Seltene Störungen an AT90S8535 abfangen

Hallo,

vor rund 14 Jahren habe ich u.a. mit Hilfe dieses Forums eine AVR µC 
Steuerung für die Warmwasseranlage incl. Sonnenkollektoren bei meinen 
Eltern realisiert. Es werden Temperaturen von 4 PT1000 Fühlern 
ausgelesen und abhängig von Prioritäten, die mit einem Schiebeschalter 
gewählt werden können, 3 Umwälzpumpen gesteuert. Das Ganze läuft seither 
recht zuverlässig aber ganz selten (1x pro Jahr) kann es vorkommen, dass 
die Anlage in einen undefinierten Zustand verfällt und bis zu einem 
manuellen Reset nicht mehr funktioniert. Das ist deshalb unangenehm, 
weil bei starker Sonneneinstrahlung die Wärme nicht mehr abtransportiert 
wird und die Flüssigkeit im Sonnenkolletor-Kreislauf teilweise verdampft 
und nur durch Entlüften der Anlage wieder der Normalzustand hergestellt 
werden kann. Eine Beschädigung der Anlage bei längerem Ausfall ist nicht 
auszuschliessen. Vor einigen Wochen kam dieser Zustand mehrmals 
hintereinander vor. Evtl hat ein Relais nicht mehr korrekt geschaltet.

Da der Störfall normalerweise sehr selten eintritt und ich nicht vor Ort 
bin fällt es mir schwer festzustellen wo es genau hapert. Nach 
Installation der Schaltung vor 14 Jahren kam es bereits manchmal zu 
Hängern. Diese konnte ich nachträglich durch die interne Watchdog 
Schaltung des AVR abfangen. Die Anzahl der Resets werden im EEPROM 
gespeichert und können am LCD angezeigt werden. Es gibt lange Perioden 
in denen gar keine Resets vorkommen und dann können plötzlich mehrere 
Resets an wenigen Tagen eintreten. Zusätzlich kommt die Anlage sehr 
selten in den genannten Zustand in dem die interne Watchdog Schaltung 
nicht mehr funktioniert. Die erste Zeile des LCD wird schwarz, alle 
Pumpen stehen still und der µC reagiert nur noch auf manuellen Reset. 
Hier wäre eine externe Watchdog Schaltung natürlich besser gewesen, aber 
das wurde mir erst später klar.

Meine Vermutung ist, dass die Schaltvorgänge der Relais diese Zustände 
hervorrufen. Wenn ich mit dem Schiebeschalter wild die Pumpen manuell an 
und aus schalte (Der Schiebeschalter legt den Transistor der das Relais 
ansteuert entweder an den µC-Ausgang, an GND oder an 5V) kommt es öfters 
zu Resets. Mit einem Uralt-Röhren-Oszi habe ich die 5V Versorgung 
angeschaut und gewisse Spannungsspitzen beim Umschalten entdeckt. Ich 
bin mir aber nicht ganz sicher ob es sich nicht auch um parasitäre 
Messfehler handeln kann. An einem 5V Steckernetzteil das Testweise am 
selben Netz angeschlossen wurde habe ich DC-seitig ähnliche Ausschläge 
gesehen. Was zusätzlich für die Relais als Störquelle spricht ist, dass 
Ausfälle meist an sonnigen Tagen vorkamen and denen vermutlich mehr 
Schaltvorgänge vorkommen.

Zum Aufbau:
Die Anlage besteht aus drei Platinen die mit Flachbandkabeln miteinander 
verbunden sind.

1. Netzspannungsplatine mit Spannungsversorgung und Pumpenrelais
Ein 9V Trafo mit Gleichrichter und 4700µF Elko erzeugt ca 12-13V. Aus 
diesen wird mit 7809 die OP Spannung erzeugt und davon mit 7805 die 
restliche Logik versorgt. Die Spulen der Relais werden direkt mit den 
12V versorgt um die Festspannungsregler nicht unnötig zu belasten.

2. Logikplatine mit AT90S8535 und Temperaturmessung
Die 9V und 5V werden auf der Logikplatine mit Elko nochmals gepuffert. 
Vermutlich 47µF. Die Beschaltung des AVR ist nach Datenblatt mit 
externem Oszillator. Die Folienkondensatoren sind nahe an den Pins.
Der PT1000 wird über eine H-Brücke und OP-Komparator ausgelesen. Der 
Temperaturbereich von -20°C bis 100°C wird recht linear auf 0-5V 
abgebildet. Dieses Analogsignal wird direkt am ADC des µC angelegt. Die 
BAT schützt den ADC vor Überspannung.

3. I/O Frontplatine mit 16x2 LCD, status LEDs und Schiebeschalter für 
Prioritätswahl und Wahl zwischen manueller und automatischer 
Pumpensteuerung

Nun Endlich zu den Fragen:
- Was kann eurer Meinung nach solche Aussetzer verursachen?
- Sieht jemand Schwachpunkte, die die Schaltung störungsanfällig machen?
- Würde es evtl helfen den µC noch mit schnellen KerKos zu puffern um 
Spitzen besser abzufangen?

Als externe Sicherheitsschaltung werde ich mit einem Komparator einen 
Schmitt Trigger realisieren der über ein extra Relais die Kollektorpumpe 
bei Übertemperatur (>4.5V Analogsignal) aktiviert und bei 3V wieder 
deaktiviert, unabhängig davon was der µC macht. Ein Ausfall der 
Spannungsversorgung wird damit leider nicht abgedeckt weil ich den 
Schmitt Trigger mit den 5V versorgen werde und das Auslesen der 
Temperatur nur mit dem bestehenden Fühler möglich ist. Ein Überhitzen 
bei Ausfall des µC wird dadurch jedoch vermieden. Evtl könnte diese 
Schaltung auch gleich einen hard-reset des µC ausführen.