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hardware:controllers:ir-schreib-lesekopf

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IR-Schreib-Lesekopf

Um Daten aus eHZ-Zählern zu lesen, bieten diese in der Regel einen IR-Port an.
Die IR-Frequenz ist für beide Richtungen nach der DIN auf 800nm bis 1000nm festgelegt.
Leider halten sich die Hersteller nicht an die Norm, deshalb sind auch schon Zähler gesichtet worden,
die mit 660nm auf der Empfangsseite arbeiten.

Die Datenübertragung erfolgt asynchron Seriell. D.h. ohne zusätzlichen Taktimpuls.
In der Regel mit 9600 Baud, 7 Bit ohne oder 8 Bit mit gerader Parität und einem Stopbit.
Die Hager eHZ z.B. arbeiten mit 9600,7,E,1. (Also 9600 Baud, 7 Bit, gerade Parität, ein Stopbit)
Die EMH eHZ z.B. arbeiten mit 9600,8,N,1. (Also 9600 Baud, 8 Bit, keine Parität, ein Stopbit)
Das Easymeter Q3B z.B. arbeitet mit 9600,7,E,1. (Also 9600 Baud, 7 Bit, gerade Parität, ein Stopbit)
Alle hier aufgeführten Zähler wurden bisher mit dem IR-Schreib-Lesekopf getestet und können ausgelesen werden.

Grundlagen

Baud ist die sogenannte Schrittgeschwindigkeit, ein Maß für die Übertragungsgeschwindigkeit (Übertragungsrate).
Im Wortsinne handelt es sich um die Geschwindigkeit der Schritte. Unter einem Schritt versteht man dabei eine Spannungsänderung des Signals.
Also von 0V auf 5V oder bei RS232 von -12V auf +12V und umgekehrt.
Haben wir nur eine Spannungsänderung pro Schritt können wir einfach Rechnen: 9600 Baud = 1/9600 = 0,10417ms pro Schritt.
Bei 9600,7,E,1 übertragen wir insgesamt 10 Schritte. Dafür brauchen wir also 1,0417ms.
Hier in der Grafik mal dargestellt:

Das Startbit stellt logisch Null dar, während das Stopbit mit logisch Eins den Ruhezustand der Datenleitung bildet.

Da die IR-Schnittstelle auf der Frontseite der eHZ-Zähler per DIN-Definition nur die Empfangsrichtung zulässt,
bräuchten wir eigentlich nur eine IR-Lesevorrichtung.
Aber leider halten sich einige eHZ-Hersteller nicht an die DIN, so dass ein IR-Schreib-Lesekopf entwickelt wurde.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass je nach Anschluss des IR-Kopfes an die unterschiedliche weitere Hardware (YPORT-Node, Net-IO etc.),
es möglich sein müsste, sowohl die Eingangssignale, als auch die Ausgangssignale zu invertieren.
Einen passenden YPORT (aka XPORT) - Node findet ihr hier.

Die Datenübertragung erfolgt Seriell. Bitte nicht mit RS232 gleichsetzen. Die RS232 beschreibt nur die Pegel einer seriellen Datenübertragung. Der hier vorgestellte IR-Schreib-Lesekopf liefert nur Logic-Pegel, keine RS232-Pegel bzw. kann auch nur mit Logic-Pegeln angesteuert werden. Wer die Daten über einen RS232-Port in seinen Rechner einlesen will, braucht noch einen TTL zu RS232-Wandler. Besser wäre dann aber gleich auf USB über einen TTL zu USB-Wandler zu gehen, da USB die Versorgungsspannung mitliefert.

Stromlaufplan

Um sowohl das Eingangssignal, als auch das Ausgangssignal invertieren zu können,
wurde beiden Stufen ein Exklusiv-Oder-Glied vorgeschaltet/nachgeschaltet.
Dieses ermöglicht durch einfaches Umschalten eines seiner Eingänge auf High oder Low das Ausgangs-Signal entweder zu invertieren oder nicht.
D2 dient als Verpolungsschutz.

Da die Sendediode D1 durch die Beschaltung auf hohe Impulsleistung eingestellt ist, muss unter allen Umständen verhindert werden, dass sie länger als 1 Sekunde dauerhaft durch die Ansteuerung eingeschaltet wird. Ein offener Eingang schadet nicht, da durch R6 ein unkontrolliertes Einschalten verhindert wird.

Layout

Bestückungspläne

Kupferseite

LED-Seite

Der Durchmesser der Leiterplatte beträgt 27mm.
Die Leiterplatte ist im Grunde einseitig und kann damit einfach zu Hause hergestellt werden.
Die Bauteile werden, bis auf den IR-Transistor und die IR-Sende-Diode, auf der Kupferseite (TOP) aufgelötet. Die große Kupferfläche ist GND.

Wer die Schreib-Funktion nicht benötigt, braucht diese Bauteile auch nicht bestücken.

Befestigung am eHZ

Zur Befestigung des Lesekopfes wird ein Neodym-Ringmagnet verwendet:

erhältlich bei: http://www.magnetladen.de/neodym-magnete/ring-magnete/ring-magnet-27x16x5-mm.html

Die einen Dauermagnet umgebenden Magnetfelder können empfindliche elektronische und mechanische Messgeräte beeinflussen oder sogar zerstören. Achten Sie auf ausreichenden Abstand (z.B. größer 2 m) insbesondere von Kredit- und EC-Karten, Datenträgern, Videokassetten, Monitoren, mechanische Uhren, Hörgeräten und Herzschrittmachern usw.).

Die Kostenaufstellung mit Bezugsquellen

Gesamtkosten

Die Gesamtkosten liegen bei 18,-€ incl. Versandkosten .

Die Leiterplatte, alle Bauteile und das Gehäuse können von Udo (udo1 at gmx dot net) für den Preis bezogen werden.

Wer keine Möglichkeit hat oder mit SMD-Löten keine Erfahrung hat kann auf den Lötservice von Udo zurückgreifen.

Mechanischer Aufbau des IR-Schreib-Lesekopfes

Aufbauanleitung

Nach dem Bestücken und Löten der Bauteile auf der TOP-Seite der Leiterplatte, werden die IR-Diode und der Phototransistor
erst mal nur lose von der Bottom-Seite in die Leiterplatte gesteckt.
Dabei die Polung beachten. Beide Gehäuse haben eine Abflachung.
Diese Abflachungen müssen zur Mitte der Leiterplatte gegenüber liegen.
Der Phototransistor ist der, der wie eine dunkle 3mm LED aussieht.
Der Magnet wird bis zum Boden in das gelbe Gehäuse gedrückt.
Dann wird die so bestückte Leiterplatte, mit den IR-Dioden nach unten, in das Gehäuse gesteckt
und nach den Löchern im Boden so ausgerichtet, dass die Dioden mit den Löchern fluchten.
Auf einer harten Unterlage wird jetzt vorsichtig die Leiterplatte nach unten gedrückt bis sie auf dem Magneten aufliegt.
Die Leiterplatte wird zusammen mit dem Magneten durch den untersten, innen liegenden Rastring, gehalten.
Nun die überstehenden Anschlussbeinchen der Dioden ca. 1mm über der Leiterplatte abschneiden und verlöten.
Dann wird die abisolierte Zuleitung, dessen Aderenden verzinnt sind, seitlich in das Gehäuse geführt
und die Aderenden auf die entsprechenden Pads der Leiterplatte aufgelötet.

Die Anschlussbelegung der RJ11-Leitung ist wie folgt:

weiß oder schwarz+3,3V/+5V
rotTXD
grünRXD
gelbGND

Damit stimmt die Belegung mit der RJ11-Buchse am YPORT-Node überein.
Wer den nicht nutzt, kann die Zuordnung natürlich beliebig wählen.

Der Kabelbinder wird innen im Gehäuse um die äußere Isolierung der Zuleitung geführt und festgezogen.
Dieser dient als Zugentlastung.
Zuletzt wird der Deckel auf das Gehäuse gedrückt.
Evtl. muss die Zuleitung dabei etwas in das Gehäuse geschoben werden.

Für den YPORT-Node und die USB-Erweiterung müssen die Lötbrücken J1 und J3 folgendermaßen gebrückt werden: J1= 2 und 3, J3=1 und 2. Ansonsten müssen die Brücken je nach Anwendungsfall gebrückt werden..

Bilder vom IR-Schreib-Lesekopf




CAD-Arbeits-Datei

Der Target-Arbeitsfile, der mit der kostenlosen Target-Discover-Version geöffnet und bearbeitet werden kann.

ir_schreib_lesekopf_4_aktuell.zip

USB-Erweiterung

Eine Erweiterung des IR-Schreib-Lesekopfes um einen USB-Ausgang findet ihr hier.

hardware/controllers/ir-schreib-lesekopf.1342282462.txt.gz · Zuletzt geändert: von udo1