Regenheizung

Die Regenmesserheizung ist ein etwas größeres Projekt rund um den Kombisensor der ELV Stationen. Es wird ein System, bestehend aus: einer 10 Watt Trichterheizung und einer 10 Watt Wippenraumheizung. Beide Heizungen werden über einem mikroprozessorgesteuertem, pulsweitenmodulierendem Regler gesteuert. In diesen Regler ist ein zweiter Wippenschlagzähler integriert. Zu Datenausgabe des Regelstatus und des Wippenschlagzählers kann ein Bluetooth-Seriellport oder die direkte serielle Ausgabe verwendet werden. Der Bluetooth-Seriellport wird durch den Regler überwacht und bei Fehlfunktion neu gestartet.

Die Trichterheizung besteht aus einem komplexen Teil aus 0,027mm dicker Glasseide, Epoxydharz sowie der eigentlichen Heizung aus 5m Widerstandsdraht mit 2,5 Ohm pro m. Um die momentane Temperatur der Trichterheizung erfassen zu können wird in das Laminat gleich ein Temperatursensor vom Typ DS1820 mit eingebracht.

Die Form für die Trichterheizung wurde aus Gips erstellt. Dazu ist der Innenraum des Trichter, also da wo der Regen reinfällt, abgegossen wurden. Da die Steilheit des Kegels innen und außen gleich ist, ist das kein Problem. Auf dieser Gipsform sind nun die beiden Durchmesser des Kegelabschnittes abzutragen die die Größe der späteren Heizung widerspiegeln. Der Große etwas kleiner und der Kleine etwas größer damit die fertige Heizung im inneren nicht klemmt. Die Form wird jetzt gleichmäßig, dünn mit Kerzenwachs bestrichen. Nun werden die ersten zwei Lagen Glasseide, über die Markierungen hinaus, auf den Kegel auflaminiert. Nach der Trockenzeit werden die vollen 5m des Widerstandsdrahtes gleichmäßig auf die Glasseide gelegt und mit etwas Sekundenkleber punktuell fixiert. Die Bewicklung sollte bifilar erfolgen. Dadurch wird die elektromagnetische Abstrahlung, die durch das Takten des Reglers entstehen können, quasi eliminiert. Beim Bewickeln sollte gleich der Temperatursensor mit eingebaut werden damit er später direkt am Trichter anliegt und nicht auf der Heizwendel befestigt werden muß.

Als Nächstes werden die Drähte zur Versorgung der Heizung und des Sensors angelötet und danach die restlichen 4 bis 5 Lagen Glasseide, wieder über die Markierungen hinaus, auflaminiert. Nach dem abermals die Trocknungszeit abgewartet wurden ist, wird das Laminat entlang der Markierungen durchtrennt und von dem Gipskörper entfernt. Jetzt sind die Schnittkanten zu besäubern. Danach sollte die Heizung wie auf den unteren Bildern aussehen und leicht in den Trichter einzuführen sein.

Um die Trichterheizung abnehmbar zu machen wird noch eine Aufnahme benötigt. Mit dieser Aufnahme wird die Trichterheizung auf dem Kunststoffteil unter dem Trichter fixiert. Das erleichtert das spätere reinigen des Regemessers. Zum Anfertigen der Aufnahme wird wieder eine Form benötigt. Die Form wird diesmal aus Zeichenkarton erstellt. Dazu ist die äußere Form des achteckigen Kunststoffteil unter dem Trichter nach zu formen. Ist die Form fertig wird sie von innen mit Sekundenkleber bestrichen um sie zu stabilisieren. Ist der Kleber getrocknet wird die Form von außen mit Silikonöl bestrichen. Die so vorbereitete Form kann nun mit einigen Lagen Glasseide von außen laminiert werden. Nach der Trocknung wird das Laminat aus der Form gebrochen und an das Kunststoffteil angepasst.

Die Aufnahme sollte nun leicht straff und bündig auf dem achteckigen Kunststoffteil stecken. Ist soweit alles in Ordnung kann das zentrale Loch in die Aufnahme eingebracht werden. Es sollte so groß sein, daß der kleine Bund am Sieb des Trichters leicht durch passt. Jetzt wird es etwas kompliziert. Die Aufnahme wird aufgesteckt, die Trichterheizung wird auf den Trichter gesteckt und Trichter und Wippenraum zusammengebaut. Nun muß der Abstand zwischen Trichterheizung und Aufnahme gemessen werden. Hat man den Wert ermittelt kann alles wieder zerlegt werden. Jetzt wird die Aufnahme in exakt diesem Abstand zur Trichterheizung fixiert. Bei mir waren das genau 3mm und fixieren konnte ich es indem ich einen kleinen Mischbecher durch das Loch der Trichterheizung gesteckt habe und die Aufnahme danach auf dem Becher ausgerichtet habe. Das hatte den positiven Nebeneffekt, daß ich gleich die Form für den 3mm Steg hatte. Sind beide Teile Fixiert, kann der Spalt mit Glasseide und Harz ausgefüllt werden. Nachdem nun auch diese Verbindung durchgetrocknet und der Becher entfernt ist, ist die Trichterheizung schon fertig.

Die Wippenraumheizung:

Die Wippenraumheizung ist leichter zu fertigen. Es werden einfach 5m des gleichen Widerstandsdrahtes wie bei der Trichterheizung etwa so wie auf dem Bild unten auf dem Kunststoffteil des Wippenraums mit Sekundenkleber fixiert. Es ist zweckmäßig mit der Mitte des Drahtes am Ausflussloch anzufangen. Nachdem die Versorgungsdrähte angelötet sind werden nur noch ein paar Lagen Glasseide zur Stabilisierung auflaminiert, nach dem Trocknen versäubert - fertig.

Der Reedkontakt:

Lage und Anschluß des zusätzlichen Reedkontaktes ist unten auf den Bildern zu sehen. Der Kontakt wird so eingebaut, daß er bei jedem Wippenschlag wischend schaltet. Das heißt wenn die Wippe in der Mitte ist hat er geschlossen und in beiden Endlagen der Wippe ist er jeweils offen.

Der Regler misst sowohl die Trichtertemperatur als auch die Temperatur, die im Wippenraum herrscht, und vergleicht diese Temperaturen mit den jeweiligen, einstellbaren, Solltemperaturen. Aus diesen Werten werden dann für jeden Kanal, die zugehörigen PWM-Muster für die Heizregister gebildet. Durch das PWM-Verfahren ist es möglich, die Register quasi stufenlos an die erforderliche Heizenergiemenge an zupassen. Dies reduziert den Stromverbrauch und verhindert unnötige Verdunstung im Trichter und auf der Wippe des Regenmessers.

Herzstück der Reglers ist ein Mikroprozessor vom Typ AT89C4051 der bis zum letzten Byte vollprogrammiert ist. Er erhält seine Daten von zwei digitalen Temperatursensoren, den DS1820. Diese liest er aus, vergleicht sie mit den Sollwerten und bildet daraus die PWM - Signale. Diese Signale werden, bei mir ohne zusätzlichen Treiberbaustein, den Endstufentransistoren BUZ11 zugeführt. An den Regler kann zusätzlich noch ein weiterer Reedkontakt zum zählen der Wippenschläge des Regenmessers angeschlossen werden. Im Mikroprozessor wird damit ein autarker Regenzähler geführt. Dadurch ist es möglich den Sensor unabhängig vom Kombisensor zu betreiben. Die ermittelten und errechneten Werte werden entweder über einen Pegelwandler direkt per RS232 oder über ein Bluetooth-Modul über Funk ausgegeben. Das Bluetooth-Modul stammt bei mir aus einer GPS-Mouse bei der das Modul abgetrennt und hier verwendet wurde. Da sich solche Module, ohne Verbindung, nach einer Weile deaktivieren, um den Akku der Mouse zu schonen, überwacht der Regler den Zustand des Bluetooth-Moduls. Deaktiviert sich das Modul, erkennt der Regler das und startet das Modul neu, damit man sich jederzeit, z.B. mit dem Handy, einloggen kann um den Sensor auszulesen.

Die Solltemperatur kann, bei Bedarf, über Jumper eingestellt werden. Ausgehend von der Temperatur 0°C werden die Werte der drei Jumper aufaddiert. Als Beispiel: Jumper 2 und Jumper 3 sind gesteckt. Das bedeutet: die Solltemperatur für Kanal b beträgt 0°C + 2°C + 4°C = 6°C. Wird keiner der drei Jumper pro Kanal gesteckt, beträgt die Solltemperatur für diesen Kanal 5°C. Werden die Jumper, die ja optional sind, nicht bestückt, beträgt die Solltemperatur beider Kanäle 5°C. Bei Interesse am Programm für den Regler einfach per Mail melden.

Ausgabe des Reglers am Rechner oder per Bluetooth auf dem Handy:

Diese Ausgaben werden werden von einem kleinen Programm ausgelesen. Dieser Agent bereitet die Daten so auf, daß sie vom WS-Logger mit in das Datenpaket für WSWin integriert werden können. Somit ist eine Auswertung und Protokollierung der Heizung durch WSWin möglich. Desweiteren visualisiert der Agent die Daten der Regenmesserheizung.

Mein Bluetooth-Modul:

Mein Bluetooth-Modul ist einer handelsüblichen GPS-Bluetoothmouse entnommen. Dazu wurde die Mouse zerlegt und das Modul zusammen mit den Spannungsreglern abgesägt.

Danach sind die nötigen Anschlüsse zu ermitteln. Bei dieser Mouse sind das auf der Oberseite GND (Schwarz) und +5V (Rot). Die anderen für das Modul nötigen Spannungen werden auf dem Modul selbst bereitgestellt. Um die Spannungsversorgungen zu aktivieren musste die kleine lila Brücke, auf der Oberseite, eingebracht werden. Unten ist die serielle Datenleitung schon angelötet.

Auf der Unterseite des Moduls muß das TXD-Signal (Gelb) des Heizungsreglers eingespeist werden. In dieser Minimalbeschaltung schaltet sich das Modul aber nach 15 min deaktiv. Um eine Ständige Verfügbarkeit zu gewährleisten, müssen noch das RST-Signal (auch Gelb) und das LED-Signal (Lila) abgezweigt werden. Auf den letzten beiden Bildern ist das Modul schon witterungsstabil mit 2K Epoxy Geißharz überzogen.

alternatives Bluetoothmodul:

http://robotrack.org/include.php?path=article&contentid=279