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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Was ist das für ein Luftdrucksensor?


Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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Das Bild stellt das Wrack einer offenbar ins Wasser gestürzten 
Wetterbalonsonde dar.

Weiß jemand, was das für ein Luftdrucksensor ist? Wo man die Daten 
finden kann?

Leider ist er nicht beschriftet - zumindest nicht einsehbar.

Autor: Thilo M. (Gast)
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>Weiß jemand, was das für ein Luftdrucksensor ist?

Ein furchtbar hässlicher in kaputter Verpackung! :)

Was ist auf der anderen Seite? Sieht wie ein Tauchspul-Messwerk aus 
(Diff-trafo). Die Daten dürften auf einem extra-Datenlogger gespeichert 
sein, der Messumformer gibt ein Analogsignal 'raus.

- denke ich -

Autor: beobachter (Gast)
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Frag doch beim DWD nach, dem könnte er ev. gehören. (Laut dem 
Adressenfragment auf dem Styropormantel)

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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Thilo M. wrote:
> Ein furchtbar hässlicher in kaputter Verpackung! :)

Nein, das ist das Orginalgehäuse der Sonde, das offenbar im Strandgut 
etwas abgeschliffen wurde und dann Kindern in die Hände fiel. Ich habe 
dann die Trümmer gefunden...
>
> Was ist auf der anderen Seite? Sieht wie ein Tauchspul-Messwerk aus
> (Diff-trafo).

Das ist eine GPS-Antenne. Auf dem Teil ist ein Jupiter 12 GPS-Modul 
aufgesteckt.

> Die Daten dürften auf einem extra-Datenlogger gespeichert
> sein, der Messumformer gibt ein Analogsignal 'raus.

Auf der Hauptplatine sind 2 µC (8051-Kern), eine Menge 74HCTxxx-Chips 
und unten dran (das rostige Blech rechts von der gebrochenen 
Styroprschachtel) ist ein programmierbarer 400 MHz-Sender, der die Daten 
überträgt.

An den 9 abgerissenen Lötaugen war ursprünglich eine flexible Platine 
angeötet, über die ein Feuchtigkeits- und ein Temperatursensor aus dem 
Gehäuse herausgeführt wurden.

http://www.graw.de/IndexFramesDFM97.htm

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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beobachter wrote:
> Frag doch beim DWD nach, dem könnte er ev. gehören. (Laut dem
> Adressenfragment auf dem Styropormantel)

Auf dem Schild steht der Hersteller und eine 6-stellige Nummer.

Von einem Bekannten - er hatte als Mähdrescherahrer schon zwei davon 
gefunden - habe ich gehört, daß diese Sonden einen Zettel enthalten, auf 
dem der Eigentümer steht und der Hinweis, daß man die Platine innerhalb 
2 Wochen nach dem aufgedruckten Datum zurückschicken sollte. Danach 
sollte es entsorgt werden.

So einen Zettel habe ich nicht gefunden.

Autor: Arno H. (arno_h)
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Aneroidbarometer nennt sich das Teil. Die Dose ist fast luftleer und an 
einer Seite befestigt. Die Bewegung wird auf der anderen Seite 
umgesetzt.

Arno

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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Arno H. wrote:
> Aneroidbarometer nennt sich das Teil. Die Dose ist fast luftleer und an
> einer Seite befestigt. Die Bewegung wird auf der anderen Seite
> umgesetzt.

Ja klar, eine klassische Barometerdose. Allerdings ist da ein 
kapazitiver Sensor drin. Die Dose selbst ist nur in einem Blechring 
aufgehängt, der auf die Platine gelötet ist. Man erkennt drei 
Schweißpunkte, mit der die Dose an den Ring geschweißt ist und durch den 
Spalt rechts sieht man die Platine.

In der Mitte geht auf jeder Seite ein Kupferlackdraht ab, der den Senor 
mit der Auswerteelektronik auf der Platine verbindet.

Autor: Arno H. (arno_h)
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Dann sind vermutlich die beiden Flächen voneinander isoliert und stellen 
einen durch Luftdruck veränderlichen Kondensator dar.
Die letzte Sonde, die ich gefunden habe, war noch rein mechanisch und 
betätigte ein simples Poti. Allerdings schon ein paar Tage her.

Arno

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

@Arno H. (arno_h):
neumodischer Krempel, mit einem Poti... ;-)

Mein Kontakt mit Wettersonden ist mittlerweile über 35 Jahre her.
Ich habe die Genialität der damaligen Entwickler bewundert.

Vermessen wurde mit Radar, der Sender der Sonde (eine Röhre) war dicht 
vor dem Schwingungseinsatz und wurde durch den Radarimpuls zum Antworten 
angeregt. Laufzeitmessung für die Entfernung, Höhenwinkel und Richtung 
von der Radarantenne bestimmt.
Moduliert wurde der Impuls der Sonde von einem LC-(Röhren-)Oszillator 
irgendwo bei 800kHz. Der wurde durch einen NTC temperaturabhängig 
verstimmt.

Soweit, so gut. Der Luftdruck wurde durch eine Barometerdose gemessen, 
die über einen Hebel einen Schleifer über einen Leiterplattenstreifen 
verschob.
Auf diesem waren Streien Kupfer, über die der besagte Schleifer strich.
Nun kommen die Tricks: die Abstände der Streifen linearisierten das 
Verhalten der Druckdose. Beim Start der Sonde wurde das Ding auf den 
Anschlag geschoben, um als definierten Wert den aktuellen Luftdruck am 
Boden zu haben. Der Schleifer schloß auf den Kontaktflächen einfach den 
NTC des Temperaturoszillators kurz.
Damit hatte man die aktuelle Ruhefrequenz für die Temperaturmessung.
Mit sinkendem Luftdruck wurde also immer abwechselnd Ruhefrequenz und 
NTC-abhängige Frequenz gesendet, damit brauchte der Oszillator nur 
kurzzeitstabil zu sein.
Jedes Umschalten gab nebenbei die Luftdruckänderung an, einfach nur 
mitgezählt.

Der Rest war Rechnerei, die allerdings analog bzw. mechanisch 
(Antennenwinkel und Höhe) und mit Diagrammen erledigt wurde.
Ohne Transistoren, µC usw. :-)

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Arno H. (arno_h)
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Tja, als ich in meiner jugendlichen Unwissenheit den 7533?-Sender 
zerlegt habe, wusste ich auch noch nichts von den Mysterien der 
Hochfrequenz.
Die blanke Röhre müsste sogar noch da sein.
Mit Poti hatte ich auch mehr so eine Schleifbahn auf der Platine 
gemeint.

Arno

Autor: peter-neu-ulm (Gast)
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siehe auch Google: Vaisala-Sonde (Vaisala = finnischer Hersteller)

Gerade das Aneroid-Barometer ist für Basteleien hochinteressant, ein 
Klasse-Barometer

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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peter-neu-ulm wrote:
> siehe auch Google: Vaisala-Sonde (Vaisala = finnischer Hersteller)

Das sind ganz andere Geräte, als das hier.

> Gerade das Aneroid-Barometer ist für Basteleien hochinteressant, ein
> Klasse-Barometer

Hast du Tipps, wo man darüber was erfahren kann?

Autor: Glitch (Gast)
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Hallo Uhu,

Was Du da in Händen hältst, ist wahrscheinlich die Elektronik einer 
Wettersonde DFM-97 des Herstellers Graw (www.graw.de). In der Dose 
befindet sich im Prinzip ein Plattenkondensator, der durch die 
Formveränderung der Dose bei wechselndem Luftdruck seine Kapazität 
ändert. Der größte Teil der Handvoll CMOS-ICs bildet die Meßschaltung 
zur Erfassung dieser Kapazität (und derjenigen der anderen kapazitiven 
Sensoren; es können aber auch die Widerstände von resistiven Sensoren 
erfaßt werden). Konfiguriert wird die Schaltung von einem der beiden 
Mikrocontroller, der auch die Formatierung der Rohdaten und die 
Modulation des Senders übernimmt. Der zweite Controller ist nur für die 
Aufbereitung der vom GPS-Modul gelieferten Daten zuständig. Wie sinnvoll 
es ist, die Dose z.B. für ein Barometer wiederzuverwenden, kann ich 
nicht beurteilen; meines Wissens hatte genau diese Dose dem 
Sondenhersteller seinerzeit ziemliche Probleme mit der Genauigkeit der 
Meßdaten bereitet. Der direkte Mitbewerber Vaisala verwendet in seinen 
Sonden der RS92-Familie einen mikromechanischen Drucksensor mit der 
Bezeichnung BAROCAP, den es offenbar nicht gern mit seiner Konkurrenz 
teilen möchte. Graw setzt deshalb in seiner Nachfolgesonde DFM-06 gar 
keinen Luftdrucksensor mehr ein, sondern benutzt zur Bestimmung der Höhe 
bzw. der Vertikalgeschwindigkeit die vom GPS-Modul gelieferten Daten.

Wenn die Elektronik Deiner Sonde den Strandausflug einigermaßen 
unbeschadet überstanden hat, könntest Du versuchen, nach Anlegen der 
Betriebsspannung ein Lebenszeichen über die serielle Schnittstelle 
(Leiterplattenkontakte oben links im Bild) zu bekommen (Vorsicht - Plus 
an Masse, außerdem muß einer der Anschlüsse mit Minus verbunden werden.) 
RXD und TXD des für Messung und Modulation zuständigen Controllers sind 
dort herausgeführt. Theoretisch kann man über die Schnittstelle die 
gemessenen Rohdaten abfragen, aber der Algorithmus hinter der Messung 
ist ziemlich komplex.

Erstmal viel Spaß mit dem Bastelobjekt!

Gruß

Glitch

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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@ Glitch
Danke für deine Ausführungen. Wenn es sich bei dem Barometer um eine 
Eigenentwicklung von Graw handelt, dann besteht wohl wenig Hoffnung, 
irgendwo Daten für das Teil zu finden.

Es bleibt also eigentlich nur die Möglichkeit, zu experimentieren und 
eine Eichkurve aufzunehmen. (Müßte mit etwas Geduld und einem 
Quecksilberbarometer machbar sein.)

Den Orginalmodul weiterzuverwenden, stelle ich mir etwas komplizierter 
vor, zumal die Feuchtigkeits- und Temperatursensoren verloren gegangen 
sind.

Aber der GPS-Modul (ein Navman Jupiter 12) ist auf jeden Fall 
interessant...

Autor: Glitch (Gast)
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@Uhu,

Daten für die Aneroiddose werden kaum zu bekommen sein; für das 
GPS-Modul müßte sich ein Datenblatt im Internet finden lassen. Das Modul 
ist wohl wirklich der interessanteste Teil der Sonde.

Wenn man die Aneroiddose als Geber für ein Barometer verwenden will, 
müßte man wohl zunächst einmal die Kapazität bei normalem Luftdruck am 
Boden messen, vielleicht einmal bei hohem und einmal bei tiefem 
Luftdruck, um eine Idee von dem überspannten Bereich zu bekommen. Der 
Zusammenhang zwischen Kapazität und Luftdruck wird vermutlich 
nichtlinear sein, und möglicherweise spielt auch die Temperatur der Dose 
eine Rolle. Die Meßschaltung selbst muß so stabil sein, daß sie auch 
sehr kleine Kapazitätsänderungen noch sicher auflösen kann. Hier bietet 
sich dem ambitionierten Bastler ein weites Betätigungsfeld.

Die Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren wären zum Einsatz in einer 
Wetterstation ohnehin nicht geeignet, weil sie zum einen sehr fragil 
sind und zum anderen nur eine sehr schlechte Langzeitstabilität 
besitzen. Die müssen sie für einen einmaligen Gebrauch von knapp zwei 
Stunden Dauer auch nicht haben, wichtiger ist hier eine möglichst 
trägheitsarme Messung, damit die vertikale Auflösung bei vorgegebener 
Aufstiegsgeschwindigkeit ausreichend hoch wird.

Gruß

Glitch

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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Glitch wrote:
> @Uhu,
>
> Daten für die Aneroiddose werden kaum zu bekommen sein; für das
> GPS-Modul müßte sich ein Datenblatt im Internet finden lassen. Das Modul
> ist wohl wirklich der interessanteste Teil der Sonde.

Das Datenblatt ist in der Tat leicht zu finden.

> Wenn man die Aneroiddose als Geber für ein Barometer verwenden will,
> müßte man wohl zunächst einmal die Kapazität bei normalem Luftdruck am
> Boden messen, vielleicht einmal bei hohem und einmal bei tiefem
> Luftdruck, um eine Idee von dem überspannten Bereich zu bekommen.

Jo, dafür ist ein Quecksilberbarometer wohl keine schlechte Wahl. Ein 
Freund hat eins...

> Zusammenhang zwischen Kapazität und Luftdruck wird vermutlich
> nichtlinear sein, und möglicherweise spielt auch die Temperatur der Dose
> eine Rolle.

So einen Sensor linear zu bekommen, wäre wohl sehr aufwendig und lohnt 
wohl nicht unbedingt. Das ist aber auch kein Problem, wenn man die 
Eichkurve mit genügend vielen Punkten aufnimmt.

> Die Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren wären zum Einsatz in einer
> Wetterstation ohnehin nicht geeignet, weil sie zum einen sehr fragil
> sind und zum anderen nur eine sehr schlechte Langzeitstabilität
> besitzen.

Ah ja.

> Die müssen sie für einen einmaligen Gebrauch von knapp zwei
> Stunden Dauer auch nicht haben, wichtiger ist hier eine möglichst
> trägheitsarme Messung, damit die vertikale Auflösung bei vorgegebener
> Aufstiegsgeschwindigkeit ausreichend hoch wird.

Platzt der Balon etwa schon nach so kurzer Flugzeit, oder dümpelt er 
dann auf Gipfelhöhe herum?

Wie lange sendet die Sonde eigentlich? Nach dem, was ich bisher 
herausgefunden habe zieht sie etwa 500 mA und wird aus drei 
Lithiumzellen gespeist. (Die habe ich leider nicht gefunden.)

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

Zeiten weiß ich von damals nicht mehr, was heute benutzt wird weiß ich 
auch nicht.

Die Kunst damals bestand darin, die optimale Füllmenge für den 
jeweiligen Ballon finden und zu einem inoffiziellen (offiziellen???) 
Höhenrecord zu kommen. War zuwenig drin erreichte er keine sinnvolle 
Höhe, war zuvile drin, platzte er zu früh.

Unsere Messblätter gingen, glaube ich, bis 28000m, der Rekord lag wohl 
so bei 34000m. Wie oben geschrieben, vor gut 35 Jahren...

Ach ja, batterien waren damals Luftsauerstoff-Elemente, so ca. 2h 
Lebensdauer, der Vorteil war die Eigenerwärmung nach dem aktivieren 
(sprich: Abreißen des Aufklebers über dem Loch).

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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Hier ist die Geschichte der Entwicklung von Graw-Radiosonden 
beschrieben:

   http://www.graw.de/IndexFramesProfile.htm

1942 machte man das mit einer Morse-Walze. Leider habe ich dazu noch 
keine Details auf dem Web gefunden.


Weiteres interessantes Zitat:

1948
Development of the Radiosondes H50 and M60 for German Weather Service 
and German Army

1948 gab es keine "German Army"...

Autor: Glitch (Gast)
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Die übliche Steiggeschwindigkeit eines Sondengespannes liegt bei 5m/s, 
also 300m/min oder 18km/h. Bei den regulären Aufstiegen des DWD wird das 
Erreichen des 10hPa-Niveaus angestrebt; die gewöhnlich erreichten Höhen 
liegen zwischen 27km und 33km. Der Ballon hat dort oben einen 
Durchmesser von etwa 10m und ist bei wolkenlosem Himmel mit bloßem Auge 
erkennbar, sofern die Elevation über etwa 60 Grad liegt; wenn man weiß, 
wohin man schauen muß, entdeckt man ihn relativ schnell.

In der weit überwiegenden Anzahl der Fälle platzt der Ballon irgendwann 
und die Sonde fällt zu Boden. Der Aufstieg dauert etwa 90..105 Minuten, 
der Abstieg je nach Sondentyp und Fallschirm 30..75 Minuten.

Die DFM-97 sendet mit der zugehörigen Lithiumbatterie über 3 Stunden 
lang; die RS-92 von Vaisala schaffen je nach Modell und Batterie 6..10 
Stunden. Die Batteriekapazität scheint also sehr üppig ausgelegt zu 
sein, aber man darf nicht vergessen, daß in der oberen Atmosphäre 
Temperaturen bis unter -70 Grad Celsius herrschen, die das 
Leistungsvermögen der Batterie zeitweilig deutlich reduzieren, ohne daß 
das die Versorgung der Sonde gefährden darf.

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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Glitch wrote:
> Die Batteriekapazität scheint also sehr üppig ausgelegt zu
> sein, aber man darf nicht vergessen, daß in der oberen Atmosphäre
> Temperaturen bis unter -70 Grad Celsius herrschen, die das
> Leistungsvermögen der Batterie zeitweilig deutlich reduzieren, ohne daß
> das die Versorgung der Sonde gefährden darf.

Da ist natürlich das Styropor-Gehäuse auch recht nützlich, um die 
Abwärme nicht direkt in die Stratosphäre verpuffen zu lassen.

Autor: Konrad (Gast)
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weiss jemand über die Schnittstelle der Graw DFM06 Bescheid?

Autor: Glitch (Gast)
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@Konrad:

Die RS232-Schnittstelle der DFM06 ist über den von zwei Kerben gesäumten 
9-poligen Direktstecker an der Leiterplattenkante zugänglich. Wenn man 
die viereckige Kontaktfläche als Pin 1 zählt, dann ist Pin 2 "Signal 
Ground", an Pin 5 liefert die Sonde Daten und an Pin 7 empfängt sie 
Daten. Damit die Schnittstelle softwaremäßig aktiviert wird, muß Pin 3 
über einen 2.2kOhm-Widerstand mit Pin 2 verbunden werden. Die Sonde 
arbeitet dann in einer Art Diagnosemodus. Es gibt zwei Fußangeln: zum 
einen ist die Sonde so aufgebaut, daß intern Plus an Masse liegt, zum 
anderen arbeitet die Schnittstelle unipolar mit 3.3V-Pegeln, so daß ein 
Pegelwandler mit MAX3232 oder besser gleich ein Wandler mit galvanischer 
Trennung zwischengeschaltet werden muß.

Die Übertragungsparameter sind 2400bps/8N1. Wenn alles richtig verbunden 
und eingestellt ist, antwortet die Sonde auf das Zeichen "V" (Groß-Vau!) 
mit Versionsnummer und Seriennummer, etwa so: "DFM V5.43 ID:654321". Es 
gibt noch etliche Kommandos mehr, aber viele davon benutzen ein 
Software-Handshake-Verfahren, das sich mit üblichen Terminalprogrammen 
nicht ohne weiteres realisieren läßt. Hier wäre ein Interface auf 
Mikrocontrollerbasis die passende Lösung. Die vom GPS-Modul der Sonde 
gelieferte Positionsinformation kann man meines Wissens aber nicht über 
die serielle Schnittstelle abfragen.

Viel Spaß beim Forschen - berichte doch gelegentlich mal über Deine 
Erfolge!

Autor: Konrad (Gast)
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Hallo  Glitch,vielen Dank für die prompte Info.Du scheinst ja ein guter 
Kenner der Materie zu sein. Würde mich freuen bei weiteren Fragen mit 
Dir
persönlich in Kontakt zu treten.Konrad

Autor: Glitch (Gast)
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Hallo Konrad,

Du erreichst mich per e-mail unter postfach1280@web.de .

Gruß

Glitch

Autor: E.T. (Gast)
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Hallo,

gibt es irgend wo einen brauchbaren Decoder für Temparatur und Luftdruck 
für DFM06 Sonden? Sondemonitor www.coaa.co.uk/sondemonitor.htm kann ja 
leider nur die Sonden vom deutschen und französischen Wetterdienst 
decodieren und beim googeln finde ich nur den völlig unbrauchbaren 
"Offline Decoder" auf 
http://www.ingak.de/wetter/dfmO6%20radiosonde%20decoder.zip der wedern 
Luftdruck noch Temparatur ausgeben kann.
Am liebsten wäre mir ein DFM Decoder plug-in für Sondemonitor, falls es 
so was gibt.

E.T.

Autor: Glitch (Gast)
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Hallo E.T.,

ein solcher Decoder hätte zwei Schwierigkeiten zu überwinden: zum einen 
besitzt die DFM-06 keinen Luftdrucksensor, sondern ihre Höhe wird aus 
den GPS-Daten ermittelt. Zum anderen sendet sie -im Gegensatz zur RS92- 
keine Kalibrierfaktoren mit aus, so daß der rohe Meßwert des 
Temperatursensors nicht ohne weiteres in eine echte Temperatur 
umgerechnet werden kann. Dazu muß man die Sonde in der Hand gehabt 
haben, um die Kalibrierfaktoren aus derem EEPROM auslesen zu können.

Gruß

Glitch

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