Stand: 28.05.2011


Universelle Anzeigeeinheit  AS509


Dieses Projekt entstand in bewährter Zusammenarbeit mit Dirk Langenbach. Es handelt sich um eine universelle Mikrocontrollerplatine, welche für den Anschluss verschiedener digitaler Sensoren geeignet ist (DS18B20, SHT71, MLX90614 u.a.).
Die Platine wird entweder mit einem 2x16-, oder einem 4x20-Zeichen Display bestückt.. Durch eine integrierte Echtzeituhr können Messwerte mit einem Zeitstempel versehen und über zwei Relaisausgänge Schalthandlungen ausgelöst werden.
Das Anstecken des Bluetooth-RS232-Adapters AS519 ermöglicht eine drahtlose Messwertübertragung zu einem PC oder unserem Datenlogger MPL-1000/MPL-3440/MPL-3840 aus bis zu 100m Entfernung, so dass AS509 auch abgesetzt betrieben werden kann.
Wir haben das Projekt dem AATiS gestiftet, der AS509 als Bausatz vertreibt. Schaltplan und Baubeschreibung sind im Praxisheft 19 veröffentlicht, welches ebenfalls über den AATiS bezogen werden kann.
Während des 24. AATiS-Bundeskongresses vom 13.-15. März 2009 in Goslar führten wir einen Workshop durch, bei dem unter Anleitung eine Reihe AS509-Bausätze aufgebaut wurden.

Aufbautipps AS509.pdf

Aufgrund ihrer universellen Auslegung und einen auf eine Stiftleiste geführten Digitalbus, eignet sich die Platine sehr gut für eigene Projekte. Um die Softwareentwicklung zu erleichtern, werden wir nach Erscheinen des AATiS-Praxisheftes 19 auf dieser Seite C-Quelltexte für verschiedene Anwendungen frei zur nichtkommerziellen Verfügung stellen.

Der Controller ist bei Auslieferung der Bausätze mit einem Bootloader versehen. Das Einspielen von Software erfolgt mittels einer Windows-Software vom PC über die serielle Schnittstelle.

NEU: 28.05.2011
Umbauanleitung zur Verwendung von AS509 als Geigerzähler

Liste unterstützter digitaler Sensoren (Stand: 28.02.2009)

Alle Sensoren können über den AATiS bezogen werden

Liste bereits realisierter Anwendungen (Stand 28.02.2010)

In Klammern sind die jeweils benötigten Sensoren angegeben.

Zum Erstellen der Programme verwenden wir den HI-TECH C-Compiler. Von diesem gibt es auch eine frei verfügbare LITE-Version. Diese hat den vollen Funktionsumfang, arbeitet allerdings nicht mit voller Optimierung. Die veröffentlichten Quelltexte wurden in folgender Konfiguration erstellt und übersetzt:
Wichtig!
Egal, ob man in Assembler oder C Programme für AS509 entwickelt, der Speicherbereich 1F00h-1FFFh muss auf jeden Fall reserviert werden, da sich dort der Bootloader befindet. Wird der Bootloader überschrieben, so muss er Controller mittels Programmiergerät neu gebrannt werden.

Liste geplanter zukünftiger Anwendungen

AUFRUF
Wir suchen nach neuen digitalen Sensoren bzw. Anwendungen bereits unterstützter Sensoren, für die wir AS509 benutzen können und sind daher für Anregungen per eMail dankbar.






Pinbelegung der Mini-Din-Buchsen


Allgemeines zur Menüsteuerung
Veschiedene Firmwarevarianten arbeiten mit Menüs. Dabei gelten folgende Tastenfunktionen:

Zur Einstellung von Datum und Uhrzeit gelten folgende abweichende Belegungen:

Generell gilt: Wenn 10 Sekunden ohne Tastendruck verstreichen so wird die Parametereingabe automatisch abgebrochen.
Werden die Tasten T1 und T2 gedrückt gehalten und anschließend die Betriebsspannung angelegt, so werden die Parameter auf Standardwerte gesetzt.

Standardsoftware Temperaturregler (ANZEIGE.HEX)

Sensoren: DS18B20 oder SHT71 oder MLX90614

Beschreibung:
Es wird ein Zweipunkt-Temperaturregler realisiert. Dabei können Minimalwet, Maximalwert und Hysterese vorgegeben werden. Die Firmware erkennt automatisch, welcher der oben angegebenen Sensoren angesteckt ist. Bei Verwendung des SHT71 kann vorgegeben werden, ob die Temperatur oder die relative Luftfeuchte als Schaltkriterium benutzt wird. Für den MLX90614 besteht die Möglichkeit der Eingabe des Emissionsfaktors des Messobjektes.
Die Messwerte werden einmal pro Sekunde auf dem Display dargestellt und in einem einstellbaren Intervall auf der RS232-Schnittstelle ausgegeben.
Bei Unterschreitung bzw. Überschreitung des eingestellten Grenzwertes wird leuchtet die zugeordnete LED und es wird das entsprechende Relais geschaltet.
Die Parametrierung erfolgt über ein Menü mit folgenden Menüpunkten:


Wetterstation (WX.HEX)

erforderliche Sensoren: SHT71 und BMP085


Beschreibung:
Die Wetterstation bestimmt im 5s-Intervall folgende Messwerte

Die Messwerte werden im 10s-Intervall auf der RS232-Schnittstelle ausgegeben. Durch Anstecken des Bluetooth-RS232-Adapters AS519 kann eine drahtlose Wetterstation realisiert werden.
Die Parametrierung der Wetterstation erfolgt über ein Menü mit folgenden Menüpunkten:

Auf der RS232-Schnittstelle werden sowohl der gemessene absolute, als auch der berechnete relative Luftdruck mit 4800Baud ausgegeben. Die Umrechnung erfolgt nach der Internationalen Höhenformel.


Wolkendetektor (CSI.HEX)
erforderliche Sensoren: SHT71 und MLX90614

Beschreibung:
Der Wolkendetektor bestimmt in zyklischen Abständen die Umgebungstemperatur, die relative Feuchte sowie die einfallende langwellige Infrarotstrahlung des Himmels. Aus den Messwerten wird berechnet, ob der Himmel klar oder bewölkt ist. Die Messwerte werden im 10s-Intervall auf der RS232-Schnittstelle ausgegeben.

In Abhängigkeit vom Ergebnis der Bewölkungsmessung werden die beiden LEDs sowie die beiden Relaisausgänge angesteuert. Dadurch können entsprechende Signalisierungen oder auch Schaltvorgänge (z.B. automatisches Öffnen/Schließen einer Sternwartenkuppel etc.) ausgelöst werden.

Der zugrundeliegende komplexe Algorithmus ist im AATiS Praxisheft 19 ausführlich beschrieben.

Die Parametrierung erfolgt über ein Menü mit folgenden Menüpunkten:


berührungsloses Infrarot-Thermometer  (MLX90614.HEX) (MLX90614.C)
erforderlicher Sensor: MLX90614

Beschreibung:
Das  IR-Thermometer misst einmal pro Sekunde die Objekttemperatur sowie die Chiptemperatur des Sensors. Beide Werte werden auf dem Display und der RS232-Schnittstelle ausgegeben. Die Ausgabe auf der RS232-Schnittstelle erfolgt mit Zeitstempel und 4800 Baud. Das Programm arbeitet mit einem fest eingestellten Emissionsfaktor von 1.0.

Es stehen folgende Menüpunkte zur Verfügung:


Altimeter/Höhenmesser (ALTIMET.HEX)
erforderlicher Sensor: BMP085

Hinweis:
Der BMP085 arbeitet mit einer Versorgungsspannung von max. 3.3V und kann daher nicht direkt an AS509 angeschlossen werden. Er kann beispielsweise über die AATiS-Zusatzplatine AS519a mit Spannungs- und Pegelwandlung angeschlossen werden.

Beschreibung:
Das Altimeter bestimmt zyklisch in schneller Folge den absoluten Luftdruck in hPa und berechnet daraus die Höhe des Standortes bezogen auf  den Referenzdruck p0 auf Meeresspiegelhöhe. Die Höhenausgabe erfolgt entweder absolut oder relativ, bezogen auf eine Refenrenzhöhe. Zur Vorgabe des Referenzdruckes p0 wird entweder p0direkt eingegeben oder es wird die tatsächliche Standorthöhe eingegeben und p0 daraus berechnet.
Intern erfolgt eine sehr intensive Filterung der Messwerte zur Unterdrückung des Messwertrauschens. Dadurch reduziert sich die erreichbare Messrate auf ca. 2 Messungen pro Sekunden.
Die erreichbare Höhenauflösung liegt im Bereich von 0.5 .. 1 Höhenmeter!

Es stehen folgende Menüpunkte zur Verfügung:

Tastenfunktionen:


GPS-Monitor (GPS.HEX) (GPS.C)
erfordert: serielle GPS-Maus mit 4800Baud NMEA-Ausgabe

Beschreibung:
Es werden folgende Parameter auf dem Display dargestellt:

GPS-Mäuse mit 5V Versorgungsspannung können direkt über Pin4 der RS232-Buchse gespeist werden.


Temperatur-/Feuchtemonitor (SHT71.HEX) (SHT71.C)
erforderlicher Sensor: SHT71

Beschreibung:
Der Temperatur-/Feuchtemonitor misst einmal pro Sekunde Temperatur und relative Luftfeuchte. Die Messwerte werden auf dem Display und der RS232-Schnittstelle ausgegeben. Die Ausgabe auf der RS232-Schnittstelle erfolgt mit Zeitstempel und 4800 Baud.

Es stehen folgende Menüpunkte zur Verfügung:


Luxmeter (LUX.HEX)
erforderlicher Sensor: ISL29020


Hinweis:
Der ISL29020 arbeitet mit einer Versorgungsspannung von max. 3.3V und kann daher nicht direkt an AS509 angeschlossen werden. Er kann beispielsweise über die AATiS-Zusatzplatine AS519a mit Spannungs- und Pegelwandlung angeschlossen werden.


Beschreibung:
Das Luxmeter misst einmal pro Sekunde die auf den Sensor auftreffende Beleuchtungsstärke und gibt den Messwert sowohl auf dem Display als auch auf der RS232-Schnittstelle aus.
Es stehen 4 Messbereiche zur Verfügung:

Die Software befindet sich derzeit noch im Teststadium.


2-Kanal-Spannungsmesser (AD.HEX) (AD.C)
Beschreibung:
Die an den beiden Analogeingängen anliegende Spannung wird 5 mal pro Sekunde gemessen und auf dem Display angezeigt. Die Digitalisierung erfolgt mit 32fachem Oversampling zur Unterdrückung des Messwertrauschens. Die Messwertausgabe mit Zeitstempel auf der RS232-Schnittstelle erfolgt im Sekundentakt mit 4800Baud.

A/D-Wandler-Daten:

RFID-Leser  (RFID.HEX) (RFID.C) AS509 meets AS309

Beschreibung:
Der AATiS bietet unter der Bezeichnung AS309 eine RFID-Leseeinheit an, die über eine serielle Schnittstelle verfügt. Diese kann an AS509 angesteckt werden. Soll die Spannungsversorgung über AS509 erfolgen, so sind die Pins 4 und 7 der RS232-Buchse von AS309 miteinander zu verbinden und die Jumper für die Spannungsversorgung entsprechend zu stecken.
Wird ein RFID-Tag erkannt, so wird dessen Code im Display angezeigt. Die Displaybeleuchtung verlischt 10 Sekunden nach Erkennung eines RFID-Tags. Sie kann auch durch Tastendruck eingeschaltet werden. Statusmeldungen des RFID-Lesers werden ignoriert. Das Relais des RFID-Lesers zieht nicht mehr an, da die Versorgungsspannung nur 5V beträgt.

Ultraschall-Entfernungsmesser (SRF02.HEX)
erforderlicher Sensor: SRF02
Bezugsquelle: http://www.roboter-teile.de

Beschreibung:
Beim SRF02 handelt es sich um ein fertig aufgebautes Ultraschall-Entfernungsmessmodul mit I2C-Schnittstelle. Dieses wird über AS509 angesprochen und gesteuert. Es werden ca. 5 Messwerte pro Sekunde bestimmt.

Über die Tasten T2 und T3 kann zwischen folgenden Maßeineiten umgeschaltet werden:

Technische Daten des SRF02:
  • Betriebsspannung: 5V
  • Stromaufnahme: 4mA typ. 20mA max.
  • Frequenz: 40KHz
  • Max. Reichweite: 6 m
  • Min. Reichweite: 15 cm
  • Messwerterfassung: intern, kein externer Controller zur Zeitmessung mehr notwendig
  • Automatische Verstärkungsregelung (64 Stufen), automatische Kalibrierung
  • Interface:
        - Standard-I²C - 16Adressen einstellbar
        - Seriell (5V-Pegel), 16 Adressen einstellbar
  • Ausgabeformat: µs, mm oder Zoll
  • Abmessungen: 24mm x 20mm x 17mm

  • 8-Kanal 12Bit A/D-Wandler
    erforderlicher Sensor: MCP3208

    Eine detaillierte Beschreibung erfolgt nach Ende des AATiS-Bundeskonkresses vom 12.-14.03.2010. Der AATiS wird einen kleinen Bausatz mit dem MCP3208 anbieten.

    Universelle Zeilenkamera
    erforderlicher Sensor: TSL1401

    Eine detaillierte Beschreibung erfolgt nach Ende des AATiS-Bundeskonkresses vom 12.-14.03.2010.

    Der TSL1401 ist eine hochempfindliche Photodiodenzeile mit 128 Pixeln. Der Abstand zwischen zwei Pixeln beträgt 63,5µm. Die Firmware TSL1401.HEX liest die Photodiodenzeile zyklisch aus und überträgt die Messwerte kommandogesteuert über die RS232-Schnittstelle zu einem angeschlossenen PC. Dort können die Messwerte mittels des Windows-Programmes TSL1401.EXE visualisiert werden. Über den PC können folgende Parameter bzw. Funktionen aktiviert werden:

       

    Die Zeilenkamera kann für eine Vielzahl von Anwendungen genutzt werden. Im Physikunterricht bietet sich die Verwendung zur Demonstration von Beugungs- und Brechungserscheinungen an. Wir werden den TSL1401 als Sensor in einem automatisch arbeitenden Spektrometer verwenden.