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News vom 01.10.2012:
Herzlich willkommen in meinem Blog über
die Planung, Einrichtung, Technik und Steuerung
meines neuen Projektes im Bereich der Riffaquaristik.
Viel Spaß und bei Gefallen oder Nichtgefallen hinterlasst bitte einen Kommentar. Danke.
News vom 24.11.2012 -überarbeitet am 06.09.2013-:
Für mein großes Projekt Riffaquarium benötige ich zuerst eine neue und brauchbare Steuerung.
Also machte ich mir Gedanken, wie ich so etwas möglichst kompakt realisieren könnte.
Klar gibt es fertige Aquarien-Steuerungen zu kaufen, doch sind diese ziemlich beschränkt von ihren Möglichkeiten.
Ich benötige eine vollständige automatische Steuerung, die sämtliche verwendete Technik steuert und gleichzeitig
überwachen kann. Zusätzlich soll die Möglichkeit über eine Fernbedienbarkeit und Weiterleitung des Technikstatus
möglich sein. Darüberhinaus muß die Steuerung über meine Webseite den Gerätestatus zu meiner WebCam übertragen
können. Also machte ich mir Gedanken, welchen Umfang die Steuerung besitzen müßte, um optimal auf meine
Bedürfnisse zugeschnitten zu sein.
Ich benötige 16 schaltbare Kanäle. Das heißt, es müssen 16 Steckdosen a 230V/16A geschalten werden.
Sämtliche Steckdosen sollen überwacht werden, ob ein angeschlossenes Gerät in Funktion ist oder nicht.
Hierzu muß ich eine sog. Stromsensor-Schaltung entwickeln.
Die Steuerung muß Schnittstellen besitzen, damit ich sie über ein eigens entworfenes Windows-Programm
steuern und abfragen kann.
Dies wird über zwei 8-Kanal Datenerfassungen mit je 12Bit-Auflösung erreicht.
Die meisten Funktionen wird die eigens entwickelte Software übernehmen.
Diese läuft unter Windows 7 auf einem Mini-Rechner mit mITX-Board und Intel-Core-i3 CPU.
Aber erstmal zur Hardware.
Steckdosen kann man ziemlich bequem per Rechner über eine
Relaiskarte steuern. Dies stellt also kein Problem dar.
Nur wie kann ich die angeschlossenen Geräte auf Funktion prüfen?
Hier gibt es in der Praxis sogenannte Master-Slave-Schaltungen. Im Prinzip benötige ich einen Stromsensor!
Also fing ich mit ein paar Kritzeleien zum Stromsensor an:
So eine ähnliche Schaltung wird auch hier beschrieben.
In dieser Schaltung wird der Spannungsfall von Siliziumdioden ausgenutzt. Damit ich eine brauchbare
Spannung bei jeder Halbwelle heraus bekomme, schalte ich 3 Dioden antiparallel. Über diese fallen nun etwa
2,1 Volt ab. Diese Spannung wird nun gleichgerichtet und geglättet. Über einen Optokoppler kann ich nun
eine weitere Spannung steuern und diese über einen Schmitt-Trigger auf ein Datenerfassungs-Interface geben.
Ich nutze dazu die
Datenerfassung von reichelt.de, die 8 Eingänge besitzt und pro Kanal eine Auflösung von 12Bit
bietet.
Nun aber zurück zum Stromsensor. Ich benötige also von der Schaltung insgesamt 16 Stück für alle schaltbaren
Stromkreise. Zu allererst testete ich die Prototyp-Schaltung auf Herz und Nieren. Zur Sicherheit verwendete ich
Varistoren, die ich parallel mit einer Sicherung zu den Dioden schaltete. Sollte im Laufe der Zeit eine Diode
schlapp machen, so wird automatisch die Sicherung ausgelöst und der Stromkreis unterbrochen, da der Varistor nun
schlagartig nierderohmig wird. In diesem Falle schützt er auch alle dahinter geschalteten Bauteile vor der
Netzspannung.
Nach erfolgreichem Aufbau entwarf ich über einen Platinen-Layout-Editor die komplette Schaltung.
Hier die fertige Schaltung:
Dies ist die komplette Schaltung für 8 Kanäle. Logischerweise benötige ich 2 davon.
Ich habe die abgebildete Schaltung aus Kopierschutzgründen leicht abgeändert!
Die reale Schaltung sieht ein wenig anders aus!
Wer dies nachbauen möchte, muß also noch ein wenig Grips hineinstecken... 
Und nun noch ein Ausschnitt aus einem Kanal:
Schön zu sehen, daß der Varistor die Niederspannungsseite vor Überspannung, der durch einen Diodenausfall
entstehen könnte, schützt.
Übrigens habe ich in der späteren Bestückung noch eine regelbare Schmitt-Trigger Schaltung eingeplant.
Somit ist es mir in der fertigen Version möglich, die Empfindlichkeit auf den Stromverbrauch
der jeweiligen Geräte anzupassen.
Nun ging es mit dem fertigen Schaltplan zur Entwicklung einer geeigneten, doppelseitigen Platine.
Sie sollte eigentlich Euroformat, also 160x100mm besitzen. Nur bekam ich bei dieser Größe keine 8 Kanäle
unter und auf SMD-Bauweise wollte ich nicht ausweichen. Also entwarf ich eine Platine mit den Maßen
280x109mm. Hier hatte ich für alle 8 Kanäle ausreichend Platz.
Ein vergrößerter Ausschnitt, indem schön der 6mm Abstand zwischen 230Volt und 5Volt Seite zu sehen ist:
Nach nun insgesamt 6 Wochen reiner Entwicklungszeit und Optimierung aller Leiterbahnen sandte ich meinen
Entwurf schließlich zu Würth Elektronik, die mir daraus 2 baugleiche Platinen herstellen sollten.
Nach gut 8 Tagen hielt ich voller Erwartung ein kleines Päckchen mit den lang ersehnten Platinen
in den Händen. Voila, saubere Arbeit. Die PCBs sahen wirklich gut aus.
Nun konnte es an das Bestücken und Löten der Platinen gehen.
So - die erste Platine mit insgesamt 8 Stromsensoren ist fertig.
Hier habe ich mittels Wärmeleitkleber Kühlkörper auf die Leistungsdioden aufgebracht, damit in
diesem Kanal, an der die HQI-Beleuchtung mit 250Watt angeschlossen wird, die Dioden nicht überhitzen.
Zwar sind diese bis 6A ausgelegt, werden jedoch schon bei einem Stromfluß von 1A ca. 70 Grad heiß.
Die Kühlkörper verringern die Oberflächentemperatur so um ca. 15 Grad.
Nach 3 Tagen Bestücken, Einlöten und Prüfen sind nun beide Platinen fertig und bereit zum Anschluß
der Datenerfassung und der Relaiskarten. Dazu verwende ich gewöhnliche M3-Gewindestangen und bringe
die Platinen mittels Sandwich-Bauweise zusammen. Verbunden werden sie intern über Flachbandkabel.
Die Datenerfassungen und Relaiskarten werden mit insgesamt 4 USB-Verbindungen an den Steuer-Rechner
angeschlossen und können somit über die per Delphi entwickelte Software gesteuert, bzw. abgefragt werden.
Detailansicht. Oben befinden sich die beiden Platinen mit den Stromsensoren und unten die Relaiskarten.
Hier die Ansicht von der Netz-Anschlußseite. Die Verkabelung und ein passendes Gehäuse fehlen noch.
...
Dies ist bis hierhin erst einmal der aktuelle Stand der Dinge.
News vom 10.12.2012:
Heute habe ich endlich für meine Steuerung das passende Gehäuse erhalten.
Die Platinen haben im Gehäuse auseichend Platz.
Das Industriegehäuse ist ein Produkt der Firma Rose, CombiBox2 und besteht aus
glasfaserverstärktem Polyesterharz mit den Maßen: 360mm x 177mm x 145mm.
Die Endverkabelung der Platinen ist nun abgeschlossen:
Gesamtansicht der fertigen Steuerung:
Die Buchsen links beinhalten die Anschlüsse für die 12V Steuerspannung und den Temperatursensor.
Die Federleiste besteht aus einer Buchse mit 20 Pins. Hier werden später die zu steuernden und zu
überwachenden Steckdosen angeschlossen. Jeder Pin der Federleiste ist mit 250V, 8A belastbar.
Für meine Zwecke also mehr als ausreichend.
Die Kabelverschraubungen sind zur Aufnahme der USB-Kabel für den Rechneranschluß gedacht.