Technik

Erfahrungsbericht mit dem Zafira Tourer 1.4 Turbo

Gute Hardware mit unausgereifter Software?

Bald zwei Wochen haben wir nun unseren neuen Zafira Tourer und haben diesen letzte Woche ausgiebig bei diversen  Ausflügen testen können. Tachostand: kurz vor 1.000km. Der Zafira Cosmo ist mit einem 1.4 Turbo ECOTEC Motor mit 140PS ausgestattet. Zusätzlich zur Standardausstattung bekam er noch das Park & Go Technologie Paket, das Infotainment Paket mit Navi 900 Europa, Sitzkomfort-Paket, Sicht Paket, Frontkamera I, Fahrradträger, Panoramafenster, Sprachsteuerung und das Bi-Xenon-Kurvenlicht mit auf den Weg.

Wir hatten ja zuvor den „Vorgänger-Zafira“, auch in der Cosmo Ausführung. Beim Fahren fällt der neue Zafira durch einen deutlich geringeren Geräuschpegel in der Fahrgastzelle auf. Hier wurde offensichtlich deutlich besser gedämmt. Auch der Motor kann mit seiner Laufruhe vollkommen überzeugen. Selbst bei niedrigen Touren zwischen 1.000-2.000 Umdrehungen gibt es kein Zittern oder Ruckeln und kann mit dem 6. Gang bis 50km/h problemlos gefahren werden, – obwohl man sich hier natürlich keine besondere Beschleunigung erwarten darf, wenn man dann mal auf’s Gas steigt. Obwohl der neue Zafira ebenso 140PS hat, wie sein Vorgänger, so scheint der Tourer gefühlsmässig deutlich besser zu beschleunigen als sein Vorgänger.

Da wir eine relativ lange Zufahrt zum Haus (>40m) haben, welche immer im Rückwärtsgang zurückgelegt wird, hat sich die Rückfahrkamera als ausserordentlich nützlich erwiesen. Das Zurückschieben über eine längere Distanz, ist dank der Einblendung von Hilfslinien, die je nach Lenkradausschlag anzeigen wo es hingeht, äußerst komfortabel durchführbar. Ist mal ein kleines Hinderniss zu beachten, so wird dies mittels Ton und einem Ausrufezeichen an der entsprechenden Stelle im Display angezeigt. Das klappt recht ordentlich und warnt auch vor etwas größeren Steinen.

Die Rückfahrkamera ist im Paket „Park & Go Technologie“ beinhaltet, welches auch einen Einparkassistenten zur Verfügung stellt. Dieser sucht auf Wunsch bis zu einer Geschwindigkeit von 30km/h eine passende Parklücke und zeigt dies im Boardcomputerdisplay an. Wird eine Parklücke, die groß genug ist gefunden, gibt der Assistent über das Display Anweisungen zum Einparken. Darunter in welche Richtung man fahren  und welche Lenkradeinstellung man vornehmen muss. Ich habe das einmal getestet, das System hat allerdings gemischte Gefühle hinterlassen. Man muß mehrmals das Auto zum Stillstand bringen und danach die neuen Anweisungen für die Lenkradeinstellungen abwarten. Der Einparkvorgang dauert unterm Strich relativ lange. Ein geübter Autofahrer ist ohne das System deutlich schneller in der Parklücke. Möglicherweise ist aber das System eine Hilfe, wenn die Parklücke sehr eng ist.

Eine tolle Sache ist das Bi-Xenon Licht, welches automatisch bei Bedarf eingeschalten wird. Das Auto läuft von Haus aus im Automatikmodus und regelt das Licht nach Bedarf. Unter Tags sind nur die LED Tagleuchten aktiviert. Im Tunnel oder bei Dunkelheit wird sofort das Xenon-Licht eingeschalten. Man kann das Licht permanent auf Fernlicht einstellen und regelt die Automatik automatisch das Abblenden, wenn es die Umstände erfordern. Die Lichtsteuerung funktioniert recht gut und ist äußerst sinnvoll.

Mehr erwartet hätte ich mir von diversen Fahrassistenten wie

Verkehrsschilderkennung:

  • Die Verkehrsschilderkennung funktioniert relativ gut, die Kommunikation mit dem Fahrer ist m.E. allerdings schlecht umgesetzt. Entweder schaltet man im Boardcomputer ständig auf die Verkehrsschildanzeige, um Sie bei Bedarfsfall im Blick zu haben, oder man muss jedesmal wieder mühsam ins Konfigurationsmenü der Verkehrszeichenerkennung einsteigen und dem System sagen, dass es die Verkehrsschilder zumindest kurz als POP-Up anzeigen soll. – Diese Einstellung ist jedoch jedesmal, sobald man den Zündschlüssel absteckt unverständlicherweise wieder weg und muss jedesmal umständlich neu konfiguriert werden.  Weiters ist das POP-Up auch nicht wirklich brauchbar. Wer schaut schon ständig dort hin, um zu sehen, ob am Boardcomputerdisplay für ein paar Sekunden die Geschwindigkeit angezeigt wird? So eine Verkehrszeichenerkennung macht m.E. nur dann Sinn, wenn man die gerade erlaubte Geschwindigkeit JEDERZEIT bei Bedarf im Blick hat. Meines Erachtens gehört diese Information entweder permanent ins Navidisplay eingeblendet, oder in der oberen oder unteren permanenten Zeile des Boardcomputers.
  • Weiters ist mir unverständlich, warum man nicht konfigurieren kann, dass man bei einer Geschwindigkeitsübertretung gewarnt werden soll. Eine Einstellung, dass wenn man länger als z.Bsp. 30 Sekunden mit mehr als 10% der erlaubten Geschwindigkeit unterwegs ist, hätte ich mir hier eigentlich schon erwartet, gibt es aber nicht.
  • Obwohl ein Navi verbaut ist und in der Beschreibung steht, dass in Verbindung mit dem Navi weitere Funktionen zur Verfügung stehen „können“ wie Ortsbereicherkennung, funktioniert das nicht. Das Fahrzeug erkennt das Ortsgebiet nicht und zeigt keine 50km/h an.
  • Immerhin ist es möglich, eigene POIs einzuspielen, mit Hilfe welcher man sich vor fix installierten Radargeräten warnen lassen kann. Infos dazu unter:

Spurassistent:

  • Auch der Spurassistent funktioniert noch nicht so wirklich reibungsfrei. Meiste Zeit schreit er ohne ersichtlichen Grund auf, manchmal auch nicht, wenn er aber müsste. Ich würde schätzen, dass von 10x Spur melden, 8-9x ein Fehlalarm kommt. So etwas ist unbrauchbar und führt dazu, dass man das System komplett abschaltet, da man dem Ton nicht vertrauen kann. Auch ist das „Gedingel“ ziemlich laut. Wenn der Nachwuchs im Fond schläft ist er danach sicher wach.

Abstandswarner:

  • Der Abstandswarner hat mich noch nie gewarnt. Möglicherweise handelt es sich hier lediglich um eine „AbstandsINFO“, denn man kann im Boardcomputer eine Infoseite aufrufen, auf welcher der Abstand zum voraus fahrenden Fahrzeug in Sekunden angezeigt wird. Hier habe ich noch bei Opel nachgefragt, wie das zu verstehen ist und werde die Informationen hier noch ergänzen, sofern ich welche zurückerhalte. Ein „AbstandsWARNER“ hätte für mich aber auf alle Fälle zu WARNEN und sich nicht irgendwo in einem Menü zu verstecken, welches man erst aufrufen muss, um überhaupt lediglich informiert zu werden.

 

Gut funktioniert  der in der hinteren Stoßsstange verbaute Fahrradträger, bei dem von Haus aus 2 Fahrräder und mittels Erweiterungsmodul bis zu 4 Fahrräder mitgenommen werden können. Nervig aufgefallen ist in diesem Zusammenhang ein lauter, in einem unangenehmen Frequenzbereich liegender Dauerton, der beim Zurückfahren ausgegeben wird und scheinbar anzeigen soll, dass Abstandswarner und Rückfahrkamera deaktiviert sind. Dieser Ton ist insbesondere bei uns ziemlich nervig, da das Zurückschieben in der ca. 40m langen Einfahrt doch eine gewisse Zeit dauert und man hinterher froh ist, wenn man in den Vorwärtsgang schalten kann, um den Ton zu beenden.

Was noch so auffiel:

Die Lüftungsdüsen für die zweite Reihe lassen sich zwar zuklappen, die Lamellen schließen allerdings nicht dicht ab und es ist trotzdem ein leichter Luftzug zu verspüren. Wenn der Ventilator hoch geschalten wird, um eine rasche Kühlung des Fahrraumes zu erreichen, führt diese Undichtheit zu einem nervigen Pfeifen an den Auslässen. Dies scheint ein Serienfehler zu sein und ist auch bei einem anderen Zafira Tourer aufgetreten. Von Opel gibt es hierzu das Feedback, dass es hier in nächster Zeit keine Verbesserung geben wird.

Der Verbrauch liegt zur Zeit bei Durchschnittlich ca. 7.5l/100km, dies bei sehr verhaltener Fahrweise. Hier wird sich zeigen, ob sich dieser Wert noch etwas verbessert.

Fazit: Wir sind mit dem „Neuen“ durchaus sehr zufrieden. Etwas ärgerlich sind diverse Unzulänglichkeiten, die aber hauptsächlich in der „Firmware“ des Fahrzeuges zu suchen sind. Eine bessere Information und Unterstützung des Fahrers durch die Assistenzsysteme und eine korrektere Spurauswertung wären wünschenswert. Diese Optionen wären mittels Softwareupdates ohne Probleme zu bewerkstelligen. Fraglich ist, ob Opel hier wirklich nachbessert oder auf  das „nächste Modell“ verweist. Empfehlen kann ich den Verkehrszeichenassistenten, Abstandswarner und auch den Fahrspurassistenten mit den derzeitigen Möglichkeiten nicht. Bei einer besseren Information des Fahrers und verbesserten Funktionalität wären Sie ihr Geld aber auf alle Fälle wert und ist die Ausstattung des Zafira Tourers in dieser Preisklasse sicher top.

Weitere Infos bei Opel: http://www.opel.at/fahrzeuge/opel-modelluebersicht/personenwagen/zafira-tourer/index.html

Update, Juli 2012: Die Assistenzsysteme machen Probleme. Der Zafira meinte vor einiger Zeit, „Wartung Frontkamera“. Das ganze hat aber dann nicht mehr aufgeleuchtet und ich hab’s ignoriert. Ein paar Wochen später habe ich plötzlich beim Zurückschieben ein Dauergepiepse, ohne dass ich herausfinden hätte können an was es liegt. Also Motor aus, Zündschlüssel raus und neu angeworfen. Alles wieder ruhig. Und daraufhin sind offensichtliche alle Assistenzsysteme, die mit der Frontkamera in Verbindung stehen ausgefallen. Kein Spurassistent, keine Verkehrszeichenerkennung und auch keine Abstandserkennung. Am nächsten Tag hat es wieder funktioniert. Der Wagen kommt aber trotzdem mal in die Werkstatt. Nicht, dass mir das dann nach Garantieablauf passiert …

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Bau eines Solarreglers mit hohem Wirkungsgrad

Eine Eigenschaft von Solarzellen ist, dass diese bis zu einer bestimmten Spannung (zbsp. ~17V) einen konstanten Strom liefern. Der optimale Arbeitspunkt ist also der Punkt mit der höchsten Spannung, an dem auch noch der höchste Strom abgegeben wird. Ein Solarpanel direkt an den Akku zu hängen, bedeutet, dass man die Spannung auf rund 12-13V drückt und aufgrund der Spannungsdifferenz zum optimalen Arbeitspunkt Energie verloren geht. Der Arbeitspunkt des Eingangs sollte daher auf einem höheren Niveau als die Batteriespannung angehoben werden.

Diese Spannungsanhebung (Impedanzanpassung) kann man mittels eines getakteten Spannungswandlers erreichen, welcher so taktet, dass am Eingang immer die optimale Leistung (Spannung x Strom) anliegt. Zu diesem Zweck wurde eine Schaltung aufgebaut, welche den Strom mit Hilfe eines ACS 714 (Pololu Breakout-Board, links oben im Bild) und die Spannung mit einem Spannungsteiler ermittelt und an einen AT-MEGA 328P Prozessor an die analogen Eingänge übermittelt. Ein TL072 Operationsverstärker bereitet das Signal des ACS714 für den ATMEGA auf. Der Prozessor regelt dann den Takt über einen IR 2104, welcher die IRFIZ44 ansteuert. Alle paar Sekunden wird der optimale Wert neu ermittelt um für jede Solareinstrahlung den optimalen Ladevorgang zu erreichen. Zum Mitprotokollieren des Ladestroms werden die erfassten Daten über ein Xbee-Modul an den Zentralrechner im Haus übermittelt, welcher die Daten in einer MySQL-Datenbank speichert und visualisiert. Ausgelegt ist das System für einen Ladestrom bis ca. 6 Ampere.

Die Hardware wurde heute fertiggestellt. In den nächsten Wochen muss noch die Steuerungs-Software für den MEGA328P geschrieben werden. Danach geht es ans Testen und ich hoffe, dass sich meine Komponenten nicht binnen Sekunden in Rauch auflösen 🙂

Dieses Projekt ist einer Erweiterung zu meiner Solarsstrommessung.

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MS-SQL-Server Anbindung unter Ubuntu-Linux Server

Da ich es selber immer wieder benötige und die MS-SQL Server Anbindung teils sehr mühsam war, hier eine Info für die aktuellen Ubuntu Versionen (10.04+)

Eine PHP Anbindung an den Microsoft-SQL Server (mssql – Kommandos) erreicht man mit dem Paket

php5-mssql

Installation: apt-get install php5-mssql

Die folgenden zusätzlichen Pakete werden installiert:
freetds-common libsybdb5
Die folgenden NEUEN Pakete werden installiert:
freetds-common libsybdb5 php5-sybase

Gefunden bei: Installing php5-mssql in Ubuntu.

 

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Eichung TSL237

TSL237 PinoutDer TSL237-Chip ist ein Light-to-Frequency-Converter, mit dem auch sehr schwache Lichtquellen gemessen können. (Datenblatt)

Diesen Chip habe ich bei zwei Projekten bereits erfolgreich einsetzen können:

  1. Bei meiner GPS gestützten Lichterfassung für Strassenlaternen, etc.
  2. Bei meinem Lichtverschmutzungsprojekt

 

Beim Vergleich mit einem geborgten, geeichten Lux-Meter fiel auf, dass das Eigenbau GPS-Lux mit dem TSL237 Chip einen etwas flacheren Helligkeitsverlauf zeigte, als das Referenzgerät. Da ich davon ausgehe, dass das teure Gerät recht haben muss, habe ich also die Charakteristik der TSL237-Messung an das geeichte Gerät herangerechnet und den etwas zu flachen Verlauf mathematisch nach unten gekippt.

Eigenartigerweise war dann die Charakteristik unter ca. 1 Lux nochmal etwas anders und mußte mittels einer zweiten Formel ab diesem Bereich nochmals in eine andere Schräglage gebracht werden.

Warum dieser Effekt auftritt ist mir leider nicht ganz klar, eventuell hat es etwas mit der Lichtfarbe zu tun, welche den Verlauf ungünstig beeinflusst? Möglicherweise reagieren die Chips in den Geräten unterschiedlich auf verschiedene Wellenlängen? Sollte noch jemand diesen Effekt mit dem TSL237 festgestellt haben, oder sich jemand erklären kann, warum dieser auftritt wäre ich für Feedback dankbar!

Die Formel zur Angleichung ist [gekippter_Wert] = [GPS-Lux] – ([GPS-Lux] – 30) * -0.03

Und so sieht dann der Verlauf in dem für mich relevanten Messbereich von ca. 0.5 Lux – 100 Lux aus. Der Chip kann so mit dem wesentlich teureren Gerät mithalten:

Zum Vergrößern anklicken!

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Messung des Teichpegels mittels Ultraschall

Der von unserer Gartenbaufirma erstellte Teich verliert Wasser. Der Teichpegel sinkt binnen einiger Stunden vom Maximum um einige cm ab. Zur Dokumentation und um herauszufinden auf welchem Niveau sich der Pegel stabilisiert wurde ein Pegelmesser gebaut, welcher mittels Ultraschallmessung die Distanz zur Wasseroberfläche mißt und über die Laufzeit des Schalls den Pegelstand errechnet.

Für erste Tests wurde dazu ein Ultraschallsensor der Firma Seeedstudio verwendet. Der Sensor gibt nach dem initialisieren einen Puls aus (5V High), welcher der Zeit des Schalls zum Messobjekt und zurück entspricht. Durch Mittelung mehrerer Messwerte sind hier recht gute Ergebnisse im mm-Bereich zu erreichen.

Als Hardware zur Pulsauswertung und Weiterleitung an den Computer kommt ein Arduino-Board zum Einsatz, welches alle 10 Minuten die Messdaten auswertet, die Schalllaufzeit auf die Distanz umrechnet und das Ergebnis über ein XBee-Modul an einen zentralen Rechner weiterleitet, welcher die Messwerte in eine Datenbank abspeichert. In der Zwischenzeit wird das Arduino-Board zum Stromsparen in den Sleep-Modus versetzt.

In einer Tabellenkalkulation werden die Daten aus der MySQL-Datenbank verknüpft und der Wasserverlust in einer Liniengrafik visualisiert. Es zeigte sich, dass der Teich offensichtlich mehrere Undichtheiten aufweist. Eine im oberen Bereich, in dem das Wasser extrem schnell ausläuft (Verlust ca. 100 Liter pro Stunde) und eine weitere kleinere, tiefer liegende Undichtheit wo der Verlust dann flacher vonstatten geht. (Durchschnittswert ~140 Liter / Tag)

MaxBotix WR SensorUpdate 2012-07-22: Der Ultraschallsensor der Firma Seeedstudio ist aufgrund seines Aufbaus natürlich nicht wetterfest und nur für trockene Umgebung geeignet. Für die Langzeitmessung musste also ein wetterfester Sensor her. Ich wurde bei der amerikanischen Firma MaxBotix fündig und bestellte mir einen MB7380 Outdoor Sensor. Es wurde eine Platine mit einem ATMega 328P entwickelt, welche in einem wasserdichten Gehäuse verbaut wurde und über einen Anschluss für ein GPRS-Modem verfügt. Über das GPRS-Modul werden die Daten mittels Handynetz an den Server übermittelt. Ein Akku in Verbindung mit einer Solarzelle macht das Gerät Strom- und Positionsunabhängig.

Diese neuen HRXL Sensoren haben eine Auflösung von 1mm und sind Spannungs- sowie Temperaturstabilisiert, was eine hohe Messgenauigkeit ermöglicht.

 

 

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Hausautomatisation mit WAGO 750-841 und IP-Symcon

Die technische Umsetzung meiner Hausautomatisation liegt zwar mittlerweile schon etwas über 3 Jahre zurück, es ist aber ein lebendes System und wird noch immer erweitert, wenn auch hauptsächlich im Softwarebereich. Im Jahr 2008  ging es an den Hausbau. Da eine herkömmliche Elektrotechnik für mich als Computertechniker natürlich nicht in Frage kam, begab ich mich auf die Suche nach einer Lösung, bei welcher ich den Status der Lampen, Rollläden, etc. via Schnittstelle in den PC bekam.

Nach einigem Experimentieren mit Hardware kristallisierte sich eine WAGO SPS-Steuerung als die für mich beste Lösung heraus. Die WAGO 750-841 (-> Handbuch) ist eine Steuerung, welche über eine TCP/IP Netzwerkschnittstelle verfügt und mit welcher über das Modbus Protokoll kommuniziert werden kann. In Verbindung mit den genialen OSCAT Libraries konnte sogar ein SPS-DAU wie ich das ganze recht schnell und mit einem vernünftigen Funktionsumfang zum Laufen bringen. Ein herzliches Dankeschön an die Macher dieser Libraries an dieser Stelle!

Folgende Funktionen wurden mit der SPS in Verbindung mit dem Zentralserver umgesetzt:

  • Lichtsteuerung (An/Aus/Dimmen)
  • Rollladensteuerung lt. berechnetem Sonnenauf- und untergang
  • Überwachung von Bewegungssensoren- /kontakten
  • Visualisierung über ein 10″-Touchdisplay im Wohnzimmer
  • Visualisierung über eine WebApplikation am Handy/Browser
  • Lüftungssteuerung
  • Alarmierung über SMS und Email
  • Alarmanlage
  • Türgong
  • Rasenmähersteuerung und Teichpumpe

Für die Visualisierung über ein Touchpanel und zur Kommunikation mittels Modbus-Protokoll kommt IP-Symcon (-> Website) zum Einsatz. IP-Symcon hat den Vorteil, dass es mittels PHP (-> Website) zu programmieren ist, welches sich für die Webseitenprogrammierung großer Beliebtheit erfreut. Die Steuerung in Verbindung mit dem Zentralsverver regelt via PHP-Scripts und Modbus das Licht, Jalousien, Lüftung, die Alarmanlage bis hin zum Rasenmäher.

Zu beachten ist, dass wenn man sich einmal für ein solches System entschieden hat, es keinen leichten Weg zurück zu einer „normalen“ Elektroinstallation gibt. Die Verkabelung ist hier sternförmig ausgeführt. Von jedem Taster geht eine 2-Drahtleitung zur SPS, über die allerdings nur 24V Gleichspannung fliessen und somit keinen Elektrosmog verursachen. Von der SPS wird dann ein Relais angesteuert, welches dann wiederum eine Leitung zum Verbraucher (Lampe, Motor, etc.) hat. Alle Leitung laufen somit an einem zentralen Punkt im Datenschrank zusammen (siehe Artikelbild). Die Leitungsverlegung ist dadurch wesentlich anders als bei einer herkömmlichen Elektroinstallation.

Die WAGO-SPS 750-841 wurde mit folgenden Modulen ausgestattet:

  • 11 Stk. 0750-0430: 8x Digital-Eingänge 24V
  • 2 Stk. 0750-0478: 2x Analogeingänge 0-10V (Feuchtesensor, 2 x Soletemperatur Wärmepumpe)
  • 10 Stk. 0750-0530: 8x Digital-Ausgänge 24V
  • 3 Stk. 0750-0559: 4x Analog-Ausgänge (für Dimmeransteuerung)
  • 1 Stk. DALI 0750-0641: Zur Ansteuerung DALI Leuchtstofflampen (Dimmbare Leuchtstofflampen)
  • 1 Stk. EnOcean / RF-Empfänger 750-0642: Empfangen von EnOcean Funksignalen (Türsensor, Temperatur)

Sollte man sich für so eine Hauselektrik entscheiden, würde ich empfehlen sich auch gleich noch eine zweite Steuerung und zumindest 1-2 Module, die man öfter benötigt, auf Reserve zu legen. Es handelt sich zwar um Industriekomponenten, welche recht robust sein sollten, allerdings weiß man nie, ob es ein Modul in 20 Jahren noch gibt und dann ist man froh, wenn man noch eines auf Lager hat und es nur tauschen muss.

Ich habe mir als Reserve noch eine gebrauchte 750-841 besorgt, die mit der Haussteuerungssoftware bespielt wurde. Im Notfall muss ich diese dann nur umstecken. Dies ist für mich insofern wichtig, da es eine schnelle Reparatur erlaubt, auch wenn ich schon längere Zeit nicht mehr mit SPS-Programmierung befasst war. Ausser mit der Haussteuerung habe ich mit SPSen nämlich nichts am Hut und die Hektik ist sicher groß wenn es in 25 Jahren mal einen Defekt gibt und dann die Frage aufkommt, wie man das dazumals überhaupt programmiert hat. Wo ist das dann mitlerweile 30 Jahre alte  CoDeSys und wo läuft es dann noch? Auf den Kompatibilitätsmodus von Windows 30 möchte ich mich nicht verlassen müssen.

Das einzige, was ich in dieser Form so nicht mehr kaufen würde ist das original 24V – Netzteil für die Steuerung, das ist sein (teures) Geld nicht wert. Das Netzteil hat nur kurz nach Garantieablauf den Geist aufgegeben. Geplante Obszoleszenz lässt grüßen. WAGO hat mir zwar angeboten, sich das Netzteil anzusehen und mich gebeten es zuzusenden, danach habe ich allerdings von WAGO nichts mehr gehört und erst nach dem dritten Mal nachfragen bekam ich die Mitteilung, dass das Netzteil defekt ist und die Garantie aber abgelaufen. – Ja, das wußte ich auch schon bevor ich gebeten wurde es zu retournieren, das hätte ich mir also sparen können… Seitdem verrichtet ein billiges 19,-€ Netzteil eines Notebooks zuverlässig seinen Dienst.

Ich werde die einzelnen Bereiche in meinem Blog in nächster Zeit ein wenig vorstellen. Sollte jemand Fragen haben, einfach melden!

Einige Screens der Visualisierung am Touchscreen:

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GPSLux – GPS-gestützte Helligkeitserfassung

Um ortsbezogene Helligkeitsdaten zu erfassen wurde von mir ein Helligkeitsmessgerät entwickelt, welches von einem GPS-Modul die jeweilige Position empfängt und die Daten in eine CSV-Datei auf einem Micro-SD-Speicher ablegt. Das Gerät verfügt weiters über ein Display, über welches es kalibriert, bzw. der jeweilige Status (Geschwindigkeit und Helligkeitswert in Lux) abgelesen werden kann. Das GPSLux wurde mit einem professionellem, geeichtem Luxmeter abgeglichen und ist in einem Bereich von 0.5 – 500 Lux  auf bis zu unter 1 Lux genau.

Mit dem Gerät ist es möglich durch die Stadt zu fahren, die Helligkeit von Beleuchtungen (Strassenlaternen, etc.) wird automatisch im Sekundenabstand gemessen. Die erhobenen Daten können dann in eine GIS-Applikation importiert und visualisiert werden. Eine Kommune kann dadurch später feststellen, wo Einsparungs- bzw. Optimierungspotential bei Beleuchtungen besteht. Das Gerät kann so eingestellt werden, dass es die Daten permanent erfasst (auch ohne GPS-Empfang), nur bei Geschwindigkeiten über 4km/h oder auch Dauermessung im Stand. 3 Leuchtdioden zeigen den Betriebsstatus an (GPS-Locked, Datenspeicherung, Pause Datenspeicherung)

Das Projekt wurde mit einem AT-Mega328P Prozessor realisiert. Als Platine wurde ein Seeeduino Stalker gewählt, welcher schon einen SD-Kartenslot aufweist. Als GPS-Modul kam das GPS-Bee-Kit, ebenfalls von Seedstudio (->Produktlink) zum Einsatz. Die Beleuchtungsmessung erfolgt mittels eines hochsensiblen TSL237 Chips, welcher die Lichtstärke mittels einer Frequenz bis zu ca. 500kHz ausgibt (Datenblatt).

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Solar – Strommessung mit Hallsensor

Um die Leistung messen zu können, welche von meinem 100W-Solarpanel (Peak-Power) in einen 12V/20Ah-Akku eingespeist wird, habe ich eine kleine Elektronik gebastelt, welche mittels Hall-Sensor den Strom erfasst und über einen Operationsverstärker (TL072 – siehe Schaltplan) den Pegel für ein XBee-Modul anpasst,  welches dann die Daten zum Hausserver überträgt. Die Operationsverstärkerschaltung ist ein Differenzverstärker der das Signal des ACS714, welches bei 0 Ampere 2.5V liefert, auf eine Spannung zwischen 0V (für 0 Ampere) und 1.2V einstellt. Nach dem OPV Signal ist zum Entrauschen noch ein Tiefpassfilter eingebaut, welches die Signalqualität verbessert. Zum Erfassen der Messwerte werden die Analogen I/O Eingänge des XBee-Modules verwendet, welches alle 5 Minuten aufwacht und die Daten übermittelt. Übertragen werden die aktuelle Spannung des Akkus, sowie der Ladestrom. Am Hausserver werden die Daten in eine MySQL-Datenbank geschrieben und alle 15 Minuten mit einer Grafik visualisiert.

Die Spannungsversorgung erfolgt direkt vom Akku, wobei die ca. 12V mittels eines Pololu-Step-Down-Wandlers auf 5V für den Hallsensor vermindert werden, danach werden diese noch mittels eines LM1117-3.3 auf 3.3V für das XBee-Modul reduziert.

Als Hallsensor kommt ein ACS714 zum Einsatz. Da mir der 8 pin SOIC Chip für den Aufbau zu klein war habe ich mich für das Break-Out-Board von Pololu entschieden (http://www.pololu.com/catalog/product/1187)

Das Ergebnis sind die Grafiken im Anhang. Bei Interesse gerne mehr Informationen!

 

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Messung der Substratfeuchte von Pflanzen

Ich hatte im Wintergarten immer das Problem, dass je nach Sonneneinstrahlung, und der damit verbundenen Erwärmung, der Abstand zwischen dem Bewässern der Pflanzen sehr stark schwankte. Also sollten die Pflänzchen sich am Besten selbst melden, wenn sie durstig sind.

Umgesetzt wurde das Projekt mit einem MEGA-328P Microprozessor, welcher 8 Analoge Eingänge zur Verfügung stellt. Als Sensoren dienen Fühler der Firma Seeedstudio ( -> Link ). Die Datenübermittlung an den Hausserver erfolgt mittels eines XBee-Moduls. Am Hausserver läuft ein kleines Java Programm, welches die Daten des XBee Moduls empfängt und in eine MySQL-Datenbank überträgt. Aus dieser Datenbank werden die Werte ausgelesen, ausgewertet und Visualisiert. Auf meinem Hausserver läuft alle 10 Minuten ein Programm welches diese Auswertung erledigt und im Fall von Trockenheit eine SMS, sowie eine Email an mich versendet.

Ein Problem, welches mit den Fühlern auftrat ist, dass das Kupfer auf diesen nach ca. 3-4 Wochen auf der Plus-Pol-Seite wegoxidiert sind. Eine Möglichkeit wäre die Kontakte zu vergolden. Ich habe jetzt allerdings testweise in den Plus-Pol einen Niro-Schrauben eingebaut (Bild), der als Messsonde dienen soll. Es wird sich zeigen, ob dieser seine Funktion länger erfüllen kann.

Interessant war, zu beobachten, dass die Substratfeuchte bei Erwärmung (Sonneneinstrahlung) deutlich zu steigen begann und am Abend wieder abklingt. Dies ergibt über die Zeitspanne von mehreren Tagen eine wellenförmige Abwärtsbewegung in der Grafik. Umso stärker die Erwärmung, desto ausgeprägter dieser Effekt, den ich auf die Oberflächenverdunstung zurückführe.

Programmcode für Arduino:

Programmcode anzeigen

byte DEBUG = 0;
 
int i;
 
// Includes und defines für Sleep-Modus
#include <avr /sleep.h>
#include </avr><avr /wdt.h>
 
#ifndef cbi
#define cbi(sfr, bit) (_SFR_BYTE(sfr) &= ~_BV(bit))
#endif
#ifndef sbi
#define sbi(sfr, bit) (_SFR_BYTE(sfr) |= _BV(bit))
#endif
 
// Globale Variable Sleep Modus
volatile boolean f_wdt=1;
int sleepcount;
 
const byte XBee_Sleep_Pin = 2;  // Sleep Pin für Powersavemode XBee
 
void setup() {
 
  Serial.begin(9600); 
  Setup_Sleep();
 
  pinMode(13, OUTPUT);  
  pinMode(XBee_Sleep_Pin, OUTPUT);
 
  digitalWrite(XBee_Sleep_Pin, LOW);  // XBee aus Schlafmodus wecken  
 
  for (i=0;i&lt;10;i++) {          // Warteschleife, damit sich XBee verbinden kann
    digitalWrite(13, HIGH);   // set the LED on
    delay(50);              // wait for a second
    digitalWrite(13, LOW);    // set the LED off
    delay(50);              // wait for a second
  }
 
  //delay(15000);             // 5 Sekunden warten, bis XBee sicher da ist
}
 
 
 
 
void loop() {
 
  digitalWrite(XBee_Sleep_Pin, HIGH);  // XBee aus Schlafmodus wecken  -> Transistormodus, mit Widerständen LOW
 
  digitalWrite(13, HIGH);             // set the LED on  
  delay (18000);
 
  SendData("A0",A0);        // Fikus klein
  SendData("A1",A1);        // Bonsai
  SendData("A2",A2);        // Fikus groß
  SendData("A3",A3);        // Chilli
  SendData("A4",A4);        // Banane
 
 
  Serial.print("VCC=");
  Serial.print(readInternVcc());
  Serial.print(";EOL"); 
 
  delay (500);  
  digitalWrite(13, LOW);    // set the LED off  
  digitalWrite(XBee_Sleep_Pin, LOW);
 
  // Go to sleep
sleeploop_start:
  if (f_wdt==1) {  // wait for timed out watchdog / flag is set when a watchdog timeout occurs
    f_wdt=0;       // reset flag
    sleepcount++;
  }  
  if (DEBUG) { 
    Serial.print("Sleeping,"); 
    delay(10); 
  }
  system_sleep();
  if (DEBUG) Serial.println ("Wake Up");
  if (sleepcount < (300/8) ) goto sleeploop_start;  // Solange Zeit noch nicht abgelaufen nicht weiterspringen, sondern weiterschlafen -> Powersafe 300 = 5 Min
  sleepcount=0;  
  if (DEBUG) Serial.println("Nächste Messung...");  
 
}
 
void SendData(char *Bezeichnung, uint8_t Port) {
  long sensorValue = 0;
 
  int loops = 5;
  // read the value from the sensor:
  for (i=0;i<loops ;i++) {
    sensorValue += analogRead(Port);
    //delay(2);      // ADC beruhigen lassen-
  }
  sensorValue = round(sensorValue/loops);
 
 
  Serial.print(Bezeichnung);                       
  Serial.print("=");
  Serial.print(sensorValue);  
  Serial.print(";"); 
 
}
 
 
 
/************************************ Setup_SLEEP *********************************************************************/
void Setup_Sleep()
{
  // CPU Sleep Modes 
  // SM2 SM1 SM0 Sleep Mode
  // 0    0  0 Idle
  // 0    0  1 ADC Noise Reduction
  // 0    1  0 Power-down
  // 0    1  1 Power-save
  // 1    0  0 Reserved
  // 1    0  1 Reserved
  // 1    1  0 Standby(1)
 
  cbi( SMCR,SE );      // sleep enable, power down mode
  cbi( SMCR,SM0 );     // power down mode
  sbi( SMCR,SM1 );     // power down mode
  cbi( SMCR,SM2 );     // power down mode
 
  setup_watchdog(9);	// 9 = 8 sek. schlafen
} 
 
//****************************************************************  
// set system into the sleep state 
// system wakes up when wtchdog is timed out
void system_sleep() {
 
  cbi(ADCSRA,ADEN);                    // switch Analog to Digitalconverter OFF
 
  set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN); // sleep mode is set here
  sleep_enable();
 
  sleep_mode();                        // System sleeps here
 
    sleep_disable();                     // System continues execution here when watchdog timed out 
  sbi(ADCSRA,ADEN);                    // switch Analog to Digitalconverter ON
 
}
 
//****************************************************************
// 0=16ms, 1=32ms,2=64ms,3=128ms,4=250ms,5=500ms
// 6=1 sec,7=2 sec, 8=4 sec, 9= 8sec
void setup_watchdog(int ii) {
 
  byte bb;
  int ww;
  if (ii > 9 ) ii=9;
  bb=ii & 7;
  if (ii > 7) bb|= (1< &lt;5);
  bb|= (1<<WDCE);
  ww=bb;
  //Serial.println(ww);
 
 
  MCUSR &= ~(1<<WDRF);
  // start timed sequence
  WDTCSR |= (1<<WDCE) | (1<<WDE);
  // set new watchdog timeout value
  WDTCSR = bb;
  WDTCSR |= _BV(WDIE);
}
 
 
//****************************************************************  
// Watchdog Interrupt Service / is executed when  watchdog timed out
ISR(WDT_vect) {
  f_wdt=1;  // set global flag
}
 
 
 
 
 
// Liefert Spannung in Millivolts retour, 5000 = 5V, 3300 = 3.3V
// http://code.google.com/p/tinkerit/wiki/SecretVoltmeter
 
long readInternVcc() {
  long result;
  // Read 1.1V reference against AVcc
  ADMUX = _BV(REFS0) | _BV(MUX3) | _BV(MUX2) | _BV(MUX1);
  delay(2); // Wait for Vref to settle
  ADCSRA |= _BV(ADSC); // Convert
  while (bit_is_set(ADCSRA,ADSC));
  result = ADCL;
  result |= ADCH<&lt;8;
  result = 1126400L / result; // Back-calculate AVcc in mV
  return result;
}
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Einscheinern eines Teleskops mit deutscher Montierung

Da ich an meinem alten Standort auf der Balkonsternwarte keine Sicht auf den Nordstern hatte, begann ich im Jahr 2005 mit der Erstellung einer Software, die es trotzdem ermöglichte, mit meiner eingeschränkten Sicht auf die Gestirne das Teleskop korrekt zur Erdachse auszurichten. Es entstand die WebCamScheiner Software, (kurz WCS) zu der es unter http://wcs.ruthner.at weitere Informationen gibt.

Die Software ist mittlerweile in 20 Sprachen verfügbar und unterstützt diverse Kameras.

 

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Phosphatmessung mit AT-MEGA328P Prozessor

Da wir massive Probleme mit Algenbildung in unserem Gartenteich haben, wurde lange nach der Ursache gesucht. Irgendwann stieß ich im Internet auf einen Hinweis, dass Phospat (PO4) die Ursache für die extreme Vermehrung der Algen sein könnte.

Ich habe mir also einen JBL-Tröpfchentest gekauft, mit dem der Phosphatgehalt sehr genau zu bestimmen ist.

Das Ergebnis des Tests war eine dunkelblaue Lösung, die an Tinte erinnerte und die Ursache der Algenbildung war somit gefunden. Ein Problem war jedoch, dass meine Lösung dermassen blau war, dass sie über den Messbereich der Farbreferenzkarte hinausging. Mein Teich war lt. Vergleichsmessung bei unserer städtischen Kläranlage mit dem 600-fachen PO4 Wert kontaminiert als für das Wässerchen gut ist.

Die Lösung mußte also für weitere Messung  gestreckt werden, um überhaupt in einen ablesbaren Bereich zu gelangen. Das Ablesen gestaltete sich aber trotzdem schwierig, da die Messlösung nur Abstufungen von Blau zeigte, welche nur sehr schwierig der Farbkarte zuzuordnen war.

Algenernte Frühjahr 2011 Es mußte also eine Elektronik gebastelt werden, welche es erlaubte reproduzierbar zu messen. Die Lösung war eine LED und ein Fototransistor, bei denen die Messlösung dazwischen geschoben wird. Die Dämpfung des Lichts ermöglicht  einen Rückschluß auf die Farbe der Messlösung. Je weniger sich die Lösung verfärbt, desto weniger Licht wird ausgefiltert. Schnell war für Arduino eine Software entwickelt und mit der Farbkarte kalibriert. Ein Display ermöglichte die Anzeige des Wertes, ohne einen PC dabei haben zu müssen. Erst später fand ich heraus, dass es für diesen Zweck in Labors ohnehin schon Geräte gibt, die sich Fotometer nennen und auch mit diesem Prinzip arbeiten. 🙂 – Allerdings sind die in einer anderen Preiskategorie angesiedelt… Für meinen Heimbedarf war meines Bestens geeignet.

Der Prototyp wurde noch mit einer blauen LED ausgestattet, es zeigte sich aber, dass eine rote LED im Bereich um die 700nm für die Empfindlichkeit und Messgenauigkeit noch besser geeignet ist.

Nun ist zwar der PO4-Wert des Teiches bekannt, es wurde auch schon 5x das Wasser gewechselt, allerdings ist der Wert immer noch viel zu hoch. Der Teich wurde uns 2009 von der „Fachfirma“ Maschinenring erstellt und müssen wir hier noch abklären, wie hier weiter vorgegangen wird, da man bis dato nicht bereit ist offensichtliche Mängel zu beheben, aber das ist eine andere, laaange Geschichte

Falls jemand an dem Projekt Interesse hat, bitte melden, dann werde ich dazu noch weitere Informationen einstellen!

Und so sieht es aus, wenn Unmengen an PO4 im Teichwasser sind:

Die Algenernte im letzten Bild zeigt, welche Algenmasse binnen ca. 2-3 Wochen nachgewachsen ist.

 

Nachtrag: Habe heute im Internet ein PO4-Fotometer gefunden, welches es zu einem akzeptablen Preis gibt. Link: Hanna Fotometer. Habe dieses Teil heute in den U.S. bestellt. Sobald es hier ist, werde ich darüber berichten.

Mein Gartenteich wurde von einer Fachfirma, der Firma Maschinenring erstellt. Auf das Algenproblem hingewiesen, teilte mir der Geschäftsleiter des Maschinenrings Niederösterreich, Herr Christian W. – wissend, dass wir eine enorme Menge an Algen im Teich haben, da er sie selbst gesehen hat -,  mit, dass das normal sei und dass für mich wohl ein Swimmingpool besser gewesen wäre, wenn ich ein Problem mit den Algen habe.

 

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Lichtverschmutzungsmessung TSL237

Projektbeschreibung:

Die Erfassung der Helligkeit erfolgt mit einer selbstgebauten Hardware. Zum Einsatz kommen ein ATMEGA328P Microprozessor (Datenblatt), welcher die Helligkeit von einem hochempfindlichen TSL237 Lichtsensor (Datenblatt) via Frequenz in Form eines Rechteckssignals empfängt. Der Sensor sendet je nach Helligkeitswert eine Frequenz <2Hz bis zu ca. 500kHz. Das ganze wurde in ein Gehäuse verpackt und mittels 1W-Solarzelle wird unter Tag der verbaute LiPo-Akku geladen. Der Sensor wacht unter Tags alle 20 Minuten auf und detektiert, ob es Nacht wird. Ist es dunkel, sendet er alle 5 Minuten die gemessenen Helligkeitswerte via XBee-Modul (Datenblatt) an das Empfangs-Gateway des Heimservers. Der Sensor ist auf ein GPRS-Modul umrüstbar, um Ihn auch im Feld, fernab des Heimservers einsetzen zu können. Die Datenwerte werden dann über das GPRS-Netz eines Mobilfunkanbieters an den Zentralserver übertragen.

Die Homepage zur Lichtverschmutzungsmessung ist hier: http://62.218.47.86/Lichtverschmutzung/

 

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© Ing. Wolfgang Ruthner 2012-2013, Feldstraße 11A, 3300 Amstetten, Austria
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