beiliegend habe ich ein Gerät zur Reparatur bekommen, welches in der Zeit zwischen 1980 und 1990 von einem zwischenzeitlich verstorbenen relativ genialen Bastler in der Stückzahl 1 gebaut wurde. Relativ genial deshalb, weil er als Ein-Mann Show die Kompetenzen von Mechanik, Elektronik und Software eigentlich ganz gut vereint hat. Es handelt sich um ein Messgerät, welches mit mechanischem Kreisel unabhängig vom Erdmagnetfeld absolute Richtung und Neigung von einer Bewegten Sonde aufzeichnen kann. Kann man heute möglicherweise auch mit Mems machen aber in der Stückzahl 1 entwickelt sowas natürlich niemand mal nebenbei.
Am System gibt es eine Motorwinde mit Drahtseil und ein feststehendes Steuergerät mit 6502 Prozessor. Dieser ist seriell an einem MS-Dos PC angeschaltet. 1995 wurde das Basic Programm noch von Basic auf Turbo Pascal Programm mit grafischer Visualisierung umgeschrieben. Durch Kommunikation mit der Sonde am anderen Drahtseilende kann damit dann dort zurückgelegten Weg auf einer Hercules VGA Karte grafisch visualisieren.
Der heutige Betreiber hat nun auf der Winde ein neues Drahtseil aufgezogen, womit die Sonde aber leider nicht mehr richtig erkannt wird. Zuvor war ein eigentlich baugleiches Drahtseil mit ebenfalls etwa 600m in Betrieb. Auf einer anderen Winde mit nur 200m Drahtseil läuft die Sonde aber wie erwartet.
Zur Funktion: Rechts oben bei „Kabel“ ist das einpolige Drahtseil welches zusammen mit einer getrennten Stahlrohr-Masse Strom und Daten überträgt. Das Steuergerät auf der Gegenseite beinhaltet eine 24 Volt kurzschlussfeste Stromquelle, auf welche zur Datenübertragung schmale Impulse auf beiden Enden kapazitiv aufmoduliert werden. 1980 bestand das System zunächst nur aus einem einfachen Impeller dessen Drehrate mit Hall-Sensor einfach eine direkte Frequenz zum aufmodulieren erzeugt hat. Später gab es einen Pt100 dessen Temperatur mit einem VCO gewandelt wurde. Um es vorwegzunehmen: Der ohmsche Widerstand des neuen Drahtseils ist nicht ausschlaggebend. Möglicherweise aber die Kapazität. Die 12Volt der Sonde werden an der Zenerdiode einwandfrei erzeugt und auch der 2W Widerstand hat entsprechend zu tun.
Die vorliegende Schaltung ist nun in der Lage zum gleichen Empfangsgerät mehr als eine analoge Größe durch entsprechende Pulspakete aufzumodulieren. Eine Sache wofür das ursprüngliche Konzept von 1980 der seriellen Kommunikation mit dem 6502 uC wohl gar nicht gedacht war. Die Impulse werden durch T2 über den nachtgeschalteten 2u2 Tantal aufmoduliert. Die Analogsignale werden vom Multiplexer IC4 eingesammelt. Der Zähler IC3 schaltet die einzelnen analogen Kanäle auf. Der Takt ist nicht äquidistant sondern hängt von den analogen Werten ab. Hierzu ist mit T3 an einem 37,4 nF Styroflex Kondensator eine Art VCO mit IC1 und IC11 über Q3 aufgebaut. Je nach Pausenlänge auf dem Kabel lädt sich der Styroflex über 392kOhm auf. IC6 dient als Komparator mit variabler Schwelle welcher dann im korrekten Zeitpunkt den nächsten Impuls vom Monoflop aufmoduliert.
Die gesamte Schaltung (welche ich hoffentlich von der Platine größtenteils korrekt abgemalt habe), ist nun eine rückgekoppelte Schaltung welche „manchmal“ sogar korrekt funktioniert. Das tut sie am kurzen Drahtseil immer und am langen Drahtseil manchmal. Das „manchmal“ ist sogar reproduzierbar, wenn man mit dem Oszi Tastkopf oder einem Schraubendreher an pin 7 von IC1 ranlangt. Tauscht man den Komparator IC1 gegen ein neues Exemplar aus, funktioniert gar nichts mehr. Nachdem der 6k8 und auch der 4013 ok ist, nehme ich an, daß die Ausgangsstufe des Komparators einen Schuß hat und hochohmig ist was zum zufälligen Funktionieren durch eingekoppelte Störungen führt.
Woran ich zweifle: Bei T1 habe ich drei mal nachgeschaut aber er ist so verbaut wie eingezeichnet. Ich vermute, daß hier Emitter und Kollektor vertauscht sind. Beim Spannungspfeil handelt es sich um die positiven 12 Volt welche oben rechts mit der Zenerdiode erzeugt werden. Baut man nun eine „Antenne“ mit einem 50cm langen Messkabel an IC11 pin 3 an, so fängt sich das Flipflop Störungen ein, welche zu einem Reset des Zählers führen. Die Schaltung läuft daraufhin los und liefert korrekte Messwerte. Dummerweise kann man Emitter und Collektor tauschen und die Schaltung verhält sich noch genau gleich.
Kann T1 wie eingezeichnet überhaupt funktionieren??? Uce darf ja eigentlich nicht negativ werden oder es fliesst dann eben zumindest kein Basisstrom.
Nun ist mir aufgefallen, daß der 6502 am anderen Drahtseilende alle 3 Sekunden einen Reset Impuls ausgibt welcher die ganze Kommunikation offensichtlich anwerfen soll. Ohne daß die Software auf dem PC gerstartet wird, läuft die Kommunikation in keinem Fall los. Dieser von der PC Software ausgelöste Reset kommt jedenfalls nicht am Zähler IC3 pin 3 an. Leider auch nicht bei umgedrehtem Transistor T1 und auch der 1uF Tantal und der 56k Pullup sind völlig ok.
Der gelbe Kanal 1 zeigt das Signal an IC1 Eingang pin 2. Das blaue Ausgangssignal hinter dem Komparator an pin 7. Möglicherweise ist einfach die Kapazität des neuen Drahtseils etwas kleiner, so daß der Reset Impuls zu kurz ist und die Schaltschwelle von IC7 nicht erreicht wird.
Dasselbe aber mit blauem Kanal an pin 2 des Komparators IC7. Die Schaltschwelle wird relativ knapp nicht erreicht. Es ist mir ein Rätsel warum für IC7 ein OP verwendet wird wo doch mit dem LM311 „echte“ Komparatoren in der Schaltung vorhanden sind. Ich kann natürlich nicht ausschliessen, daß die gesockelten ICs bereits von anderen „Reparateuren“ falsch getauscht wurden. Es könnte genausogut sein, daß das Zeugs schon immer versehentlich ein wenig verkehrt bestückt war und eben trotzdem so lala funktioniert hat. Bevor ich nun die Schaltschwelle von IC7 ändere und auch schon Emitter Collector von T1 getauscht habe möchte ich mich noch mal hier versichern ob ich bei der Genialität des Designs nicht etwas leichtsinnig übersehen habe.
Abschliessend noch Aufnahmen von den Analogsignalen IC9->IC6 und am Styroflexkondensator 37,4nF zusammen mit den aufmodulierten Impulsen des Datentelegramms.
