• Hallo liebe Userinnen und User,

    nach bereits längeren Planungen und Vorbereitungen sind wir nun von vBulletin auf Xenforo umgestiegen. Die Umstellung musste leider aufgrund der Serverprobleme der letzten Tage notgedrungen vorverlegt werden. Das neue Forum ist soweit voll funktionsfähig, allerdings sind noch nicht alle der gewohnten Funktionen vorhanden. Nach Möglichkeit werden wir sie in den nächsten Wochen nachrüsten. Dafür sollte es nun einige der Probleme lösen, die wir in den letzten Tagen, Wochen und Monaten hatten. Auch der Server ist nun potenter als bei unserem alten Hoster, wodurch wir nun langfristig den Tank mit Bytes vollgetankt haben.

    Anfangs mag die neue Boardsoftware etwas ungewohnt sein, aber man findet sich recht schnell ein. Wir wissen, dass ihr alle Gewohnheitstiere seid, aber gebt dem neuen Board eine Chance.
    Sollte etwas der neuen oder auch gewohnten Funktionen unklar sein, könnt ihr den "Wo issn da der Button zu"-Thread im Feedback nutzen. Bugs meldet ihr bitte im Bugtracker, es wird sicher welche geben die uns noch nicht aufgefallen sind. Ich werde das dann versuchen, halbwegs im Startbeitrag übersichtlich zu halten, was an Arbeit noch aussteht.

    Neu ist, dass die Boardsoftware deutlich besser für Mobiltelefone und diverse Endgeräte geeignet ist und nun auch im mobilen Style alle Funktionen verfügbar sind. Am Desktop findet ihr oben rechts sowohl den Umschalter zwischen hellem und dunklem Style. Am Handy ist der Hell-/Dunkelschalter am Ende der Seite. Damit sollte zukünftig jeder sein Board so konfigurieren können, wie es ihm am liebsten ist.


    Die restlichen Funktionen sollten eigentlich soweit wie gewohnt funktionieren. Einfach mal ein wenig damit spielen oder bei Unklarheiten im Thread nachfragen. Viel Spaß im ngb 2.0.

Bauanleitung Impulsreflektometer IRM2

thom53281

SYS64738
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Hallo zusammen,

wir hatten ja hier vor einiger Zeit schon einen Thread dazu. Ich habe mich jetzt dazu entschieden, mein Messgerät der Allgemeinheit zur Verfügung zu stellen.


Worum geht es?

Ich habe hier ein altes Messgerät, das RSE Impulsreflektometer IRM1. Hierbei handelt es sich um ein kleines Digitalmultimeter, welches Kabellängen messen kann. Die Kabellänge wird dabei direkt auf dem Display ausgegeben. Leider wird es schon lange Zeit nicht mehr hergestellt. Man merkt erst, wie unglaublich praktisch dieses Messgerät ist, wenn man eines hat. Leider ist das IRM1, welches ich habe, rund 30 Jahre alt. Mein Gerät habe ich erst kürzlich aus mehreren kaputten Geräten wieder zusammengeflickt, da mir einige zugeflogen sind. Das und die Tatsache, dass ich sowieso ein Lockdown-Projekt brauchte, waren Grund genug, dieses Design zu kopieren.



Da etliche der Bauteile der originalen Zusatzplatine im Multimeter IRM1 nicht identifizierbar oder erhältlich waren, habe ich die komplette Schaltung von Grund auf neu entwickelt. Mein Messgerät hat außer dem selben Aussehen und der selben Funktion nichts mehr mit dem Original gemein. Daher sehe ich hier auch kein Problem damit, die Pläne zu veröffentlichen. Vielleicht findet sich der eine oder andere, der ein solches Messgerät brauchen kann oder gar die Platine noch verbessern möchte.

Im Anhang befinden sich sämtliche Unterlagen, die man imho braucht, um das Messgerät herzustellen. Sollte irgendwas unklar sein, bitte einfach fragen. Sämtliche Dokumente befinden sich unter der Lizenz CC BY-NC-SA 3.0. Die Verwendung meiner Pläne sind für den Privatgebrauch somit freigegeben, sofern die Lizenbedingungen eingehalten werden. Sollte sich nun z. B. ein Elektromeister so ein Messgerät für sich selber nachbauen und für sein eigenes Gewerbe benutzen, hab ich damit auch kein Problem (auch wenn es die NC-Klausel damit nicht ganz erfüllt). Wer das Messgerät aber in großen Stückzahlen nachbauen und verkaufen möchte, der möge sich bitte mit mir in Verbindung setzen.


Was kann das IRM2?

Das IRM2 ist ein kleines handliches Digitalmultimeter mit Zusatzfunktion, welches ihr euch für wenige Euros zusammenbauen könnt. Ein DT-830B bekommt man auf Ebay bereits im Preisbereich von 5-10€ ohne Probleme. Dazu kommen dann noch die einzelnen Bauteile und die Platine.

Mit dem IRM2 können schnell und einfach Kabellängen ermittelt werden. Die Funktionsweise basiert auf dem TDR-Prinzip. Allerdings erfolgt die Anzeige nicht wie beim klassischen TDR graphisch, sondern die Kabellänge wird auf dem Display direkt angezeigt. So können im Gegensatz zum normalen TDR schneller und einfacher Adern gemessen werden - allerdings im Gegensatz zum TDR keine Stoßstellen geortet werden, sondern nur Unterbrechungen (Kabelende) oder Kurzschlüsse. Es ist daher sowohl eine einfache und praktische Ergänzung für jeden, der regelmäßig einen TDR benutzt als auch ein einfacher TDR für jeden, der keinen TDR hat. Es ist ein Messgerät, welches in der Werkzeugkiste nicht fehlen sollte, wenn man im Bereich Elektro/Netzwerk/SAT-Anlagen unterwegs ist, um schnell und einfach Probleme zu orten, ohne umfangreiches Equipment konsultieren bzw. überhaupt besitzen zu müssen.

Der Messbereich erstreckt sich im Bereich von 3-700m. Kürzere Kabellängen können geortet werden, wenn man eine Messleitung von mindestens fünf Metern vor das Gerät schaltet. Je nach Bauteiltoleranzen und Impulslaufzeit des Kabels kann der Messbereich etwas variieren. Die Messgenauigkeit liegt im Bereich bis 400m bei +-3% und/oder +-2m, sofern das Messgerät mit dem selben Kabel kalibriert wurde. In der Anleitung befindet sich auch eine unvollständige Laufzeittabelle für die einzelnen Kabeltypen inklusive Umrechnungsfaktoren. Es ist also grundsätzlich auch möglich, das Gerät mit einem Telefonkabel zu kalibrieren und dann Elektrokabel zu messen. Allerdings nimmt hier verständlicherweise die Genauigkeit etwas ab, da jeder Kabeltyp eine leichte Streuung in seiner Impulslaufzeit hat. Über ca. 400m nimmt die Toleranz des Messgeräts deutlich zu um dann zum Ende des Messbereichs ca. 20% zu betragen.


Der Nachbau des Messgeräts erfolgt auf eigenen Gefahr. Ich übernehme keinerlei Gewähr und keinerlei Haftung für Schäden, die beim Bau des Messgeräts oder seiner Benutzung entstanden sind. Ich habe für mich zwei Geräte basierend auf diesen Plänen gebaut und bin zufrieden damit. Mehr Geräte muss ich aktuell für mich nicht bauen. Ich kann nicht dafür garantieren, dass ein drittes Messgerät (aufgrund von z. B. Bauteiltoleranzen) zu 100% funktionieren wird - wobei ich davon ausgehe.

Trotz dieses Disclaimers würde ich mich freuen, wenn der eine oder andere das Gerät nachbaut und es für ihn hilfreich ist. :)
Auch würde ich mich über Verbesserungsvorschläge bezüglich der Schaltung freuen. Gerade der Totpunkt von drei Metern stört mich etwas, auch wenn man sich damit arrangieren kann. Oft genug will man ja nur wissen, kommt man nun 0m, 10m oder 100m weit. Leider habe ich nicht das Elektroniklabor, um dieses Problem zu beheben. Ich bin schon froh genug, überhaupt so weit gekommen zu sein.

Die Pläne wurden mit EasyEDA erstellt. Bauteilliste:

  • 2x LED weiß ultrahell (optional)
  • 1x LED rot
  • 1x Spannungswandler 78L06-T92
  • 2x Elko 470µF
  • 5x Schottky-Diode 1N5817
  • 1x Z-Diode 6,2V
  • 1x Keramikkondensator 1nF (optional)
  • 2x Folienkondensator 6,8nF
  • 4x Keramikkondensator 1µF
  • 1x Transistor BC327-16
  • 1x Transistor BC547B oder BC547C
  • 1x D-Flip-Flop CD4013BE
  • 1x Quad-AND SN74HC08N
  • 1x Quad-NAND SN74HC00N
  • 2x Potentiometer 1kOhm
  • Widerstände:
    • 1x 10 Ohm
    • 2x 100 Ohm
    • 1x 200 Ohm (optional)
    • 1x 470 Ohm
    • 3x 1 kOhm
    • 2x 2,2 kOhm
    • 2x 4,7 kOhm
    • 1x 10 kOhm
    • 1x 1 MOhm
Alle Bauteile sollten eine Spannungsfestigkeit von mindestens 10V haben. Bei den 1µF Keraminkkondensatoren empfehle ich eine höhere Spannungsfestigkeit, falls man doch mal versehentlich auf einer Ader misst, die nicht spannungsfrei ist. Allerdings ist die Chance groß, dass es das Gerät nicht überlebt, deswegen bitte möglichst nicht machen.


Wie funktioniert das Messgerät im Detail?

(Bitte PDF mit dem Schaltplan vor dem Lesen öffnen ;))

Die Kombination aus SN74HC00N (NAND) mit R2, R3 und C2 bildet einen einfachen Rechteckgenerator (astabiler Multivibrator). Über R6 und C5 wird das 6V-Rechtecksignal auf dem Kabel "aufmobuliert". Nun gilt für jedes Kabel grundsätzlich die Leitungstheorie. Wir müssen uns aber nicht zwingend im Detail mit diesem trockenen Theoriestück beschäftigen. ;)

Im Prinzip passiert hier folgendes: Das 6V-Rechtecksignal wird auf dem Kabel verzögert. Hier kommt es ganz darauf an, ob die Leitung nun einen Kurzschluss hat oder nicht. Kommt nun die steigende Rechteckflanke, wird im Falle einer offenen nicht-kurzgeschlossenen Leitung das Ansteigen der Spannung verzögert. Es liegt zunächst am Eingang der Leitung nur eine Spannung von U/2, d. h. 3V an. Erst wenn das Kabel komplett "vollgeladen" ist, sprich das Rechtecksignal am Kabelende angekommen ist, steigt die Spannung auf 6V an. Selbiges passiert beim Abfallen der Rechteckflanke erneut, nur eben andersherum. Bei einem Kurzschluss passiert etwas anderes. Dort steigt die Spannung zunächst mit der Rechteckflanke ebenso an, fällt aber beim Erreichen des Kabelendes wieder ab bzw. andersherum bei abfallender Flanke.

Beide Fälle kann man mit einer einfachen Schaltung aus dem NAND und dem BC327-16 herausfiltern. Bei einer offenen Leitung wird hier die Situation benutzt, wo die Spannung abfällt (6V -> 3V -> 0V). Dabei ist die Basis des Transistors immer über einen Widerstand (R11) und eine Diode (D3) mit dem Ausgang des NAND gekoppelt, außerdem ist die Basis des Transistors über R16, R9 und R8 direkt mit Plus verbunden. Der Transistor schaltet nur durch, wenn das Kabel im Zustand 0V angekommen ist. Ausgang 2Y am SN74HC00N ist in diesem Fall also immer HIGH, es sei denn, das Kabel ist entladen. Diesen Fall kann man dann zusammen mit den anderen Bausteinen (AND + D-Flip-Flop) ausfiltern, dazu aber später mehr.

Kurzschluss funktioniert etwas anders. Dort ist das Kabel bzw. die Basis des BC327-16 quasi (mehr oder weniger) die ganze Zeit im Zustand +3V. Die Impulse sorgen dann für ein Ansteigen der Spannung auf 6V (bei steigender Flanke) oder 0V (bei abfallender Flanke) bis das Kabelende wiederum erreicht ist. Hier sorgt ebenfalls nur der Fall, wo das Kabel 0V hat, dafür dass der BC327-16 durchschaltet. Der Ausgang 2Y am NAND ist also immer HIGH, außer für die kurze Zeit wo das Kabel 0V hat. Hier bekommen wir also eigentlich sofort unsere Kabellänge. Diese wird dann nochmal an 3A/3B -> 3Y am NAND invertiert.

Als nächstes kommt der CD4013BE zum Einsatz. Hierbei handelt es sich um ein D-Flip-Flop. Der Baustein nimmt also grob gesagt, sobald am Eingang CLOCK eine steigende Rechteckflanke ankommt, den Zustand an der am DATA-Eingang anliegt. Über diesen Baustein kann man so ganz leicht unterscheiden, ob hier nun ein Kurzschluss vorliegt oder nicht. Bei steigender Rechteckflanke liegt am DATA-Eingang bei einer offenen Leitung LOW an (da hier die fallende Flanke ein Durchschalten des Transistors bewirkt), bei einer kurzgeschlossenen Leitung HIGH. Mit diesen Informationen wird das D-Flip-Flop nun gefüttert und setzt den Ausgang Q2 dann entweder bis zur nächsten Flanke auf HIGH (Kurzschluss) oder LOW (offene Leitung). Q2 ist dann wiederum mit den entsprechenden Eingängen am SN74HC08N (AND) verbunden, welches wiederum dann die passende "Filterung" des Signals übernimmt. Effektiv bekommt man dann entweder am Ausgang 1Y oder 2Y des AND einen Impuls, welcher genauso lang ist, wie die Ladezeit des Kabels.


Soweit die Grundfunktion der Platine. Viel problematischer ist es aber, diese Schaltung nun mit dem Multimeter DT-830B zu verbinden. Das DT-830B bekommt seine Spannungsversorgung über einen 9V-Block und der ICL7106 (IC des Multimeters) erzeugt für das Messgerät eine interne Versorgungsspannung von 3V. Wir möchten nun unsere Platine mit dem selben 9V-Block versorgen, will ja niemand eine zweite Batterie drin haben. Nun entspricht aber leider der Pluspol des 9V-Blocks den internen +3V des Messgeräts - es ist also Minus der Batterie nicht gleich intern 0V, sondern intern 0V ist eigentlich +6V. Erschwerend kommt noch dazu, dass sich dieser Wert ändert, sobald die Batterie leerer wird.

Auf meiner Platine ist wegen der instabilen Batteriespannung als Spannungsregler ein 78L06 untergebracht, welcher die Spannung auf konstant 6V hält. Verbindet man nun die interne Masse des Messgeräts mit meiner Platine, fließt undweigerlich ein Ausgleichsstrom - geht nicht.



Daher musste ich hier tief in die Trickkiste greifen: Eine Ladungspumpe. Mithilfe selbiger wird eine negative Spannung von -8,4V erzeugt, die das Multimeter versorgt. So entspricht Batterie-Minus nun den internen +3V des Messgeräts. Damit schlägt man gleich zwei Fliegen mit einer Klappe. Zunächst ist es dadurch unproblematisch, wenn sich die Batteriespannung durch Entladung der Batterie ändert, da der Referenzpunkt für die Spannung immer der selbe bleibt. Die Spannung fällt zwar mit der Zeit dann von -8,4V auf -6,0V ab (Messgerät zeigt Batterie-Leer-Symbol), aber das ist dann kein Problem mehr. Bei sämtlichen anderen Versuchen ist mir das immer auf die Füße gefallen. Außerdem kann man so nun das Multimeter mit der Platine verbinden. Allerdings nicht direkt, denn es gibt hier immer noch eine Spannungsdifferenz von 3V, die einen Ausgleichsstrom zur Folge hätte. Daher wird die Platine über eine Zenerdiode mit geeignet gewählter Durchbruchsspannung mit dem Multimeter verbunden. Das Kabellängensignal liegt hier ja in digitaler Form vor (für Zeit t=Kabellänge -> HIGH an Ausgang 1Y oder 2Y des AND). Die Diode wird also nur solange durchbrochen, wie das Kabel lang ist.


Ich hoffe, das fachlich einigermaßen richtig und trotzdem verständlich erklärt zu haben. Bei Fragen einfach fragen. ;)
 

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  • PCB_Bauteile.pdf
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  • PCB_Layout_zum_aetzen.pdf
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  • Schematic_IRM_2022-06-06.pdf
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  • SCH_IRM_2022-06-06.json.zip
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  • Bauanleitung IRM.pdf
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Fetzi

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Sehr, sehr geil! Vielen Dank dafür!!
Und EasyEDA kannte ich gar nicht, hab immer Eagle benutzt.
Ist in der json auch das board enthalten? Ich sehe nur den Schaltplan, oder habe ich das in der Software übersehen?
 
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one

Querulant

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Ich brauch das nicht und hab da keinen Plan von.

Aber ich finde deinen Entschluss toll, es doch anzubieten. Da gab es ja rechtliche Bedenken.
 

thom53281

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Ist in der json auch das board enthalten? Ich sehe nur den Schaltplan, oder habe ich das in der Software übersehen?
Mein Fehler, das muss man nochmal extra exportieren. Siehe Anhang.

Ich hab da aber bisher noch nicht viel Erfahrung mit Import und Export in EasyEDA. Ich mein, ich hab das hier auf meinem PC oben inkl. aller Daten und daher bislang nicht den Bedarf gesehen, das nun importieren zu müssen. Schau mal, ob Du damit was anfangen kannst, ansonsten müssen wir ggf. nochmal schauen.

Aber ich finde deinen Entschluss toll, es doch anzubieten. Da gab es ja rechtliche Bedenken.
Rechtliche Bedenken im Sinne weil ich das Design kopiert habe, hatte ich nun nicht so große. Ich meine, das Gerät ist im Prinzip komplett neu entwickelt und hat nur die selbe Funktion. Eher halt eben das Problem, sollte nun dieses Messgerät mal nicht zuverlässig messen und ich dann ggf. haftbar wäre oder so, weil irgendjemand umsonst 20m Wand bei sich in der Wohnung aufgestemmt hat. So kann sich nun jeder selbst überlegen, ob er das Gerät nun nachbauen möchte oder nicht.
 

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Fetzi

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Alles gut, für dem Nachbau reicht das alles völlig.
Ich kannte das nur von Eagle so, dass man da ein Projekt mit PCB und Schematics in einem hat.
Bei EasyEDA habe ich jetzt Schaltplan und PCB getrennt.
Vielleicht musst du das als komplettes Projekt speichern? Aber wie gesagt, kein Stress für den Nachbau reicht das so.
Wäre halt nur nett falls man selber noch dranrumdoktern will. :geek:
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Eher halt eben das Problem, sollte nun dieses Messgerät mal nicht zuverlässig messen und ich dann ggf. haftbar wäre oder so, weil irgendjemand umsonst 20m Wand bei sich in der Wohnung aufgestemmt hat.
Ich denke da wird auch keine große Firma je haften.
 

thom53281

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Ich hoffe sogar darauf, dass Du daran herumdoktorst und es vielleicht noch verbessertst. ;)

Ich schau mal nochmal wegen dem Export, ob ich das noch besser hinbekomme.
 

Fetzi

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Ich fürchte mein Wissen in dem Bereich ist nicht mehr auf dem neuesten Stand, ich werde da kaum was verbessern können. Mit eagle habe ich das letzte Mal vor 5 Jahren oder so gearbeitet.
Sieht vor allem so schon sehr gut aus und sollte sich problemlos nachbauen lassen.
 

thom53281

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Also das mit dem Export ist kein Problem. Du importierst erst die JSON-Datei mit dem Schaltplan. Die speicherst Du dann als neues Projekt ab. Danach importierst Du die JSON-Datei mit dem PCB und legst sie im selben Projekt ab. So kannst Du dann ganz normal über Entwurf -> PCB aktualisieren Änderungen einspielen.

Du musst nur eine Kleinigkeit beachten. Ich habe nachträglich von Hand noch ein paar Änderungen gemacht, die dann beim erneuten PCB aktualisieren wieder weg sind. Die IC haben z. B. die Bezeichnung U4, ich hab sie aber dann in ihre richtige Bezeichnung umgetauft (SN74HC00N), damit das zum Nachbau eindeutiger ist. Gleiches gilt auch für den Widerstand R9, wo ich die Bezeichnung auf R9+R16 geändert habe, weil das ja dann zwei kombinierte sind. Diese Änderungen werden beim Aktualisieren halt wieder rückgängig gemacht.

Sieht vor allem so schon sehr gut aus und sollte sich problemlos nachbauen lassen.
Ich hoffe. :D
 
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