Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik IR Lesekopf für Logarex (schwaches IR Signal), neuer Ansatz


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von Michael (betacentauri)


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Hallo liebe Forengemeinde,

Auch ich habe so einen Logarex Stromzähler, bei dem sich das Auslesen 
via IR Kopf schwierig gestaltet.

Zur Geschichte:
1) Zuerst habe ich auch voller Enthusiasmus so einen Volkszähler 
Lesekopf nachgebaut (Fototransistor->Transistor->Schmitttrigger).
Der hat mehr schlecht als recht funktioniert und viele Lesefehler 
erzeugt. Positionierung ist praktisch nur mit Oszilloskop möglich 
gewesen. Das ist alles andere als praktikabel und alltagstauglich.
Insbesondere wenn irgendwann irgendetwas mit den Werten nicht mehr so 
ganz passt (siehe Beitrag vom ultrazauberer, wo der Arbeitswiderstand 
vom Fototransistor nachgestellt werden musste / 
Beitrag "Logarex eHZ liefert keine zuverlässigen Daten mit IR-Lesekopf" ).

2) Naja dachte ich mir. Das Rad musst du nicht neu erfinden, probiere 
doch mal den viel gelobten Lesekopf von Hichi.
Um es kurz zu machen, der funktioniert mit meinem Stromzähler noch 
schlechter. Eigentlich überhaupt nicht. Wenn man sich die Schaltung 
anschaut ist das aber auch nicht verwunderlich 
(Fototransistor->Schmitttrigger). Die Schaltschwelle liegt noch höher 
und ist zudem noch abhängig von der Versorgungsspannung).

OK, also selbst mal schauen was man machen kann.
Kollege Ultrazauberer hat schon tolle Basismessungen am 
Fototransistor/Arbeitswiderstand gemacht.
Die Ergebnisse daraus sind:
- Betriebsspannung spielt eine eher untergeordnete Rolle
- Arbeitswiderstand im Bereich um 10k ist ein guter Kompromiss zwischen 
Amplitude und Flankensteilheit.

Um das Ganze noch mal zu überprüfen, habe ich die Messungen an meinem 
Stromzähler wiederholt. Messung nur mit Fototransistor und 
Arbeitswiderstand nach Masse. Ich stelle die Bilder nachher hier ein.

Um das Ergebnis vorweg zu nehmen, ich bin zum selben Ergebnis gekommen.
Je nach Position des Kopfes bekomme ich eine Amplitude von bis zu 700mV 
(10k Ohm Widerstand) bzw. 950mV (15kOhm). Das sind, wie gesagt, die 
Werte bei optimaler Positionierung.
Mit dem 15kOhm Widerstand sind die Flanken aber schon recht verschliffen 
und der Pegel hängt z.T. vom Zustand des vorigen Bits ab. D.h. das 
Flankenende liegt schon sichtbar im nächsten Bit.

Wie kann man jetzt mit diesen Infos die vorhandene Schaltung verbessern.
Zuerst einmal haben beide Schaltungen das Problem, dass die 
Schaltschwelle zu hoch ist um mit den eher schwachen Signalen zurecht zu 
kommen.
Das ist m.M.n. das Hauptproblem.

Statt feste Schaltschwellen in Form des nachgeschalteten Transistors 
(Volkszähler) bzw. des Schmitttriggers (Hichi) versuche ich es mit einem 
Comparator, der seine Schaltschwelle von einem Spitzenwertgleichrichter 
bekommt. Somit würde sich das Ganze adaptiv verhalten.

Ich werde dazu mal was basteln...

von Olaf (Gast)


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> Das sind, wie gesagt, die Werte bei optimaler Positionierung.

Du weisst aber schon das es auch Fototransistoren mit unterschiedlichen
Erfassungwinkeln gibt? Das macht das optimale dann einfacher. .-)

> Ich werde dazu mal was basteln...

Na, da sind wir jetzt aber alles mal gespannt. :-D

Probier mal die hier aus meinem Taschenrechner. Die regelt nach und hat
im Gegensatz zu den billo-Loesungen die ich sonst so sehe den Vorteil 
mit viel weniger STrom auszukommen.

Olaf

von S. Landolt (Gast)


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>Ich werde dazu mal was basteln...

Vielleicht hilft es, zumindest als Anregung - ich benutze diese alte 
Siemens-Schaltung wie gezeigt bei 3.3 V, sowie bei 5.3 V mit einer BP104 
und 56 k statt den 100 kOhm.

von Harald S. (harri)


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Moin,

ich hab diese Schaltung zusammen gefummelt. Werte nach Gefühl, funzt 
aber. Es muss aber gut abgeschirmt sein, ein wenig Restlicht und du hast 
ein Dauersignal.

Gruß, Harri

von Michael (betacentauri)


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Danke für die Rückmeldungen.

@Olaf, das Schaltungsdesign kommt mir etwas sehr hochohmig vor, sodass 
mir gefühlt der Einsatz im Sicherungskasten etwas heikel erscheint.

Hier die versprochenen Messungen. Zuerst die Versuche mit 3 
Widerstandswerten.
Kritisch empfinde ich, dass kurze Impulse nicht das Impulsdach 
erreichen, wenn man 15kOhm als verwendet. Das sieht bei 7.5k deutlich 
besser aus.

von Michael (betacentauri)


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Jetzt noch mit unterschiedlichen Betriebsspannungen (Channel 2). Ich 
wollte auch mal die Grenzen ausloten und bin bis auf 1,3V 
runtergegangen.
Man erkennt, dass die Betriebsspannung nur einen sehr geringen Einfluss 
auf das Ausgangssignal hat, der Transistor also bei weitem nicht 
durchsteuert.
(Der Maßstab ist immer identisch).

: Bearbeitet durch User
von Falk B. (falk)


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Michael schrieb:

> ganz passt (siehe Beitrag vom ultrazauberer, wo der Arbeitswiderstand
> vom Fototransistor nachgestellt werden musste /
> Beitrag "Logarex eHZ liefert keine zuverlässigen Daten mit IR-Lesekopf"
> ).

Wo liegt das Problem? Mit der Modifikation war der Empfang sehr gut, 
nahezu perfekt.

> 2) Naja dachte ich mir. Das Rad musst du nicht neu erfinden, probiere
> doch mal den viel gelobten Lesekopf von Hichi.

Was soll das sein? Link?

> Um das Ganze noch mal zu überprüfen, habe ich die Messungen an meinem
> Stromzähler wiederholt. Messung nur mit Fototransistor und
> Arbeitswiderstand nach Masse. Ich stelle die Bilder nachher hier ein.

Kannst du, aber das Ergebnis ist bekannt. Ohne VErstärker geht es bei 
diesen speziellen, eher kaputten Zählern nicht.

> Wie kann man jetzt mit diesen Infos die vorhandene Schaltung verbessern.

Gar nicht, die ist ausgelutscht.

> Statt feste Schaltschwellen in Form des nachgeschalteten Transistors
> (Volkszähler) bzw. des Schmitttriggers (Hichi) versuche ich es mit einem
> Comparator, der seine Schaltschwelle von einem Spitzenwertgleichrichter
> bekommt. Somit würde sich das Ganze adaptiv verhalten.

Naja, ist eher Overkill. Nimm einen OPV und bau einen 
Transimpedanzverstärker mit Klemmung, sprich, schalte parallel zur 
Rückkopplung eine Diode, 1N4148. Mach ihn so empfindlich, daß er die 
minimalen Signale auf normalen Pegel (~500mV) verstärkt. Alls was 
deutlich stärker ist, wird durch die Klemmung begrenzt und der OPV 
übersteuert nicht. Dahinter ein Schmitt-Trigger, kann man einfach 
mit dem 2. OPV im Doppelgehäuse aufbauen. Fettig. TS912 ist dein Freund.
Wenn man es gescheit macht, kann man auch einen Phototransistor als 
Empfänger nehmen, es muss nicht eine Photodiode sein. Muss man mal 
ausprobieren.

> Ich werde dazu mal was basteln...

Siehe Anhang. Mit R1 und C1 muss man ein wenig experimentieren, bis man 
am Ausgang von IC1A ein ausreichend starkes Signal bekommt, ca. 500mV 
Amplitude. Dann dreht man R5 auf eine Spannung, welche genau auf der 
Hälfte der Spannung von IC1A liegt.

von Olaf (Gast)


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> @Olaf, das Schaltungsdesign kommt mir etwas sehr hochohmig vor, sodass
> mir gefühlt der Einsatz im Sicherungskasten etwas heikel erscheint.

Deine Gefuehle sind verwirrt!

Hier mal ein Beispiel was da rauskommt wenn ich da Testweise eine
FB drauf halte. Da siehst du nicht nur die Bits, sondern auch den
40khz Traeger. Kein vergleich zu den den mueden schlappen Flanken
die du da zeigst und die Schaltung ist fuer echte RS232 ohne Traeger
entwickelt, also genau das was aus deiner Kiste rauskommt.

Olaf

von Michael (betacentauri)


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@Falk: Ich will keine angepasste Einzellösung, sondern eher etwas 
universelleres. D.h. die Schaltschwellen sollen sich anpassen. Das geht 
leider auch mit dem Transimpedanzverstärker nicht. Bei starken IR 
Signalen bekommst du dann Probleme mit der Pausenlänge. (Achja, MCP600x 
ist mein billiger Freund)

@Olaf Wo gibt es den Fototransistor (ausser in China)?
Bei der Hochohmigkeit hatte ich eher an die Luftfeuchte im Keller 
gedacht, sowie Störimpulse von der Zündalage der Therme ....

Ich habe mir vorhin mal was entworfen, wie ich mir das gedacht hatte und 
das mal ein wenig simuliert.

Ich werde das morgen mal aufbauen und messen ....

von Pit S. (pitschu)


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Problematisch kann auch die verwendete Wellenlänge des gesendeten 
IR-Lichtes des Zähers sein. Wenn die nicht zum Empfangsbereich der 
IR-Empfängerdiode des Lesekopfes passt, dann funktioniert es nicht. Ich 
hatte schon mehrere Smartmeter von eBZ, Logarex, Iskra oder Holley. Bei 
dem eBZ war das Lesesignal auch sehr schwach, dachte ich. Der Einbau 
einer Lesediode mit anderem Wellenlängenbereich hat geholfen.

von Olaf (Gast)


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> @Olaf Wo gibt es den Fototransistor (ausser in China)?

Nimm einfach irgendeinen! Das muss doch nicht dieses olle Teil aus
den 90ern sein. Er sollte halt nur einen Basisanschluss haben.

Ich hab zum ausprobieren auch nur einen TIL81 genommen weil der
noch rumlag. Aber den willst du auch nicht nehmen. .-)

> Bei der Hochohmigkeit hatte ich eher an die Luftfeuchte im Keller
> gedacht, sowie Störimpulse von der Zündalage der Therme ....

Ach was, etwas geschickter Aufbau und das geht schon.

Olaf

von Dieter (Gast)


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Zu den Logarex Zählern gibt es ja diverse Berichte über Probleme mit der 
IR Sendediode, z.B. hier:

https://shop.weidmann-elektronik.de/index.php?page=product&info=145&dl_media=348

Demnach kann es sein dass die IR Sendediode nach einer Weile stark an 
Leistung verliert.

Vielleicht ein paar Daten zu einem LK13BE803039 Baujahr 2019, die dort 
verbaute IR
Sendediode (genauer Typ unbekannt) wird von einem Transistor mit 560 Ohm 
Serienwiderstand
gegen 3.6 Volt geschalten. Mit diversen optischen Leseköpfen gibt es bei
diesem Zähler bisher keine Probleme (das Gerät ist aber allerdings noch 
neu
bzw. wenig benutzt).

von Falk B. (falk)


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Michael schrieb:
> @Falk: Ich will keine angepasste Einzellösung, sondern eher etwas
> universelleres. D.h. die Schaltschwellen sollen sich anpassen. Das geht
> leider auch mit dem Transimpedanzverstärker nicht. Bei starken IR
> Signalen bekommst du dann Probleme mit der Pausenlänge. (Achja, MCP600x
> ist mein billiger Freund)

Lies meinen Beitrag noch einmal und denk drüber nach.

von Falk B. (falk)


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Siehe Anhang.

von Dieter (Gast)


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Zu dem möglichen Leistungsabfall der IR Sendediode bei bestimmten 
Logarex
Zählern hier eine Vergleichsmessung mit einem IR-Fernbedienungstester
von H-Tronic (Art-Nr 1 12 03 83). Das ist im Prinzip nur eine IR 
Fotodiode,
siehe auch hier:

https://www.radiomuseum.org/r/htronic_passiver_ir_fernbedienungstester_bestell_nr.html

Bei einem neuen LK13BE803039 Baujahr 2019 beträgt die Amplitude des
Signal am Oszilloskop ca. 0.46 Volt.

Bei einem LK13BE803049 Baujahr 2020 (im Prinzip ein LK13BE803039 mit
Nebentarifumschaltung) der etwa 16 Monate in Betrieb ist beträgt die
Amplitude des Signal am Oszilloskop ca. 0.37 Volt.

Sollte das schwächere Signal tatsächlich durch einen vorzeitigen 
Verschleiß
der IR Sendediode kommen wird sich das in einer Vergleichsmessung in ein
paar Monaten zeigen. Und wenn der Verschleiß weitergehen sollte dann 
wird
vermutlich auch ein optimierter Lesekopf nur eine vorübergehende Lösung
für das Problem sein.

von Michael (betacentauri)



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@Dieter Das hört sich ja gar nicht gut an, erklärt aber die diversen 
Beobachtungen.
Vielleicht habe ich Glück und die Schwellenadaption ist ausreichend ....

@Falk Wenn ich mit den Versuchen durch bin, werde ich das mal aufbauen. 
Die Sim sieht ja viel versprechend aus, auch wenn tr und tf mit 1u sehr 
ambitioniert ist. Real sind es eher 50u. Selbst unter optimalen 
Bedingungen (viel Licht, 1k Lastwiderstand) spricht das Datenblatt von 
8u. (Ich habe aktuell nur den SFH309-4 zur Hand. Die Versuche vom 
ultrazauberer mit verschiedenen Fototransistoren machen aber wenig 
Hoffnung).

Ich habe am WoEn mal den Versuchsaufbau gesteckt. Schaltung funktioniert 
sauber. Selbst wenn der Lesekopf um 30 Grad verdreht aufgesetzt wird 
kommt immer noch das Gleiche Signal heraus. Auch wenn der Kopf 5mm 
entfernt ist (also etwa doppelte Sender-Empfänger-Entfernung), geht es 
immer noch.
Nebenbei habe ich den Eindruck, dass die Sendediode in meinem Zähler 
nicht richtig senkrecht steht....

Auch die Komparator Schwellspannung passt sich wie gewünscht an.

Anbei ein paar Oszillogramme (Maßstab wie oben)

: Bearbeitet durch User
von Falk B. (falk)


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Michael schrieb:

> @Falk Wenn ich mit den Versuchen durch bin, werde ich das mal aufbauen.
> Die Sim sieht ja viel versprechend aus, auch wenn tr und tf mit 1u sehr
> ambitioniert ist. Real sind es eher 50u.

Es zeigt zumindest, daß der Verstärker es kann.

> Selbst unter optimalen
> Bedingungen (viel Licht, 1k Lastwiderstand) spricht das Datenblatt von
> 8u.

Nun, der TIA hat nahezu 0 Ohm Eingangswiderstand, das beschleuningt die 
Sache noch ein wenig, wenn gleich nich endlos.

>(Ich habe aktuell nur den SFH309-4 zur Hand.

Der reicht.

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