Hochstrom- Pin auf der anderen Seite des Wider- standes nimmt Kontakt mit dem Aus- gang der Netzteilschaltung auf. Dies sollte auf so kurzem Wege wie moglich und mit einem dicken Kabel geschehen. Von Anschluss PC3 des Power-Meters legt man noch ein diinnes Kabel iiber den zweiten Sense-Pin des Shunts ebenfalls zum Ausgang des Netzteils. Beim FET BS250 gibt es zwei verschie- dene Versionen (BS250 und BS250P) mit unterschiedlichen Anschluss- 1/2008 - elektor 41 MESSTECHNIK BS250 1 D S G Bild 7. Den BS250 gibt es in zwei Versionen mit Bild 8. Dieses Exemplar hat die Anschlussbelegung der P- unterschiedlicher Anschlussbelegung. Version, was aber im Typen-Aufdruck nicht zu erkennen ist! Stuckliste Widerstande: R1 = 27 k R2,R3 = 27 k, 1% R4 = 1 0 k, 1 % R5 = 1 0 a R6,R8 = 1 k R7 = 100 Q/ 0,1% R9 = 10k RIO = 10 l, 3255-, Timsr-, TTL- I/O s i s ■ a CP n 55' AJIe K-ij'LtTi iTiil vtelfc-'i Tifiofii p-i.kijryriiiri ■“it"; ■-.+.• w I ^ i. Pit* KdtakJtjar'ifceunl O 3 ru CE3I UUU L Dedslon-UQmpLJlar JQrgan Mw. z &.K Leifiencfier Str. 21 Ueien TElelan ^64^3-77^02 ^ FAX lTlV>^Mlsion-sG-nipute _ .cte O O 3 TJ 3 CP a -F E-W the specialist m Short Range Radio FLTNKT1CKNIK GmbH hrtpi ffwwwshnu adio, dc 1/2008 - elektor 47 PRAXIS LICHT Steuerelektronik fur Ene Vorheizen, zunden, leuchten: Alles au( i Von T. A. Babu Die Gliihbirne, die der Menschheit iiber mehr als ein Jahrhundert Licht spendete, wird in den nachsten Jahren von der Bildflache verschwinden. Ihre Aufgabe, Biiros, StraBen und Wohnrdume zu illuminieren, wird von weniger Energie fressenden Lichtquellen ubernommen, vor allem von Leuchtstoffrohren. Im Gegensatz zur Gliihbirne bendtigt eine Leuchtstoffrohre aber prinzipiell eine Vorschaltelektronik, damit sie starten und Licht spenden kann. Es gibt zwei Kategorien von Vorschalt- geraten fur kompakte Leuchtstoffroh- ren (compact flourenscent lamps CFL), namlich die konventionelle (KVG) mit Drossel und mechanischem oder elek- tronischem Starter und die elektroni- sche (EVG) mit Gleichrichter und LC- Schwingkreis, der die Rohre mit ver- schiedenen Frequenzen zum Vorheizen, Zunden und Leuchten versorgt. EVGs weisen fast keine Blindleistung und eine bis zu 30% geringere Verlustlei- stung gegeniiber KVGs auf, garantie- ren einen zuverlassigen und schnellen Start, einen flimmerfreien Betrieb und sind leise (kein Netzbrummen). Die Schaltung des hier vorgestellten EVGs eignet sich fur alle 20-W-Energiespar- lampen ohne eigenes (integriertes) Steuergerat. Diese Lampen erkennt man daran, dass sie keinen E(dison)- Schraubockel aus Keramik oder ABS- Kunststoff besitzen, wie dies bei den Modellen in Bild 1 der Fall ist, son- dern zwei oder vier Stifte. Diese Lam- pen mit Stiften (Bild 2), die in Low-po- wer-Ausfiihrungen Gluhlampen und in Medium- oder High-power-Versionen Leuchtstoffrohren und sogar Hoch- druck-Gasentladungslampen ersetzen, benotigen stets ein Vorschaltgerat. Wer mehr fiber die Grundlagen von Leucht- stoffrohren wissen mochte, sollte ein- mal bei [1] oder [2] nachblattern. Eine 20-W-Leuchtstoffrohre verspricht die Leuchtkraft einer 100-W- Gliihbirne, Bild 1. Eine kompakte Leuchtstoffrohre mit in der E-Fassung integriertem Vorschaltgerat als direkter Ersatz fur Gliihbirnen. 48 elektor - 1/2008 D3...D6 = 1N4007 R1 C4 lOu 400V C5 lOu 50V C7 680n 25V o a > Q Q > IC1 VB FAN7710N OUT CPH RT o w o a. in T GND D1 UF4007 — <» <> | ci Ic; X 100n 25V R2 D2 UF4007 ^ LI C3 1 47 °P rvvv^— 1 1 innnv 2mH5 HI 1000V 2mH5 D7 UF4007 33n 630V 2n7 K2 C6 1000V K3 070638-11 Bild 3. Schaltung des EVGs mit dem zentralen FAN7710 von Fairchild. 1/2008 - elektor 49 LICHT V DD RT Z\ CPH 73 4V PRE-HEAT cph Control ►< CPH<3V, Yes'f 2|jA No 1 2(jA 10V REG c IPH = 0.6*IRT IPH ^CPH -► 3V 5V 15V SHUNT ^ REGULATOR * BGR UVLO BIAS TSD BIAS & SYSTEM LATCH UVLO R Q S Q SDH SYSHALT SDL DEAD TIME Control OSCILLATOR r- “L ^DDH^DD LSH ^DDH^DD LSH SDL to- SDL SDH s Q — *d>f R qRESET|-L^T I L SYSHALT ADAPTIVE ZVS CONTROLLER ADAPTIVE ZVS ENABLE LOGIC HIGH-SIDE DRIVER 2 r-g von Sdwrtlmotorain KJr 3- ApH-sen! - Phase ii’aLi bine ainstellbar! - Variable Stromverwrgung = i:ii Adriplicm ; n ■ vin>0 McCurtypenl - Ansteuorungi auch (Jtwr 5PS- odor Tafctgonarator mogh£h! - InKlu&ive Tfeibersohware tdr US gnd Winduw£ mil BoIb-jMbI Sourcer! - Anpa&sung an Ihna- ^ Afitordarungan m&glictf! T#chrtlicfte Oaten: - Anschluss an PC mit S 1 a Tda rri - d r a a bei - 3lr.piTC*iOW>fr , erv3sti/fln ryj Voll- i^d Halbschfclb«rtiab - oe5*Tial hi c 2- und 4 ■PtiaMKY 2iir □rehftri'iftiM A d Op' Jri (ffl? G1) 3 20 4fl. Ffix (03 fcl ) 3 U M www cni sgmbh dc FRASEN SCHNEIDEN CUT 2000 CNC-Frasmaschin? 600 y. 400 k 30 mm furLiy iiiphUltI urd € 2 . 198 ,- HAASE P. ' Am Hymm^lbdCh 43 41469 NtJSf Tel. 0£I37_75763 Fax 021 37_763 34 1/2008 - elektor 65 TECHNIK LADEGERATE Ein Lader fur Dallas Der europdische Beitrag zum Future Energy Challenge 2007 Von Hannes Nordmann, Tim Schmidla, Heike Barth, Martin Kiel und Heinz van der Broeck Die Zahl der Ladegerdte im Haushalt nimmt stdndig zu - viele davon verursachen hohe Stand-by- Verluste. Im Rahmen des „Future Energy Challenge" rief das IEEE Studenten in aller Welt dazu auf, einen universellen und Strom sparenden Lader entwickeln. Mit dabei waren auch Studierende aus Aachen und Kdln, die als einzige Europder zur Endrunde nach Dallas eingeladen wurden. In den letzten Jahren ist die Anzahl mobiler elektronischer Gerate standig gestiegen. Heute findet man in den meisten Haushalten mindestens ein Notebook, eine Digitalkamera, meh- rere Handys und MP3-Player. Fast im- mer wird hierzu ein eigenes Ladegerat geliefert, das sich meist nur fur dieses eine Gerat nutzen lasst. Dariiber hin- aus arbeiten viele Ladegerate unef- fizient und verursachen hohe Stand- by-Verluste. Letzteres ist besonders problematisch, da viele Nutzer den Lader nach dem Gebrauch nicht von der Steckdose trennen. Aus Sicht der Verbraucher ware es sehr wiinschens- wert, nur ein Ladegerat zu benotigen, mit dem die Batterien aller portablen Gerate geladen werden konnen. Aus okologischer Sicht sollte dieses Gerat besonders effizient arbeiten. Keine leichte Aufgabe Um hierfiir eine Losung zu finden, hat- te das IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) in 2006 die Ent- wicklung eines hocheffizienten uni- versellen Ladegerats zur Aufgabe des alle zwei Jahre stattfindenden „ Futu- re Energy Challenge" gemacht [1]. Die Anforderungen des Wettbewerbs, an dem Studententeams aus aller Welt teilnehmen, waren wie immer nicht leicht zu erfiillen. Das Ladegerat soll- te mit hohem Leistungsfaktor an alien Wechselspannungsnetzen von 95 V bis 270 V und bei Frequenzen von 48 Hz bis 400 Hz arbeiten sowie potential- frei Ladestrome bis 2 A bereitstellen. Die Stand-by-Verlustleistung durfte da- bei hochstens 0,25 W betragen. Eine 66 elektor - 1/2008 Produktion des Laders sollte bei Mil- lionen-Stiickzahlen 10 US-$ pro Exem- plar nicht iibersteigen. Teure Control- ler oder besonders exotische Bausteine schieden daher als Komponenten aus. Doch das war noch nicht alles. Eine besondere Herausforderung bei der Entwicklung eines solchen Ladegera- tes besteht darin, dass verschiedene Batterietypen mit unterschiedlicher Zellenanzahl in beliebiger Polaritat angeschlossen und optimal geladen werden sollen. Dies ist fur den vorge- sehenen Spannungsbereich bis 32 V besonders schwierig, da die vorge- sehenen Batteriekombinationen zum Teil gleiche Spannungsbereiche bele- gen. Beim „Future Energy Challenge 2007“ mussten der Batterietyp (Pb, NiCd, NiMH, Lilon) und die Zellenan- zahl (bis zu 20 Zellen in Serie) alleine aus dem Klemmenverhalten erkannt werden, Temperaturmessungen wa- ren nicht zulassig. Arbeit an zwei Platinen Heinz van der Broeck, Professor an der FH Koln und Experte fur Schaltnetz- teile, beschloss mit einigen Kollegen [*] im Herbst 2006, mit einem gemein- samen Studententeam der RWTH Aa- chen und der FH Koln am Wettbewerb teilzunehmen. Nach entsprechender Werbung fanden sich insgesamt neun Studierende [**], die bereit waren, ne- ben ihrem Studium einen groBen Teil ihrer Freizeit in die Entwicklung des universellen Ladegerates zu investie- ren. Seitens der Betreuer wurde das Team in speziellen Vorlesungen iiber Schaltnetzteile und Batterietechno- logien auf die Aufgabe vorbereitet. Durch den Besuch von Elektronikfach- messen konnten die Studierenden auch Kontakte zu Firmen aufnehmen, die daraufhin das Projekt mit kosten- loser Software, Komponenten und Ge- raten unterstiitzten [***]. RegelmaBige Treffen fanden in Koln und Aachen statt (Bild 1). Da die bei- den Teilteams eine ganze Autostunde voneinander entfernt arbeiteten, ent- schied man sich dafiir, die Entwick- lungsaufgabe quasi „in der Mitte“ auf- zuteilen. So kummerte sich die Gruppe in Koln um die Netzanbindung, die Po- tentialtrennung und die Erzeugung al- ler Hilfsspannungen. In Aachen wurde die Ladeeinheit mit der Messeinrich- tung aufgebaut. Weiterhin wurden dort die Batterie-Erkennungsalgorith- men entwickelt und anschlieBend in einem Mikrocontroller implementiert (siehe das Blockdiagramm in Bild 2). Bild 1. Das Koln-Aachener Team. Hinten (v.I.n.r): Yusuf Yurdagel, Frank Hecht, Tim Schmidla, Dieter Pingel, Prof. Heinz van der Broeck, Prof. Dirk Sauer, Hannes Nordmann, Prof. Rik De Doncker, Sebastian Richter (Future Energy Challenge 2005), Martin Kiel, Christian Dick (FEC 2005). Vorne: Christoph Wieczorek, Heike Barth, Andreas Anschutz, Raffael Kuberczyk. Herausforderungen In den ersten Monaten erzielte man nur geringe Fortschritte, da die Stu- dierenden sich erst mit den verschie- denen Komponenten und Schaltungen sowie der Software vertraut machen mussten. So wurden zuerst kleinere Schaltungsteile handverdrahtet auf- gebaut und mit einer professionellen Lade- und Entlade-Einrichtung zahl- reiche Messungen an den zu betrach- tenden Batterien durchgefiihrt. Wie alle Elektronik-Entwickler mussten auch die Student en-Teams fur falsche Ansatze Lehrgeld zahlen. So man- ches Bauelement wurde durch Uber- lastung oder falsche Ansteuerung zer- stort, Regelungs- und Steuerungsfunk- tionen durch fehlende Abschirmung oder zu lange Verbindungsleitungen beeintrachtigt. Eine besondere Herausforderung war, dass der Bereich der moglichen Batte- riespannungen von 2 bis 32 V zu groB ausfiel, um die Spannung mit dem 12- bit-A/D-Wandler des verwendeten Mi- krocontroller s genau genug bestimmen zu konnen. Die Studenten losten das Problem mittels eines verschiebba- ren Messfensters (siehe Kasten). Eine durch den D/A-Wandler des Mikrocon- trollers vorgegebene Hilfsspannung 070718 - 12 Bild 2. Die Kolner Gruppe kummerte sich um die Netzanbindung, die Potentialtrennung und die Erzeugung aller Hilfsspannungen. In Aachen wurden die Ladeeinheit mit der Messeinrichtung aufgebaut und die Batterie-Erkennungsalgorithmen in einen Mikrocontroller implementiert. 1/2008 - elektor 67 LADEGERATE Bild 3. Der Bereich der moglichen Batteriespannungen war mit 2 bis 32 V zu groB, um diese mit dem 12-bit-A/D-Wandler des Mikrocontrollers genau genug bestimmen zu konnen. Die Studenten losten das Problem mittels eines verschiebbaren Messfensters. Eine durch den D/A-Wandler des Mikrocontrollers vorgegebene Hilfsspannung wird hierbei vom Eingangssignal abgezogen. Bild 4. Wenige Wochen vor der Finalrunde wurden die beiden Platinen erstmals zusammengeschaltet und funktionierten auf Anhieb. Dallas in Texas eingeladen, neben Grup- pen aus Australien, Bangladesh, Brasili- en, China und drei US-amerikanischen Teams (siehe unser Hauptfoto). Im Juli - wenige Wochen vor der Fi- nalrunde - wurden die beiden Platinen erstmals zusammengeschaltet und funktionierten auf Anhieb (Bild 4). Zu Prasentationszwecken bauten die Stu- denten das Gerat in ein Plexiglasge- hause ein (siehe Bild 5). In Bild 6 ist der fertige Lader zu sehen. Im August wurde das Ladegerat von zwei Studierenden in den Laboratori- en von Texas Instruments in Dallas den Gutachtern vorgefiihrt. Und das mit Erfolg: Die Arbeiten des Koln-Aache- ner-Teams wurden mit einem Award in Hohe von 2500 US-$ ausgezeichnet. Dariiber hinaus konnten sich die am Projekt beteiligten Studierenden ihre Entwicklungsarbeit je nach Umfang als Studien- oder Diplomarbeit aner- kennen lassen. [*] Betreuer: Prof. Heinz van der Broeck (Schaltnetzteile, IA FH Koln [2], ISEA RWTH Aachen[3]), Prof. Sauer (Batterietechnologien, ISEA RWTH Aachen), Prof. Rik de Doncker (ISEA RWTH Aachen), Dipl.-lng. Martin Kiel (Labor ISEA, RWTH Aachen), Dipl.-lng. Dieter Pingel (Labor IA, FH Koln) [**] Studentische Teilnehmer: Heike Barth, Tim Schmidla, Andreas Anschutz, Raffael Kuberc- zyk (FH Koln), Hannes Nordmann, Christoph Schaeper, Christoph Wieczorek, Frank Hecht (RWTH Aachen), Yusuf Yurdagel (FH Aachen). [***] [***] Das Team mochte sich bei alien Firmen und Institutionen bedanken, die das Projekt durch Bereitstellung von Komponenten und Geraten sowie durch grobzugige finanzielle Zuwendungen unterstutzt haben: Philips Re- search Aachen, NXP, Ferroxcube, NORWE, MacService, LEM, Tecxus, Analog Devices sowie IEEE- PELS, IEEE German Section, ISEA- RWTH Aachen , Fak IME - FH Koln. wird hierbei vom Eingangssignal ab- gezogen (Schaltung siehe Bild 3). Erfolgreiche Zusammenarbeit Erst nach mehreren Umbauten entstan- den in der Endphase zwei Platinen: eine Platine in Richtung Netz (Koln) und eine in Richtung Batterie (Aa- chen). Die Forts chritte der Projektarbeit wurden in zwei Berichten fur den IEEE dokumentiert und an Gutachter in die USA gesandt. Dariiber hinaus konnten zwei Teammitglieder im Friihjahr 2007 an einem Workshop des Future Ener- gy Challenge in Anaheim (USA) teil- nehmen und Diskussionen mit Studie- renden anderer Teams fiihren, die aus Australien, Bangladesh, USA, Brasilien und China angereist waren. Nebenbei waren die meisten der Stu- denten noch im Priifungsstress, so dass sie zeitweise liber mehrere Wochen gar nicht oder nur sehr wenig an dem Pro- jekt teilnehmen konnten. Ein harter Kern an Studierenden jedoch trieb das Projekt unermiidlich voran, was sich schlieBlich auch auszahlen sollte. Als einziges Team aus Europa wurden die Rheinlander zur Endausscheidung nach Weblinks [1] www.energychallenge.org [2] www.et.fh-koeln.de/ia/la/index.html [3] www.isea.rwth-aachen.de/isea2/index.php [4] www.nxp.com/acrobat_download/da- tasheets/TEAl 750_1 .pdf [5] www. nxp.com/acrobat_down load/litera- ture/9397/7501 5892.pdf [6] www.analog.com/en/prod/0„762_0_ ADUC7026,00.html ( 070718 ) 68 elektor - 1/2008 Die Schaltung Das Bild zeigt den Schaltungsaufbau mit den wichtigsten Komponenten sowie die zugehorigen Platinen. Der Eingangsteil besteht aus einem PFC-Gleichrichter, der im diskon- tinuierlichen Betrieb arbeitet und nach HF-Filterung dem Netz einen nahezu sinusformigen Strom entnimmt. Unabhangig von der Hohe der Netzspannung wird eine Zwischenkreisspannung von ca. 370 V erzeugt. Als zweite Leistungsstufe wird ein Sperrwandler eingesetzt, der eine potentialfreie, stabilisierte Ausgangsspannung von U 2 = 32 V gene- riert. Beide Konverter werden von dem Steuer-IC TEA1750 aus der Green Chip Serie von NXP angesteuert [4]. Dieser Baustein minimiert die Schaltverluste durch „ valley switching" (Anpassung des Schalt- zeitpunktes) und Reduzierung der Schaltfrequenz bei niedriger Last. Im Stand-by-Betrieb wird der PFC-Gleichrichter deaktiviert und der Sperrwandler arbeitet im „burst mode". Dadurch konnen die Stand- by-Verluste unter 0,5 W gehalten werden. Auf der Sekundarseite wird statt der ublichen Gleichrichterdiode ein weiterer Transistor (T3) mit niedrigem R DSon eingesetzt, der von einem Synchrongleichrichter-Chip TEA1 761 [5] gesteuert wird - die Verlustleistung wird dadurch noch weiter reduziert. Die dritte Leistungsstufe besteht aus einer MOSFET-H-Brucke. Die En- ergiespeicherdrossel L befindet sich zusammen mit der zu ladenden Batterie im Querzweig. Durch geschickte Taktung der vier Transisto- ren kann man Batterien mit beiden Polaritaten laden und entladen. Die zugehorige Pulsweitenmodulation generiert der Mikrocontroller ADuC7026 von Analog Devices [6]. Dieser Controller arbeitet mit einem schnellen ARM7-Core und weist neben der PWM-Einheit noch eine sehr umfangreiche analoge Peripherie auf. Zur Erkennung der Batterie muss fur mindestens eine Minute ein defi- nierter Entladestrom von 2 A entnommen werden. Dieser wird in den Zwischenkreis U Q gespeist. Die zugehorige Leistung kann zur Versor- gung des Controllers und der Ansteuer- und Messeinheit genutzt wer- den. Ubersteigt die Entladeleistung jedoch den Bedarf der Hilfskreise, steigt die Spannung U Q weiter an. Ab einem Wert von U D = 36 V wird die uberschussige Entladeleistung in einem bipolaren Transistor T4 auf einem Kuhlkorper in Warme umgesetzt. Maximal sind dabei 64 W abzufuhren. Beim Erkennen des Batterietyps und beim Laden muss die Batteriespan- nung standig mit dem Mikrocontroller gemessen werden. Urn die Auf- losung der A/D-Wandlung zu erhohen, wird mit einer Operationsver- starkerschaltung in Abhangigkeit von der Batteriespannung zunachst ein konstanter Referenzwert abgezogen, der uber den D/A-Ausgang des Mikrocontrollers bereitgestellt wird (Schaltung siehe Bild 3). Es ist somit moglich, ein Messfenster automatisch an die Batteriespannung anzupassen und hierdurch die Auflosung der Spannungserfassung ef- fektiv um 2 Bit zu erhohen. Zur Batterieerkennung werden bestimmte Lade- und Entlade-Zyklen eingestellt und die resultierenden Spannungs- und Stromwerte durch den Mikrocontroller ausgewertet. Daraus wird eine erste Wahrschein- lichkeitsangabe fur die vier Batterietypen und die Zellenanzahl mog- lich. In der Folgezeit werden weitere Lade- und Entlade-Zyklen durch- gefuhrt, um eine weitere Eingrenzung vorzunehmen und schlieblich den Batterietyp und die Zellenanzahl genau bestimmen zu konnen. So kann beispielsweise uber eine Hysteresemessung sehr gut festgestellt werden, ob eine Nickel-basierte Batterie vorliegt, die nur mit der Kon- stantstrom-Methode geladen werden darf. Dies funktioniert wie folgt: Ausgehend davon, dass der Akku zuvor zumindest zum Teil entladen wurde, wird zunachst eine bestimmte Ladungsmenge in den Akku hin- eingeladen. Danach wird eine ganze Zeit lang gewartet, bis sich die Ruhespannung eingestellt hat und dieser Wert im Controller festgehal- ten. Nun wird die doppelte Ladungsmenge aus dem Akku entnom- men und wieder gewartet, bis sich die Ruhespannung eingestellt hat. Anschliebend wird wieder die ursprungliche Ladungsmenge in den Akku geladen und ein drittes Mai auf das Einstellen der Ruhespannung gewartet. Dieser Wert wird nun mit dem gespeicherten Wert verglichen, die Differenz wird als „Hysterese-Spannung" bezeichnet. Diese ist bei Ni-basierten Batterien deutlich hoher als bei anderen Systemen. Bei Blei- und Lilon-Batterien wird zunachst mit konstantem Strom und abschliebend mit konstanter Spannung geladen. Solange nicht ausge- schlossen ist, dass es sich um eine Lilon-Batterie handelt, wird darauf geachtet, dass in keinem Fall eine Uberladung erfolgt. Bild 5. Zu Prtisentationszwecken bauten die Studenten das Gerdt in ein Plexiglasgehduse ein. Bild 6. Hier ist das fertige Ladegerdt zu sehen. 1/2008 - elektor 69 TECHNIK ENERGIESPAREN Low-Power-Industries Uber industrielle Strategien, den Stromverbrauch von Chips zu senken Von Dr. Thomas Scherer Das neue Jahrtausend begann mit stetig steigenden Energiepreisen und folglich einer neuen okologischen Welle, die mittlerweile auch die Elektronik voll erfasst hat. Kein Hersteller kann es sich mehr leisten, dem Streben nach mehr Funktion lediglich mit mehr Transistoren und noch mehr Stromverbrauch zu begegnen - und das nicht nur aus okologischen Griinden... Nachdem es schon in den 90er Jahren erste ernsthafte Be- strebungen gab, neben reinen Ergonomiefragen auch den Stromverbrauch von Consumer-Gerdten und insbesonde- re von PC-Equipment zu reduzieren (siehe die Siegel der schwedischen TCO), befasst sich neuerdings auch die euro- Bild 1. Die Netburst-Architektur eines typischen Pentium-4-Prozessors. paische Politik mit solchen Fragen. In diesem Kontext steht ein Entwurf zur Reduktion des Stromverbrauchs im Stand- by-Modus aus dem Jahre 2005 [1 ], der dieses Jahr schon Grenzen von 1 W bringen soil und in drei Jahren sogar nur 0,5 W pro Gerdt im Standby-Betrieb erlauben wird. Die gesamte Elektronik-lndustrie beschaftigt sich also nicht erst jetzt mit Techniken zur Verminderung von Energieverschwen- dung. Allerdings nicht immer ganz freiwillig, und manchmal nur, weil es technisch nicht mehr anders geht. Harter Lernprozess Intel hat vor einigen Jahren die Erfahrung machen mussen, dass die Brute-Force-Strategie im (Konkurrenz-)Kampf urn mehr Leistung teilweise zu untragbarer Verlust eistung ih- rer besten CPUs fuhrte. Am 6. Marz 2000 passierte das Unvorstellbare: Konkurrent AMD erreichte mit seinen Ath- lon-CPUs als erster die prestigetrachtige Taktfrequenz von 1-GHz! Diesen Vorsprung konnte sich Intel nicht bieten las- sen. Schon im Vorfeld des 1 -GFiz-Rennens wurde mit dem Pentium 4 die so genannte Netburst-Architektur (Bild 1) ent- wickelt, von der sich abzeichnete, dass sie sich ausreichend beschleunigen lieB. Damit konnten noch im gleichen Jahr CPUs mit bis zu 1 500 MHz realisiert werden, die dann lei- der weniger Performance als ein 1-GHz-Pentium 3 brachten. Aber bei den Taktraten war Intel wieder Sieger... Die Antwort von AMD erschopfte sich im Wesentlichen dar- in, den Nachfolger Athlon XP mit einer Art virtueller Takt- frequenzbezeichnung im Namen zu verkaufen [2]. Doch ab da begann fur Intel die Verlustleistungsproblematik akut zu werden: Kam eine P3-CPU noch mit einer Leistungsauf- nahme zwischen 20 und 40 W daher, so lag schon die 70 elektor - 1/2008 langsamste Ausfuhrung der ersten P4-Generation „Willia- mette" bei ahnlicher Transistorzahl (knapp uber 40 Mio.) und der gleichen Strukturbreite von 130 nm (Bild 2) bei knapp 50 W. Die 2-GHz-Variante erreichte schon bedenk- liche 75 W TDP (Thermal Design Power = thermischer Grenzwert der Leistungsaufnahme). Soviel Hitze war nicht mehr so einfach wegzupusten. Bei der nachsten P4-Gene- ration „Northwood" waren es dann knapp 90 W und Intel dammerte es wohl schon Ende 2003, dass sich dieser Weg als Sackgasse erweisen wurde. SchlieBlich konnten die op- timistisch geauBerten Taktfrequenzziele jenseits von 4 GHz einfach nicht erreicht werden. Doch eine wirkliche Neuorientierung war noch nicht in Sicht. Stattdessen folgte mit „Prescott" noch ein P4, der den Energieverbrauch fur ein daumennagelgroBes Stuck Silizium auf den neuen Rekord von 1 15 W trieb. Man ver- gegenwartige sich, dass damit die Energiedichte (abgege- bene Leistung pro Flache) hoher als in einem Atomkraftwerk und allemal uber der einer Herdplatte liegt! AMD hinkte zwar taktfrequenzmaBig etwas hinterher, holte aber bei der Verlustleistung gut auf. Schnell waren ebenfalls 90 W erreicht und bei einigen besonders schnellen Exemp- laren sogar 1 30 W Zwischendurch gab es eine Phase, in der AMD attraktive CPUs vom Typ Athlon 64 mit viel Rechenleistung und „nur" 65 W TDP vorzeigen konnte. Das brachte AMD Marktan- teile. Obwohl Intel den Kurs zu diesem Zeitpunkt schon gean- dert hatte, wurde mit „Cedar Mill" (Bild 3) das letzte Klein- heizkraftwerk alias P4-CPU auf den Weg gebracht. Mit die- ser letzten Variante war Netburst dann endlich beerdigt. Hintergrund war, dass sich diese Stromfresser nicht sehr gut fur Laptops eigneten. Zu wenig Platz fur Kuhlung und zu geringe Laufzeiten im Akkubetrieb machten auch selektierte P4-CPUs mit dem Zusatz „M" zu Problemfallen. Und da die Marktanteile von Laptops standig stiegen, war das ein sehr wichtiges weil monetar relevantes Kriterium. Bild 2. Die Chip-Oberflache einer P4-CPU in 130-nm-Technik. Weitere Stromfresser Ein Fehler kommt selten a I lei n : War bis zum Jahr 2000 ein Netzteil mit hochstens 250 W Leistungsabgabe noch gut ausreichend, so blieb bei einem 1 15-W-P4 nicht mehr viel Reserve. Wahrend sich Festplatten, optische Laufwerke und Motherboard-Chips weiterhin mit vergleichsweise we- nig Strom begnugten, kam die Brute-Force-Strategie der CPU-Hersteller auch bei den GPU-Herstellern in Mode. Mittlerweile sind mit Nvidia und ATI auch hier nur mehr zwei Konkurrenten relevant, und eine Hochstleistungs-Gra- fikkarte wie die GeForce 8800 GTX oder die Radeon HD 3870 (Bild 4) benotigt zur Versorgung mehrerer hundert Energiespar- Technologien Die Bemuhungen zur Begrenzung des Energieverbrauchs hoch- integrierter Schaltungen bewegen sich auf zwei komplemen- taren Ebenen - der Physik und dem eigentlichen Chip-Design. Die Abbildung zeigt ein grobes Schema aktuell angewandter Strategien. Die popularste und vermutlich wichtigste Strategie liegt auf der physikalischen Ebene: Das Shrinking genannte Verkleinern der Chipstrukturen. Strained Silicon (= gestrecktes Silizium) erhoht die Ladungs- tragerbeweglichkeit und steigert so verlustleistungsneutral die mogliche Taktfrequenz. Wird uber eine geeignete Geometrie der Transistoren der Schwellwert der Gate-Spannung redu- ziert, kann mit niedrigen Spannungen schneller geschaltet werden. Die Dielektrizitatskonstante der verwendeten Isolati- onsschichten hat mehrfache Auswirkungen auf Stromverbrauch und Schaltverhalten. Nicht weniger wichtig als die physikalische Ebene ist die Meta- Ebene des Chip-Designs. ICs werden schon seit Jahrzehnten mit hochspezialisierter und hochkomplexer Software entworfen und verifiziert (logisch getestet). Dabei ist es von entscheidender Bedeutung, in welchem Umfang die Software -Too Is den Chip- Designer bei extrem komplexen Aufgabenstellungen unterstut- zen. Dazu gehort zum Beispiel das selektive Abschalten von Low-Power-Technologien Chip-Design Abstrakter Aufbau der Logik und des Power-Controllers ( \ Takt Clock gating V ) r Anpassung Takt/ ^ Frequenz ^ Spannung Multiple Supply Voltage r A Leistung Power Shut Off V ) Physik Wafer-Technik und grundlegende Halbleitertechniken r \ Grolie Shrinking V J r V Ladungs- trager Strained Silicon Schwell- spannung Low v Voltage ^ / \ Isolation Dielektrika V V Schema der wichtigsten aktuellen Energiespartechniken (ohne Anspruch auf Vollsttindigkeit). gerade inaktiven Chip-Teilen (und das Retten der Zustande) im laufenden Betrieb. Der zweite Block „U/F-Anpassung" entspricht dabei funktional den etablierten Techniken wie Speedstep von Intel oder Cool'n'Quiet von AMD. 1/2008 - elektor 71 TECHNIK ENERGIESPAREN INTEL®© PENTIUM® 06 $L9KF CHIN/i 6H1 3. 20GHZ/2M/800/06 56H6B222 h£&6A3941 Bild 3. P4-CPU der letzten Generation. Millionen Transistoren unglaubliche 140 W. Manche noch nicht ganz erwachsene (mannliche) Exemplare der Gattung homo ludens stecken sogar gleich zwei davon in einen Rechner, was sogar ein 500-W-Netzteil schwach werden lasst. Als Kronung dieser (Fehl-)Entwicklung kann man heu- te fur gutes Geld und unsinnige Zwecke PC-Netzteile mit 1 kW Ausgangsleistung kaufen. Selbst einfachste moderne Grafikkarten sind kaum noch ohne Lufter erhaltlich. Der hochst fragwurdige Energieverbrauch bei Gamer-PCs ist ubrigens durchaus nicht vernachlassigbar, sondern schlagt sich sowohl volkswirtschaftlich als auch okologisch in der C0 2 -Bilanz nieder. Man kann nur von Gluck sagen, dass diese Entwicklung durch den Trend zum Laptop mit Ver- kaufszahlen kompensiert wird, die 2007 erstmals hoher waren als bei den Desktops. Bild 4. High-End-Grafikkarte von ATI. Die im Modell HD3870 verbaute GPU halt bei der Rechenleistung und auch beim Energieverbrauch locker mit einer modernen CPU mit. Centrino Jede Krise bietet auch eine Chance und Chip-Giganten wie Intel waren nicht so erfolgreich, wenn sie nicht einen Plan B in der Hinterhand hatten. Als Glucksfall erwies sich fur Intel eine kleine CPU-Design-Abteilung in Israel, die sich mit Notebook-CPUs beschaftigte und deshalb groBen Wert aufs Energiesparen legte. Diese Designer ignorierten die Netburst-Architektur. Sie entwickelten das in punkto Leis- tung/Taktfrequenz effektivere P3-Design weiter und prasen- tierten mit dem Pentium M eine CPU, die bei 1 ,7 GHz Takt und weniger als 25 W Verlustleistung locker einen P4 mit 2,4 GHz abhangte. Mit passendem Chipsatz unter der La- bel „Centrino" vermarktet avancierte dieser Prozessor im Jahre 2004 zum Kassenschlager. Nach einem nochmals verbesserten Pentium M folgte die Entscheidung, diesen CPU-Typ fur Desktop-Zwecke zu modifizieren. Da dies aber eine marketingtechnisch ungunstige Ruckkehrzu niedrigeren Taktfrequenzen und letztlich auch das Eingestandnis einer falschen Strategie bedeutet hatte, wurde fieberhaft an Zwei- und Mehrkern-CPUs gearbeitet. Also mehr Leistung nicht durch mehr Takt, sondern durch mehr Kerne. Seit 2006 sind Dual-Cores fur Notebooks, Desktops und mittlerweile sogar Server verfugbar. Vierkern-CPUs fur tragbare Rechner stecken im Moment wohl noch in der Pipeline. AMD prasen- tierte Ende 2007 erste „echte" Quad-Cores (vier Kerne auf einem Chip), hat aber bei der Rechenleistung noch nicht ganz aufgeholt. Energiespartechniken Von der CPU-Geschichte zur dahinter steckenden Technik: Beim Pentium M handelt es sich im Prinzip urn einen P3- Kern mit modernerem P4-lnterface und aufgeblasenem Ca- che. Ein groBer Cache ist normalerweise auch ein groBer Energieverbraucher, denn hier arbeiten viele Transistoren mit hohem Takt. Fur akzeptable Verbrauchswerte wird mit speziellen Techniken die Verlustleistung gerade nicht beno- tigter Cache-Teile reduziert. Eine weitere Stromspartechnik namens „Speedstep" [3] reduziert wahrend des Betriebs in Abhangigkeit von der Prozessorauslastung die Taktfre- quenz und gleichzeitig die Kernspannung, was deutliche Auswirkungen auf die Akkulaufzeit hat. Diese eigentlich fur Notebooks entwickelten Techniken waren zwar schon ansatzweise in P4-CPUs zu finden, zogen jedoch in vollem Umfang erst mit den Dual-Core-Prozessoren in die Desktops ein. Insgesamt ist die Reduktion von Takt und Kernspannung heute so feinstufig, dass sich eine gute dynamische Lastan- passung mit einer deutlich reduzierten mittleren Leistungs- aufnahme ergibt. Bei AMD nennt sich ein ahnlicher Ansatz fur Desktop-CPUs z/CoolVQuiet" [4] und fur Notebook-Prozessoren „Power- Now!". Vor etwa drei Jahren sorgte diese Technik beim Athlon 64 fur derart gute Verbrauchswerte, dass AMD or- dentlich Boden gegenuber Intel gut machen konnte. Ein Ath- lon 64 3500+ in 90-nm-Technik (mit real 2 GHz Takt) konn- te damit bei wenig Last auf etwa 20 W Stromverbrauch abgesenkt werden. Die Stromspartechniken beim intelligenten Betrieb von CPUs erfordern naturlich das Zusammenspiel mit weiteren Chips. Unterstutzung kommt vom Chipsatz des Mainboards und von den Chips der Schaltregler, welche die sich blitzar- tig andernden Spannungen bereitstellen mussen. Strom- sparende Techniken sind nicht nur auf CPUs und PCs be- schrankt, sondern ebenso fur ICs in alien anderen Bereichen relevant. Fortschritte bei den Computerchips werden sehr schnell auch fur die Fertigung anderer hoher integrierter Chips adaptiert. Man kann an der Entwicklung der letzten 72 elektor - 1/2008 Jahre auch sehen, dass okologischer Fortschritt nicht unbe- dingt okologische Motive hat, sondern sich teilweise aus technischer Notwendigkeit ergibt. Prinzipien Eine kleine Umfrage der ELEKTOR-Redaktion bei verschie- denen Chip-Herstellern (Cypress, Fairchild, Freescale, Ma- xim-Dallas, National Semiconductor, Texas Instruments und Transmeta) ergab, dass das Thema „low power technolo- gies" durchweg absolute Prioritat besitzt. Nicht nur die CPU- Produzenten Intel, AMD, IBM, HP, NEC, Samsung oder Via, sondern alle Hersteller oder Designer von hochintegrierten Chips operieren in einem Markt, der immer mehr Funkti- onen in immer mehr Bereichen fordert (die Anforderungen bei modernen 1 080p-fahigen TV-Geraten beispielsweise sind enorm). Besonders wachstumsstark ist dabei die mobi- le Hochleistungstechnik (Autoelektronik, Navigationsgerate und Smartphones). Wenn es urns Energiesparen geht, dann verwenden zwar unterschiedliche Hersteller immer noch ver- schiedene Strategien, doch sind die prinzipiell moglichen Techniken begrenzt und hinlanglich bekannt (siehe Kasten). Wirkliche Geheimnisse finden sich primar in der konkreten Umsetzung dieser Strategien in die Praxis. Weniger bekannt ist, dass hinter den Chip-Produzenten hochspezialisierte Software-Firmen stehen, welche die Tools liefern, mit denen komplexe Chips entworfen und getestet werden. Hier teilen sich Cadence, Mentor Graphics und Synopsys uber 90% des Marktes. Die Features dieser Tools entscheiden maBgeblich uber weitere Moglichkeiten der Energieeinsparung mit. Und die Anforderungen werden im- mer komplexer. So ist mit der aktuellen 65-nm-Technologie eine dynamische Taktabsenkung a la Speedstep oder Cool'n'Quiet nicht mehr sehr effektiv. Die starke Miniaturisierung steigert die Leck- strome der Chips immer mehr. Aktuell zieht ein Chip ohne Takt immer noch gut 60% des Volllast-Stroms. Besser ist das komplette dynamische Abschalten gerade nicht benutzter Teile. Dies erfordert aber einen eigenen Power-Controller - eine Art CPU in der CPU nur fur die Stromversorgung. Abschalten und Retten der Zustande im laufenden Betrieb ist eine ganz und gar nicht triviale Aufgabe. Immerhin sind trotz steigender Funktionalitat (2008 wird die Grenze von 1 Milliarde Transistoren auf einem Chip uberschritten werden!) Fortschritte nicht zu verleugnen. Aus glaubwurdigen Quellen wurde dem Autor zugetragen, dass nur mit dem Einsatz a Her verfugbaren Techniken die Spit- zenleistung bei einem Vier-Kern-Prozessor neuester Bauart auf unter 1 30 W gedruckt werden konnte. Ohne diese Tech- Bild 5. Bildschirmfoto eines Design-Tools von Cadence zur Optimierung des Energieverbrauchs. niken, so haben Berechnungen ergeben, wurden unglaub- liche 250 W erreicht. Das ware dann wirklich nicht mehr richtig beherrschbar. Bedenklich ist allerdings, dass Fort- schritte im Energieverbrauch nicht unbedingt der Umwelt zugute kommen mussen, sondern auch schnell von weiteren Leistungssteigerungen aufgefressen werden konnen. (070795-Ie) Links [1] EU-Standby-Richtlinie 2005: eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ. do?uri = CELEX:32005L0032:DE:HTML [2] Quantispeed-Rating: de. wikipedia. org/wiki/Athlon_XP#Quantispeed- Rating [3] Speedstep: de.wikipedia.org/wiki/Speedstep [4] Cool'n'Quiet: de.wikipedia.org/wiki/Cool%27n%27Quiet [5] Cadence, Low Power Design: www.cadence.com/lowpower/index.aspx? lid = low_power Anzeige Ihr preisbewusster EURO CIRCUITS Online Prelse berechnen Online bestellen Online Auftrage uerfolgen Online 24/24 Std. und 7/7 T* Irttcressiert ? 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Li- is: Unsere Geschichte beginnt schon 1999. Jim Fells erste Modifikation des Prius war, eine Moglichkeit fur einen rei- nen Elektrobetrieb zu schaffen. Nach etlichen Verbesserungen in Sachen Akkus war sein Bemuhen schlieBlich halbwegs erfolgreich. Immerhin betrug die Reichweite dann um die 80 km. Der modifizierte Prius nahm dann 2005 und 2006 bei der Rallye fur Elektro-Autos von London nach Brighton teil. Auch heute noch steht und fallt jedes Bild Die vereinfachte Grundstruktur des Prius-Antriebs. Elektro-Auto mit seinem Akku. Mit preisgiinstigen Blei-Akkus handelt man sich ein sehr schlechtes Leis- tungsgewicht und somit eine geringe Reichweite ein. Und gerade bei einer langeren Rallye miissen dann bei der Planung etwa alle 80 km Ladestationen eingeplant werden, an denen die Fahr- zeuge neue Energie tanken konnen. Funktionsweise Bild 1 zeigt, wie ein originaler Toyota Prius funktioniert: Im Prinzip ist es ein normales Auto, das im Antriebs Strang einen zusatzlichen Elektromotor/Ge- nerator integriert hat. Beim Bremsen wird dieses Aggregat in den Genera- tor-Modus geschaltet und mit der so genutzten Verzogerungsenergie der Akku geladen. Prinzipiell unterstiitzt der Elektromotor den konventionel- len Ottomotor beim Anfahren und Be- schleunigen im niedrigen Geschwin- digkeitsbereich. Und da gerade beim Stop-and-go-Betrieb normale Motoren sehr ineffizient sind, lasst sich so eine Menge Benzin sparen. Als Jim Fell sich seinen Prius vornahm, waren auch einige Amerikaner mit ers- ten Experimenten in Sachen groBerer Akku-Kapazitat beschaftigt, um die Reichweite im reinen Elektrobetrieb zu erhohen [2]. Der Toyota Prius ist gegen- iiber konventionelleren Fahrzeugen mit noch etwas komplexeren Steuerungen gesegnet. Der Teil der Steuerung, der fur Antrieb und Batterie-Management zustandig ist, nutzt den CAN-Bus. Ei- ner der wichtigsten Parameter ist der aktuelle Ladezustand des Akkus. Bei niedrigem Ladezustand wird der Akku bei Bergabfahrt, beim Bremsen Oder mit iiberschiissiger Energie des Ottomo- tors geladen. Bei hohem Ladezustand wird bei niedrigen Geschwindigkeiten der Elektro-Motor pur eingesetzt Oder als Unterstiitzung beim Beschleunigen Oder bei der Bergauffahrt genutzt. In der Praxis andert sich der Ladezustand wahrend des Betriebs permanent und die Steuerung kommt nie zur Ruhe. Noch ein Akku... Anfanglich gab es zwei Problembe- reiche im Zusammenhang mit einem zweiten Akku. Zunachst war vollig un- klar, wie sich die serienmaBige Steue- rung verhalten wiirde, wenn der se- rienmaBige Akku plotzlich aus einem Extra-Akku geladen wird. Und dann war ja noch die ungeklarte Frage, wie die Ladung/Entladung dieses zweiten Akkus gesteuert werden konnte. Diese zusatzliche Steuerung sollte schlieBlich in der Lage sein, den Lade- zustand des Standard-Akkus so zu ma- nipulieren, dass die Toyota-Steuerung praktisch immer einen vollen Akkus erkennt und daher so oft wie moglich den Elektro-Motor aktiviert. Die Losungsstrategie fur das erste Pro- blem war recht einfach: Man schlieBe ein Akku-Ladegerat an den Fahr-Akku an und lade diesen, bis er ungefahr 80 % des maximalen Ladezustands erreicht hat. Toyotas Batterie-Ma- nagement beriicksichtigt neben der Spannung auch die Akku-Tempera- tur und berechnet daraus den Lade- zustand. Wie das Experiment zeigte, lasst sich die Steuerung von exter- ner Ladung nicht storen. Von daher benotigte das zweite Problem - die Steuerung des Zusatz-Akkus - die Haupt aufmerks amkeit . Schaltungs-Details Jim Fell konnte gliicklicherweise einen Satz von immerhin 56 (!) Li-Ion-Zellen von Thunder Sky ergattern. In Serie ge- 74 elektor - 1/2008 schaltet ergaben sie eine Gleichspan- nung von etwa 210 V bei einer Nomi- nal-Kapazitat von ordentlichen 50 Ah. Das im Prius eingebaute NiMH-Akku- Paket liefert aber 240 V - also war klar, dass ein Spannungswandler zur Ladung des eingebauten Akkus not- wendig wurde. AuBerdem wollte Jim Fell die Li-Ion- Akkus in der Nacht iiber die Steckdose laden konnen, was eine Ladeschaltung notwendig machte. Die Schaltung zur Ladung des einge- bauten Akkus aus dem Zusatz-Akku ist in Bild 2 zu sehen. Die Anbindung der Zusatz-Batterie wurde via vier einpolige Hochvolt/Hochstrom-Relais und einen Hochleistungs-Gleichspan- nungswandler (DC/DC-Konverter) vorgenommen. Beim DC-DC-Konverter handelt es sich eigentlich um einen Batterielader mit einem Bruckengleichrichter auf der Eingangsseite, der die Netzwechsel- spannung in nutzbare Gleichspannung umsetzt (der aber auch mit Gleich- spannung versorgt werden kann). Mit dieser Komponente hat man also ein Ladegerat fur den zusatzlichen Li-Ion- Akku immer dabei. Der Konverter hat zwei Ausgange. Der „High“-Ausgang erzeugt eine hohe Ausgangsspannung und simuliert so einen hohen Ladezustand fur die Ori- ginalsteuerung des Prius. Der „Low“- Ausgang liefert eine niedrigere Span- nung, die der Steuerung erlaubt, ei- nen sich reduzierenden Ladezustand zu erkennen. Der Ausgang des DC-DC-Konverters wird durch Umschaltung zwischen zwei Arbeitspunkten gesteuert. Wenn der Akku iiber Nacht geladen wird, wird er elektrisch vom Rest des Fahr- zeugs getrennt. Beim Betrieb des Fahrzeugs sind bei- de Akkus solange angeschaltet, wie der Zusatz-Akku Energie liefern kann. Ist der Zusatz-Akku leer, wird er abge- schaltet und das Auto verhalt sich wie ein serienmaBiger Prius. Selbermachen? Alle wichtigen Parameter des Fahr- Akkus kursieren auf dem CAN-Bus des Prius. An diesen Bus sind recht viele Gerate angeschlossen, die alle- samt ihre Daten auf den Bus legen. Braucht ein anderer Teilnehmer be- stimmte Daten, dann belauscht er den Bus und liest die Daten, die fur ihn wichtig sind. Was man also benotigt, ist ein Stuck Elektronik mit CAN-Bus- 1/2008 - elektor 75 TECHNIK E-BLOCKS 0. 11111111111 i mi 0 CAN-H E-blocks display unit Prius CAN bus via OBD connector EB006 PlCnricro multi prog rammer LCD display 24 characters, 2 lines EB018 CAN bus board Bild 3 CAN-Bus-Uberwachung mit E-blocks. Bild 4 Die selbstgebaute Steuerung. Interface, das die benotigten Informa- tionen aus dem Bord-Bus ausliest und daraus einen sinnvollen Umgang mit den Akkus ableitet. An diesem Punkt angekommen stieB Jim Fell zufallig in der Februar-Ausga- be 2006 von ELEKTOR auf einen Artikel liber die Software Flowcode, bei dem Bild 5 Vor (5a) und nach (5b) der Umriistung auf das neue Batterie-System. es auch um ein CAN-Bus-System mit zwei Netzwerk-Knoten ging. Jim Fells Erfahrungen mit Netzwerken lieBen befiirchten, dass es dauert, bis man so eine Sache im Griff hat. Er hatte auBer- dem schon etwas Erfahrung mit PIC- Mikrocontrollern von Microchip, und es gab jede Menge an Informationen fiber den CAN-Bus auf den Webseiten dieses Herstellers. Das Datenblatt zum CAN- Interface-Chip MCP2515 hat immerhin einen Umfang von 81 Seiten [3]. Kurz entschlossen bestellte Jim Fell ein Flowcode-CAN-System und war nach Eintreffen der Lieferung hoch erfreut dariiber, dass er mit diesem Schritt den schwierigsten Teil in Sachen CAN-Bus schon abgehakt hatte. Sowohl die Pa- rameter-Einstellung als auch das Le- sen von Daten wird von fertigen Ma- kros erledigt. Die Kommunikation mit dem CAN-Bus gestaltete sich also sehr bequem. Um nun auf dem CAN-Bus des Prius die Datenpakete zu identifizieren, die sich auf den Ladezustand des Akkus beziehen, wurde die „ Light “-Variante eines CAN/USB -Wandlers der Firma Kvaser herangezogen. Ein Prius ver- fiigt fiber einen gut erreichbaren OBD- 2 -Anschluss mit 1 2 -V-Spannungs quel- le, fiber den man Zugriff auf den CAN- Bus bekommt. AuBerdem kursierten schon einige Informationen fiber diese Datenpakete im Internet. Es brauch- te dann noch einige Algorithmen zur Transformation der Daten, damit sie sinnvoll auf einem LCD angezeigt wer- den konnten. Schritt fur Schritt Nachdem sich Jim Fell langsam klar dariiber wurde, welche Informationen er eigentlich aus dem Bus benotig- te, erstellte er zunachst eine Simula- tion des Prius-CAN-Bus-Systems. Ein E-blocks-Modul sendet einfach konti- nuierlich Meldungen fiber den Lade- zustand in genau dem von Toyota ver- wendeten Format. Eine zweite Einheit lauscht am Bus und zeigt die System- Parameter auf einem LC -Display an. Bild 3 zeigt den Aufbau des Simula- tors". Diese Kombination war nicht nur wahrend der Planungs- und Testphase niitzlich, sondern passte sogar in ein kleines Gehause, das im Radio-Schacht des Fahrzeugs Platz fand (Bild 4). Es wird Strom und Spannung des Akkus (Ladung/Entladung), der Ladezustand in %, die Lade- und Entladestrom-Be- grenzung sowie Maximum und Mini- mum der Akku-Temperatur angezeigt. Alle relevanten Parameter des Systems 76 elektor - 1/2008 konnten also auch ohne Auto getestet werden. Letztlich zeigte sich, dass man mit dem Ladezustand als einzigem Para- meter auskommen kann und damit die beiden Ausgange „High“ und „Low“ steuern kann. Um den Ladezustand des Standard-Akkus so gut wie mog- lich bei rund 70 % zu halten, waren nur wenige logische Entscheidungen von der Steuerung zu treffen: Trenne den Zusatz-Akku ab, wenn der Ladezu- stand groBer 70 % ist („ Low “-Aus gang aktiv) und schalte ihn wieder an, wenn der Ladezustand kleiner 65 % betragt („High“-Ausgang aktiv). Ein zusatzlicher Ausgang steuert ein Relais, das wiederum die vier schwe- ren Relais steuert. Die Akkus werden so 5 s nach Einschalten des Systems angeschaltet und wieder abgetrennt, wenn der Zusatz-Akku entladen ist. Blid 6 Der DC/DC-Converter. Praxis In der endgiiltigen Fassung war die Steuerung so einfach, dass keine extra Anzeige im Auto notig war. Die Steue- rung wurde daher in ein Gehause ein- gebaut und neben die Akkus und Ma- gnetschalter platziert. Die 56 Li-Ion-Zellen sind mittlerwei- le zwei Jahre alt und beginnen, sich in ihren Kapazitaten zu unterschei- den. Die schlechteste Zelle kann rund 50 Ah bei 25 A Entladestrom und 20°C Temperatur liefern. Da das schlechtes- te Glied der Kette die Gesamtleistung bestimmt, wurde der Entladestrom auf 25 A begrenzt. Damit kann man den Prius zwischen zwei und drei Stunden mit zwei Akkus betreiben, bis der Zu- satz-Akku leer ist und der Prius wieder zum Standard-Hybrid- Auto mutiert. Der groBte Nachteil des Systems ist, dass die Li-Ion-Zellen nicht nur teuer, sondern auch groB sind. Ein komplet- ter neuer Akkusatz kostet leicht etliche tausend Euro und reduziert auBerdem den nutzbaren Kofferraum, wie in den Bildern 5a und 5b zu sehen ist. Solange der Zusatz-Akku Ladung ent- halt, reduziert sich (im Sommer) der Verbrauch von den serienmaBigen 4,7 1/100 km auf knapp die Halfte, nam- lich 2,8 1/100 km! Nachbau Wer Jim Fell nacheifern mochte, der braucht (auBer einem Toyota Prius) die Software Flowcode und das damit ge- schriebene Programm mit der Bezeich- nung „Prius_04_Receive_PFC40.fcf“, das kostenlos von der Elektor-Websei- te zu diesem Artikel herunter geladen werden kann. Hinzu kommt noch et- was Hardware in Form des „Easy CAN Kit" (siehe Elektor-Shop), das Flowco- de, zwei PICmicro Multiprogrammer, zwei CAN-Bus-Boards sowie je ein LC- Display, Switch-Board, LED-Board und weiteres Zubehor umfasst. Schlussbemerkung Englischsprachige Prius-Optimierer sind damit geschlagen, dass das Dis- play im Prius den Spritverbrauch nur bis maximal 99.9 mpg (Meilen pro Gallone, siehe Bild 7) anzeigt. Sie wissen also nie genau, wie gut ihr Prius wirklich ist. Irgendwie muss die Verweigerungshal- tung gegeniiber metrischen Einheiten ja auch einmal bestraft werden ;-). Eine denkbare und dankbare Erwei- terung ware, die aktuelle Geschwin- digkeit aus dem CAN-Bus auszulesen und den Prius mit dieser Information bei Geschwindigkeiten von weniger als 50 km/h in den reinen Elektro-Be- trieb zu zwingen. ( 075103 - 1 ) Weblinks [1] E-blocks mit CAN, Elektor 2/2006, Artikel downloadbar unter: www.elektor.de [2] Plug in Prius Wiki Group: www.eaa-phev.org/wiki/Prius_PHEV [3] Microchip-Dafenblatt: wwl .microchip.com/downloads/en/ DeviceDoc/2 1 801 d. pdf Bild 7 Die (englische) Anzeige ist auf 99.9 mpg begrenzt. 1/2008 - elektor 77 INFOTAINMENT RATSEL Sudoku fur Elektroniker Auch im ersten Heft des neuen Jahres miissen Sie natiirlich keinesfalls auf ein Hexadoku verzichten. 16 x 16 Ktistchen stehen bei dieser Sudoku-Variante immer noch fur einige Stiindchen RatselspaB. Die Einsender der richtigen Losung haben wieder die Chance, einen der vier Preise zu gewinnen: Ein E-blocks Starter Kit Professional und drei Elektor-Gutscheine! Die Regeln dieses Ratsels sind ganz einfach zu verstehen: Bei einem Hexadoku werden die Hexadezimalzahlen 0 bis F ver- wendet, was fur Elektroniker und Programmierer ja durchaus passend ist. Fullen Sie das Diagramm mit seinen 16x16 Kast- chen so aus, dass alle Hexadezimalzahlen von 0 bis F (also 0 bis 9 und A bis F) in jeder Reihe, jeder Spalte und in jedem Fach mit 4x4 Kastchen (markiert durch die dickeren schwarzen Lini- en) genau einmal vorkommen. Einige Zahlen sind bereits ein- getragen, was die Ausgangssituation des Ratsels bestimmt. Wer das Ratsel lost - sprich die Zahlen in den grauen Kastchen herausfindet - kann wie jeden Monat einen Hauptpreis oder ei- nen von drei Trostpreisen gewinnen! MITMACHEN UND GEWINNEN! Unter alien Einsendern mit der richtigen Losung verlosen wir ein E-blocks Starter Kit Professional im Wert von 365,75 € und drei ELEKTOR- Gutscheine im Wert von je 50 €. Der Rechtsweg ist ausgeschlossen. Mitarbeiter der in der Unternehmensgruppe Segment B.V. zusammengeschlos- senen Verlage und deren Angehorige sind von der Teilnah- me ausgeschlossen. EINSENDEN Schicken Sie die Losung (die Zahlen in den grauen Kastchen) per E-Mail, Fax oder Post an: Elektor - Redaktion Susterfeldstr. 25 - 52072 Aachen Fax: 0241 / 88 909-77 - E-Mail: hexadoku@elektor.de Als Betreff bitte nur die Ziffern der Losung angeben! Einsendeschluss ist der 31. Januar 2008! DIE GEWINNER DES NOVEMBER-HEXADOKUS STEHEN FEST! Die richtige Losung (siehe unten) ist: 41 EBA. Das E-blocks Starter Kit Professional geht an: Monika Hafner aus Berglen. Gutscheine uber je 50 € gehen an: Siegfried Behlau, Michael Sommer und Karl-Josef Wernet. Herzlichen Gluckwunsch! 4 9 5 C B D F 6 F E 2 C A 1 9 8 1 E F 5 9 0 4 A 3 A 1 9 6 C 0 E 3 6 4 8 E 5 F A B 9 F C 1 7 8 2 6 E 5 1 9 B 6 3 0 C 6 5 3 9 1 5 6 F 0 3 1 9 8 D 3 1 9 A 8 5 6 F 2 9 C F 6 3 7 D 4 F B 7 9 A 0 F E 4 D 8 2 8 4 7 0 D 1 0 3 D 7 8 9 C 6 E 4 4 D 8 5 F 2 B 0 7 C (c) PZZL.com B E F D 8 5 C 7 0 2 A 9 3 6 1 4 7 4 A C E 3 D 9 8 6 5 1 2 F B 0 9 8 0 3 2 F 6 1 E 4 C B D A 7 5 1 2 5 6 A 0 4 B 7 F D 3 E C 8 9 F D C 5 3 2 E 6 A B 8 0 1 9 4 7 E B 4 9 0 7 A D 2 1 3 F 8 5 6 C 8 6 3 2 1 9 B 4 5 C 7 E A 0 D F 0 1 7 A F C 5 8 4 9 6 D B E 2 3 D 3 B 8 6 1 9 F C 0 E 2 7 4 5 A 4 7 1 0 B E 8 5 6 3 F A C D 9 2 5 A 2 E C D 0 3 9 7 B 4 6 1 F 8 C 9 6 F 4 A 7 2 D 5 1 8 0 3 E B 2 5 D 4 7 8 F A 3 E 0 6 9 B C 1 6 0 E 1 5 B 3 C F 8 9 7 4 2 A D 3 F 9 7 D 4 1 E B A 2 C 5 8 0 6 A C 8 B 9 6 2 0 1 D 4 5 F 7 3 E 78 elektor - 1/2008 RETRONICS INFOTAINMENT Sondernorm-Dekoder (1989) Von Jan Buiting Auch wenn ich dieses alte Schatz- chen nie ganz vergessen hatte, war ich doch positiv uberrascht, in einem Schrank im alten ELEK- TOR-Gebciude beim Aufraumen vor dem Umzug noch ein Exem- plar des Sondernorm-Dekoders (besser bekannt als Filmnet-De- koder) von 1989 zu finden. Das Relikt war optisch in sehr gutem Zustand und sein Anblick ver- setzte mich augenblicklich in die extrem spannenden Zeiten zu- ruck, als Satelliten-Empfang und insbesondere das Knacken der Verschlusselung von Bezahlsen- dern noch ein echtes Abenteuer war. Dieses Stuck Elektronik traf damals voll den Zeitgeist, wie an den massiven Leser-Reaktionen zu bemerken war. Laut einem schwedischen Journalisten, der mich damals kontaktierte, waren bis zum Sommer 1989 allein im skandinavischen Raum geschatz- te 20.000 dieser ELEKTOR-Deko- der im Einsatz! Alle nur experi- mentell und zu Studienzwecken versteht sich... Die Veroffentlichung selbst war fur ELEKTOR aus drei Grunden ziemlich ungewohnlich: Zunachst konnte das Projekt aufgrund ju- ristischer Restriktionen (etliche Bezahlsender hatten ihren Sitz in den Niederlanden oder Belgien) nicht veroffentlicht werden. Wei- ter wurden wir von einem Anwalt davor gewarnt, die Platinen im ELEKTOR-Platinenservice anzu- bieten. Und last not least zeich- nete als Entwickler ein „P.N.P. Wintergreen" (eine Romanfigur aus Catch-22 [1]) verantwortlich, was wohl keiner weiteren Erlciu- terung bedarf. Nun - all diese MaBnahmen konnten entschlossene Nieder- lander nicht wirklich daran hin - dern, sich so einen Dekoder zu bauen. Dass namlich die Kanale des fur die BeNeLux-Lander re- levanten Filmnet-Angebots von ELEKTOR gehackt worden waren, verbreitete sich wie ein Lauffeuer. Und sofort hatten findige Elek- tronik-Shops stapelweise illegal kopierte englische ELEKTOR-Ar- tikel unter der Ladentheke. Aus den Niederlanden alleine gingen mehrere hundert Bestellungen dieser speziellen ELEKTOR-Aus- gabe in England ein. Auch technisch war der Sonder- norm-Dekoder ein richtiges klei- nes Wunder der Technik: Trotz komplexer Funktion war er mit preiswerten und gut erhaltlichen Bauteilen mit dem Schwerpunkt auf PNP-Transistoren realisiert. Die Schaltung wurde auf einer ziemlich vollgestopften einseiti- gen Platine aufgebaut, doch wen interessiert dabei schon Asthetik? Ein paar BC5XX und einige preis- werte 40XX-ICs - das war nam- lich alles, was man brauchte. Das Hauptproblem beim Deko- dieren der Filmnet-Kanale auf Eutelsat war, dass sich das Com- posite-Sync-Signal in einem Sub- trager bei 7,56 MHz im Base- band des Transponders versteck- te. Nachdem die fehlenden Syncs gefunden waren, brauchte es nur eine PLL und eine trickreiche Schaltung, und schon war das Vi- deo-Signal komplett restauriert. Ab da konnten bestimmte Filme gesehen und aufgezeichnet wer- den, die eher mitten in der Nacht gesendet wurden - viel leicht ist jetzt das Interesse an der Schal- tung verstandlich... Filmnet anderte daraufhin seine Verschlusselung mehrfach, doch jede dieser Bemuhungen wurde durch Updates zum ELEKTOR- Dekoder „begleitet", die in lok- kerer Folge in ELEKTOR erschie- nen. Nach drei Updates hatte der ominose Herr RN.P Winter- green allerdings genug davon, und er entwickelte eine kleine Schaltung, die sich automatisch an Anderungen des Verschlus- selungs-Systems von Filmnet anpassen konnte. Von da an bekamen es Besitzer dieser Er- weiterung nicht einmal mehr mit, wenn die Verschlusselung geandert wurde. Findige Leser aus den Niederlanden und Bel- gien erweiterten diese Automa- tik spater auch fur verschlusselte Kabel-Programme. Ich kann mich aufterdem noch an einen Brief eines Professors an einer deutschen Fachhoch- schule erinnern, der behaupte- te, dass die ELEKTOR-Schaltung „nicht gut" sei, da keiner seiner 20 Studenten in hoheren Seme- stern den Dekoder zum Funktio- nieren bringen konnte. Er stellte sogar eine Kundigung des FH- Abos in Aussicht, wenn wir es nicht schaffen wurden, ihm zu beweisen, dass er Unrecht hatte. Und so entnahmen wir den sau- ber aufgebauten Dekoder dem beigelegten Paket und lieften einen gerade zufallig anwesen- den Kollegen vom Elektor-Labor einen fachmannischen Blick dar- auf werfen. Sekunden spater die Diagnose: Zwei Trimmer waren vertauscht, und aufterdem an ei- ner Stelle statt eines BC557 ein BC547 eingelotet. Ein Praktikant korrigierte dies innerhalb von drei Minuten und die Kiste lief, sogar ohne neuen Abgleich! Das Gerat wurde wieder verpackt und mit einem kleinen Text an den Absender zuruck geschickt. Aber an den Text kann ich mich eigenartigerweise unmoglich er- innern ;-) Ansonsten fand der Dekoder vielfach lobende Erwahnung in der Presse und wurde sogar an prominenter Stelle in John McCormac's „Blacl< Book" uber Video-Hacking erwahnt. Das wa- ren noch Zeiten... ( 070790 - 1 ) [1] Catch-22: http://de.wikipedia. org/wiki/Catch-22 Die eingescannten Seiten des histo- rischen Artikels aus Elektor April/Mai 1989 sind als kostenloser Download auf unserer Website erhaltlich. Retronik ist eine monatliche Rubrik, die antiker Elektronik und legendtirer ELEKTOR-Schaltungen ihre Referenz erweist. Beitrdge, Vorschltige und Anfragen schicken Sie bitte an: editor@elektor.com 1/2008 - elektor 79 Mi kr of dtie In Thfr&ri& l n d Proa is Uberarbeitete und erweiterte Neuauflage l*fclar Jest... 1, 2 , 3... Test" Mikrofone in Theorie und Praxis Das Geheimnis des guten Klangs liegt im Zusammenspiel von Mikrofon, Aufnahme- raum und Instrument. Das richtige Mikrofon am richtigen Ort ist der Schlussel zur ge- lungenen Aufnahme. Dieses Buch vermit- telt die Grundlagen von Mikrofontechnik und Studioakustik sowie die Anwendung im Tonstudio, auf der Buhne und bei der Filmtonproduktion. 278 Seiten (kart.) • ISBN 978-3-89576-189-8 € 34,80 • CHF 59,20 u, ' Ik i ■ ma - — ^ Cam purer Vision V / Preisdnderungen und Irrtumer vorbehalten! BUCHER Neues vom Top-Autor Burkhard Kainka Basiskurs R8C/13 Mit dem Dezemberheft 2005 stellte die Firma Glyn alien Elektor-Lesern eine Prozessorplatine mit dem R8C/13 und dernotigen Software zur Verfugung. Elektorwardamitdieerste Elektronik-Zeit- schrift in Deutschland, die ihren Lesern ein kostenloses und vollstandiges Mikrocontroller-System uberreichte. Dieses Buch gibt einen Uberblick uber den 1 6-bit-R8C; es erleichtert dem Einsteiger die ersten Schritte und erschlieftt dem erfahrenen Anwender weitere Anwendungsbereiche. Der einzig wahre Realist Computer Vision Computer Vision ist das wohl spannends- te Gebiet der Bildverarbeitung und die Zahl der Anwendungen in der Robotik, Automatisierungstechnik und Qualitats- sicherung nimmtstetig zu. Leider gestaltet sich derZugang zu diesem Forschungs- bereich bisher nicht einfach. Interessierte mussen sich zunachst durch viele Bucher, Publikationen und Software-Bibliotheken arbeiten. Mit dem vorliegenden Buch fallt der Einstieg dagegen leicht. 319 Seiten (geb.) • ISBN 978-3-89576-165-2 € 42,80 • CHF 72,80 231 Seiten (kart.) • ISBN 978-3-89576-177-5 € 39,80 • CHF 67,70 Starke Stiicke Elektronik Die ganze Welt der in einem Shop! 80 elektor - 01/2008 Java Ml Krs Handy Pirngr omm ie-rfe-clinikEJi Fur AYR -F-Ai bacon frolic r "J i jl j ■■■■n PhOTOVOLTAIK- Aimlagen Schluss mit Phonen und Simsen Java ME fiirs Handy Viele Handys verfugen uber eingebaute Zusatzfunktionen wie GPS-Navigation oder MP3-Player. Eine der interessantesten Zusatzfunktionen ist die Moglichkeit der Java-Programmierung. Hiermit lassen sich gerade in den Bereichen Elektronik und Computertechnik viele Anwendungen fin- den, die ein Mobiltelefon zum praktischen Heifer fur den Laboralltag machen. 203 Seiten (kart.) • ISBN 978-3-89576-174-4 € 29,80 • CHF 50,70 Perfekte Audioqualitdt garantiert High-End- Rohrenverstdrker Rohrenverstarkern klingen lebendig, durch- zeichnet, produzieren raumliche Tiefe, ihr Klangbild ist unaufdringlich angenehm, und im Hinblick auf die entwickelte Dynamik scheinen sie keinerlei Einschrankungen zu kennen. In einersystematisch-theoretischen Untersuchung gehtder Autorden Ursachen dieser Kennzeichen nach. Die Kopplung zwischen Endrohren und Ausgangsuber- tragern wird mit der erforderlichen Tiefe dargestellt. Die formulierten Stabilitatsbe- dingungen mussen moderne, hochwertige Verstarker mindestens erfullen. Von Mikro zu Makro Programmiertechniken fur AVR-Mikrocontroller Dieses neue Buch behandelt Software- techniken, die es gestatten, auch anspruchs- vo 1 1 ere Prog ra m m e f u r AVR-Mi krocontro I - ler zu entwickeln. Im ersten Teil wird auf die Harvard-Architektur der Controller und die daraus resultierenden Program- miertechniken eingegangen. Im zweiten Teil des Buches wird die Arithmetik der Controller analysiert. 214 Seiten (kart.) ' ISBN 978-3-89576-176-8 € 39,80 • CHF 67,70 r ^ Weitere Informationen zu unseren Produkten sowie das gesamte Ver- lagssortiment finden Sie auf der neu gestal- teten Elektor-Website: www.elektor.de Elektor-Verlag GmbH SusterfeldstraBe 25 52072 Aachen Tel. +49(0)241 88909-0 Fax +49 (0)241 88909-77 E-Mail: bestellung@elektor.de L ^ Neues vom Top-Autor Hans-J. Geist Photovoltaik-Anlagen Dieser Ratgeber wendet sich an alle, die sich fur die Technik, Planung, Montage und den Profit von Solarstromanlagen in- teressieren. Angefangen mit den Grund- lagen der solaren Stromerzeugung uber die Funktion und Dimensionierung von Leitungen, Wechselrichtern, Ladereglern und Akkus bis hin zu Photovoltaik-Gene- ratoren, die Sie fur den Einsatz in netz- gekoppelten Anlagen oder Inselanlagen benotigen, enthalt das Buch viele wichtige und gewinnbringende Informationen. 160 Seiten (kart.) • ISBN 978-3-89576-191-1 € 19,90 • CHF 33,90 Supmleiter Im Experiment Sprichwortlich phdnomenal Supraleiter im Experiment Ohne Fachkenntnisse der theoretischen Physikwerden in diesem neuen Buch die fundamentalen Kenntnisse uber Supra- leiter verstandlich erklart. Anhand von Experimenten beschreibt der Autor einige Phanomene der Supraleiter anschaulich und leicht nachvollziehbar. Der Umgang mit flussigem Stickstoff und der Einfluss tiefkalter Temperaturen auf elektronische Bauteile werden ebenfalls demonstriert. 415 Seiten (kart.) ' ISBN 978-3-89576-182-9 € 54,00 • CHF 91,80 lektor SHOP 128 Seiten (kart.) • ISBN 978-3-89576-180-5 € 19,90 • CHF 33,90 01/2008 - elektor 81 CD- & DVD-ROMs, BAUSATZE & MODULE Voile Werkzeugkiste Ethernet Toolbox Diese neue CD-ROM enthalt Datenblat- ter von ethernetfahigen Mikroprozesso- ren, Mikrocontrollern, Hubs, Switches, Umsetzern aller Hersteller. Neben der technischen Dokumentation, wie z. B. application notes, Protokolle (field bus, TCP/IP, usw.) fur Netzwerkverbindungen mit den Normen IEEE 802.3 und natur- lich 802.1 1 finden Sie auch praktische Tools, um sofort arbeiten zu konnen. Au- berdem umfasst die CD-ROM a lie Elek- tor-Artikel zum Thema Ethernet (inkl. Mini Web-Server) mit Platinenlayout und Software. ISBN 978-90-538 1-21 4-3 • € 27,50 • CHF 46,80 Alle Elektor-Artikel der "90er-Jahre" auf DVD Elektor-DVD 1990-1999 Diese DVD-ROM enthalt alle Elektor-Aus- gaben der Jahrgange 1 990 bis 1 999 in digitaler Form (komplett und in gleicher Ansicht wie die Printausgabe) im druck- fahigen PDF-Format - mit alien Themen im Original-Layout. Ideal zum Archivie- ren, Lesen, Ausdrucken und Durchsu- chen. Ein Muss fur jeden Elektor-Leser! Zusatzlich finden Sie gratis auf dieser DVD die komplette CD-ROM-Reihe „The Elektor Datasheet Collection 1 bis 5" (im Wert von uber € 90,-) mit origi- nalen und vollstandigen Datenblattern zu Halbleitern, Speicherchips, Mikro- controllern u. a. ISBN 978-3-89576-179-9 • € 89,00 • CHF 151,30 Aus der Longseller-Reihe Elektor-CD 2006 USB-Flashboard Die neue Elektor-CD 2006 enthalt alle Elektor-Beitrage des Jahrgangs 2006. Sie verfugt uber eine sehr ubersichtlich gestaltete HTML-Benutzeroberflache, die archivumfassende Inhaltsubersichten und Recherchen ermoglicht. ISBN 978-90-5381-207-5 • € 26,50 • CHF 45,10 Reflow Control (Elektor Dezember 2007) Wie woanders auch mussen im Elek- tor-Labor immer haufiger SMDs gelotet werden. Der im Januar 2006 in Elek- tor beschriebene SMD-Lotofen bestand aus einem handelsublichen Mini-Pizza- Backofen und einer nachzurustenden elektronischen Regelung. Zahlreiche Leserreaktionen bestatigten das hohe Interesse an diesem Projekt. Mit dem Modul „Reflow Control" bieten wir Ihnen eine neue Regelelektronik an. Schnell-Bausatz mit 2 fertig bestuckten Platinen sowie Temperatursensor, Einbau- steckern, Netzschalter, Kabel + Gehause Art.-Nr. 060234-91 • € 249,00 • CHF 423,30 (Elektor November 2007) Flash-Controller lassen sich bequem programmieren - sie eignen sich daher fur die schnelle Anwendungs-Entwick- lung genauso wie fur die Ausbildung. Bisher wurden die Programmdaten meist uber die serielle Schnittstelle ge- schickt, doch insbesondere Laptops haben oft nur noch USB-Schnittstellen. Dieses vielseitig einsetzbare Flash- board ist die Losung. Herzstuck ist der AT89C5131A, ein erweiterter 8051- Controller mit 80C52-Kern und Full- speed-USB. Bausatz mit alien Bauteilen inkl. Platine Art.-Nr. 070125-71 • € 52,50 • CHF 89,30 USBprog (Elektor Oktober 2007) Ein neuer Mikrocontroller und schon wieder ein neuer Programmer? Wer sich heute mit Controllern befasst, verfugt oft uber ein ganzes Arsenal von Platinen und Adaptern zur Programmierung un- terschiedlicher Chips. Damit macht der USBprog Schluss! Und als „Zugabe" ist er auch noch als USB-I/O- und USB/ RS232-lnterface zu verwenden. Bausatz mit SMD-bestuckter Platine und alien Bauteilen Art.-Nr. 060224-71 • € 32,00 • CHF 54,40 v y \ y v Preisdnderungen und Irrtiimer vorbehalten! 82 elektor - 01/2008 Januar 2008 (Nr. 445) € C0 2 -Messer 070802-1 Platine 19,95 070802-41 Progr. Controller ATtiny26 9,95 070802-71 Bausatz mit alien Bauteilen inkl. Hauptplatine, Sensor-Platine mit Sensor, progr. Controller ATtiny26 und Display siehe www.elektor.de 070802-81 Software-CD 7,50 Anti-Standby-Switch 070797-1 Platine 19,95 070797-41 Progr. Controller ATtiny25 7,50 DC-Power-Meter 070559-1 Platine 12,95 070559-41 Progr. Controller ATmega8-l 6P 1 2,50 Steuerelektronik fur Energiesparlampen 070638-71 Platine mit 1C FAN7710N und 2,5-mH-Spule 19,95 Dezember 2007 (Nr. 444) Reflow Control 060234-91 Schnell-Bausatz mit 2 fertig bestuckten Platinen sowie Temperatur- sensor, Einbausteckern, Netzschalter, Kabel + Gehtiuse 249,00 AVR-Webserver 060257-1 Platine 13,95 060257-41 Progr. Controller AT mega644 1 9,95 Bohrmaschinen-Controller 060291 -1 Platine siehe www.thePCBshop.com Weihnachtsblinker 010032-91 Bausatz 5,25 LED-Tauchlampe 07001 1 -1 Platine siehe www.thePCBshop.com November 2007 (Nr. 443) Datenakquisition iiber USB 070148-1 Platine 13,75 070148-41 Progr. PIC18F4550 DIP40 22,50 070148-81 Software-CD 7,50 USB-Flashboard 070125-1 Platine 25,95 070125-71 Bausatz mit alien Bauteilen inkl. Platine 52,50 070125-81 Software-CD 7,50 Telefon-Umschalter 060288-1 Platine siehe www.thePCBshop.com Kopfhorerverstarker mit Raumklangeffekt 070393-1 Platine siehe www.thePCBshop.com Rennbahn-Timer 040395-1 Platine siehe www.thePCBshop.com 040395-41 Progr. AT89C2051 -24PI 1 0,50 Oktober2007 (Nr. 442) Mugen - Hybrid-Audioverstdrker 070069-1 Platine Verstdrker 29,95 070069-2 Platine Stromversorgung 27,95 ElekTrack 040161-91 Fertig bestuckte Platine, GPS/GSM-Antenne, Kabel und Gehtiuse 399,00 Low-cost-Heizungsregelung 060325-1 Platine 13,95 060325-41 Progr. Controller ATmega32-l 6PU 22,95 USBprog 060224-1 Platine siehe www.thePCBshop.com 060224-71 Bausatz mit SMD-bestiickter Platine und alien Bauteilen 32,00 060224-81 Software-CD 7,50 September 2007 (Nr. 441) Vierkanal-Logik-Analysator 060092-1 Platine siehe www.thePCBshop.com 060092-81 Software-CD 7,50 060092-41 Progr. Controller PIC1 8F4580-I/P 1 8,95 060092-71 Bausatz mit alien Bauteilen inkl. Platine, Gehtiuse u. graph. LCD 1 1 2,50 Bestseller | Photovoltaik-Anlagen ISBN 978-3-89576-191-1 € 19,90 • CHF 33,90 20 High-End-Rohrenverstarker ISBN 978-3-89576-182-9 €54,00 • CHF91,80 3 Computer Vision ISBN 978-3-89576-165-2 € 42,80 • CHF 72,80 a> u 4 Supraleiter im Experiment ISBN 978-3-89576-180-5 €19,90 • CHF 33,90 5 Visual BaSIC fur Elektroniksteuerungen u. Entwicklung ISBN 978-3-89576-178-2 € 59,00 • CHF 100,30 (/» © os ■ iH ECD 4 ISBN 978-90-5381-159-7 €24,50 • CHF 41,70 2 Elex-DVD ISBN 978-3-89576-164-5 €23,00 • CHF 39,10 ■ Q Q 30 Ethernet-Toolbox ISBN 978-90-5381-214-3 € 27,50 • CHF 46,80 od 1 4 Elektor-DVD 1990-1999 ISBN 978-3-89576-179-9 €89,00 • CHF 151,30 Q U Elektor-CD 2006 ISBN 978-90-5381-207-5 €26,50 • CHF 45,10 _a> 1 USB-Flashboard Art.-Nr. 0701 25-71 € 52,50 • CHF 89,30 o 20 Kompakter OBD-2-Analyser (Bausatz) Art.-Nr. 070038-71 € 79,95 • CHF 136,00 Od a> ■ts (/> 3 Vierkanal-Logik-Analysator Art.-Nr. 060092-71 €112,50 • CHF 191,30 4^1 USBprog Art.-Nr. 060224-71 € 32,00 • CHF 54,40 U GO L 5 Reflow Control G Art.-Nr. 060234-91 NEuT) .... € 249,00 • CHF 423,30 j Bestellen Sie jetzt einfach und bequem online unter www.elektor.de/shop oder mit der portofreien Bestellkarte am Heftende! lektor SHOP Elektor-Verlag GmbH SusterfeldstraBe 25, 52072 Aachen Tel. +49(0)241 88909-0 Fax +49 (0)241 88909-77 E-Mail: bestellung@elektor.de 01/2008 - elektor 83 INFO & MARKT VORSCHAU Surround-Light Einige Flachbildschirme von Philips sind mit einer Mintergrundbeleuchtung erhaltlich, deren Farbe sich kontinuierlich dem Bildinhalt anpasst. Leider gibt es noch keine Fernseher von anderen Herstellern oder auch Computermonitore, welche dieses attraktive Feature aufweisen. Im nachsten Heft beschreiben wir daher zwei Selbstbau-Systeme, mit denen man den gleichen Effekt erreichen kann. Die eine Schaltung ist vollkommen analog aufgebaut, wahrend die andere die Eingangssignale erst digitalisiert und danach auch digital verarbeitet. Beide Projekte eignen sich gleicher- mafien fur Fernseher und Monitor und warten mit einem sehenswerten Ergebnis auf! LED-Ringblitz Urn Makro-Aufnahmen mit einem (digitalen) Fotoapparat zu machen, ist ein so genannter Ringblitz das ideale Hilfsmittel. Das nah am Objektiv befindliche Motiv kann dann gleichmafiig belichtet werden, ohne dass storende Schlagschatten entstehen. Ein Ringblitz mit einer runden Blitzrohre ist allerdings nicht billig, so dass die meisten Amateurfo- tografen darauf verzichten. Mit Hilfe von hellen weifien LEDs ist es aber sehr gut moglich, sich selbst einen ausgezeichneten Ringblitz zu bauen. Im nachsten Monat beschreiben wir die Konstruktion eines solchen Blitzes und die notige Steuerelektronik. CAN-Explorer Ein CAN-Bus eignet sich nicht nur fur Autos und die Automation, er lasst sich auch zur Haussteuerung ein- setzen. Leider ist der Aufbau eines solchen Bus-Systems nicht ganz einfach. Hier setzt unser CAN-Board an, das einen PC an den Bus anbindet. Ober eine komfortable und kostenlose Software lassen sich ein CAN-Bus uberwachen und die Funktion anderer Knoten uberprufen. Anderungen vorbehalten! ELEKTOR Februar 2008 erschemt am 23. Januar 2008. ELEKTOR gibt es im Bahnhofsbuchhandel, Elektronik-Fachhandel, an ausgewahlten Kiosken und garantiert beim Presse-Fachhandler. Ein Verzeichnis finden Sie unter: http://www.blauerglobus.de Sie konnen ELEKTOR auch direkt bei www.elektor.de bestellen. PRESSE lektor electronics worldwide Abo-Service: Marleen Brouwer, Riet Maussen E-Mail: abo@elektor.de Bestellannahme und Bestellservice: Peter Custers E-Mail: bestellung@elektor.de Tel. +49 241 88 909-66 Geschdftszeiten Montag - Donnerstag von 08:30 bis 17:00 Uhr Freitag von 08:30 bis 12:30 Uhr Tel. +49 241 88 909-0 Fax +49 241 88 909-77 Unser Kundenservice berat Sie bei alien Fragen zu Bestellungen, Lieferterminen und Abonnements. Anderungen, Reklamationen oder besondere Wunsche (wie z. B. Geschenkabonnement) richten Sie ebenfalls an den Kundenservice. Vergessen Sie bitte nicht, Ihre Kundennummer anzugeben - falls vorhanden. Technische Fragen bitten wir per E-Mail an redaktion@elektor.de zu richten. Einzelheft Deutschland €6,70 Osterreich, Belgien, Luxemburg €7,35 Schweiz CHF 12,90 Jahresabonnement-Standard Deutschland € 69,95 Osterreich, Belgien, Luxemburg € 76,00 Schweiz CHF 134,00 Andere Lander € 92,00 Jahresabonnement-PLUS Deutschland € 79,95 Osterreich, Belgien, Luxemburg € 86,00 Schweiz CHF 157,00 Andere Lander €102,00 Probeabonnement Deutschland €12,50 Osterreich, Belgien, Luxemburg €12,50 Schweiz CHF 22,00 Andere Lander €12,50 (zzgl. Porto) Studentenabo-Standard Deutschland € 55,95 Osterreich € 60,80 Schweiz CHF 107,20 Studentenabo-PLUS Deutschland Osterreich Schweiz Upgrade zum Abo-PLUS Alle Lander Schweiz € 65,95 € 70,80 CHF 130,20 € 10,00 CHF 23,00 Jahres- und Studentenabonnements (11 Hefte) dauern immer 1 Jahr und verldngern sich automatisch um weitere 12 AAonate, wenn nicht spatestens 2 Monate vor Ablauf schriftlich gekOndigt wird. Anderungen und Irrtumer vorbehalten. Bankverbindungen Commerzbank Aachen Kontol 201 102 (BLZ 390 400 13) IBAN/BIC: DE89 3904 001 3 01 20 1 1 02 OO/COBADEFF Postgiro Koln Konto 229 744-507 (BLZ 370 100 50) IBAN/BIC: DER 3701 0050 0229 7445 07/PBNKDEFF •• Bestellungen & Abos fur Osterreich Elektor-Verlag GmbH Susterfeldstrafie 25, 52072 Aachen Peter Custers E-Mail: bestellung@elektor.de 84 elektor - 1/2008 X o to C 2 V« C s 0 2 o s- 00 r- N § s oo to s N 0) CD V) Z 0 to 0 □ 13 0 o =3 C 3 (Q □ DO 0 ) 3 7=T CD 3* N C (Q CQ rH" =3 C — h C= — S D IP it 3 3 (A kU S u- C/> &SE igii 3- 0 <0 3 3 0 3 0 3 | | o’ 0) < o 3 0 o- ^ 3 < 5 = 0 3 ^ 3 C 3" -*■ -s O: < ^ 0 § O) 3 O CD ~ 3- ^30 Ol O: 3 0 c — (/> 1 CQ m 0 C CJ 0 O * 3 o 3 O: O 0 m 0 0 3 3 0 3 0 3 0 s o o S' O S' §■ r+ O' N O 2 g 3 Ct) s CD s s 6 CD’ 0 CD 0 N> 0s> S , CQ C n cd CD’ 5" s CD 0 -N. •*-+. P cd 0: CQ S' ^ CD S S C Q. 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(D) € 15,90 (A) € 16,40 CHF 25,90 Sichern Sie sich jetzt Ihr Exemplar unter Tel. +49(0)241 88 909-0 Fax +49 (0)241 88 909-77 E-Mail: vertrieb@elektor.de INSERENTENVERZEICHNIS JANUAR 2008 Beta-Layout . www.pcb-pool.com 14 Cadsoft Computer . www.cadsoft.de 15 Decision-Computer . www.decision-computer.de 47 EMIS . www.emisgmbh.de 65 Eurocircuits . www.eurocircuits.com 73 Haase Computertechnik. . . www.team-haase.de 65 HM Funktechnik . www.hmradio.de 47 Kleinanzeigen 37 Microchip . www.microchip.com . 3 Reichelt . www.reichelt.de 88 Schwanekamp Ing.-Buro . . www.cnc-schwanekamp.de 47 Simple Solutions . www.simple-solutions.de 11 Siteco . www.siteco.com 43 r Elektor's Components Database Elektor's erfolgreiche Bauteilbibliothek jetzt in neuer iiberarbeiteter Version mit noth mehr Bauteilen! ektor SHOP Das Programmpaket besteht aus acht Datenbanken fur ICs, Germanium- und Silizium-Transistoren, FETs, Thyristoren, Triacs, Dioden und Optokoppler. Weitere elf Anwendungen zur Berechnung von Vor- widerstanden bei LEDs, Spannungsteiler, Ohmsches Gesetz sowie Farbcodeschlussel fur Widerstande und Induktivitaten etc. runden das Paket ab. Mit dieser CD-ROM verfugen Sie uber die Daten von mehr als 5.000 ICs, knapp 36.000 Transistoren, FETs, Thyristoren und Triacs, etwa 25.000 Dioden und uber 1 .800 Optokopplern. / \ ISBN 978-90-5381-159-7 • € 24,50 • CHF 41,90 Elektor-Verlag GmbH Susterfeldstrafte 25 • 52072 Aachen Tel. +49(0)241 88 909-0 Fax +49 (0)241 88 909-77 vertrieb@elektor.de • www.elektor.de J ■\ Weitere Infos unter www.elektor.de/shop 87 Stun den Lieferaer vice v A E TO F*-M ARK Eisi QUALITAT ’Xu jM CERT b\H EH I'S&flOtH It. fi?reii-hell 10”-Mini-Rack „Premium 300 x 356 x 245 mm / mit Plexiglastur Lieferung ohne Einsatze (Abbildung beispielhaft) j » 1 . 1 f a ] iRl ■ j [3 besser gleich bei reichelt.de! 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