Praxisheft 25

Das Praxisheft 25 umfasst 140 anzeigefreie A4-Seiten mit hoher Druckqualität. Die nachfolgenden Beschreibungen können nur eine Auswahl der vielen Themen darstellen. Eine komplette Inhaltsübersicht ist am Ende dieses Artikels aufgeführt.

Beschrieben wird der Selbstbau des Fotometers AS535. Ein promovierter Chemiker weist in seinem Grundlagenartikel die Genauigkeit des Gerätes nach und vergleicht es mit kommerziellen. Außerdem zeigt er dessen richtigen Einsatz. Dank der umfangreichen, detaillierten Bauanleitung gelingt der Nachbau bei entsprechender Löterfahrung und ausreichenden Elektronikgrundkenntnissen. Der Bausatz enthält einen professionell gefertigten Präzisionshalter für die Küvette und eine gefräste Frontplatte, das Gehäuse sowie alle Elektronik- und Mechanikbauteile incl. eines hochwertigen vierzeiligen LC-Displays und acht ausgemessenen Leuchtdioden unterschiedlicher Wellenlängen. Um den Umgang mit dem Fotometer üben zu können, wurde dem Bausatz eine Farblösung beigefügt. Über den USB-Anschluss können die Daten abgespeichert und weiterverarbeitet werden, z.B. mit Excel. Ein ausführlicher Grundlagenbeitrag führt anhand mehrerer Beispiele in die Thematik ein und ermöglicht auch dem Laien den sinnvollen Einsatz dieses Messgerätes!

Der Low-Power-Datenlogger AS505 mit quarzbasierter Echtzeituhr basiert auf einem 256 kByte + 16 kByte nichtflüchtigen Speicher (2x128 kByte FRAM) für geringsten Energieverbrauch mit einer CR2032-Knopfzelle. Konfiguration und Auslesen der Daten erfolgen über einen seriellen USB-Adapter mit einem Terminalprogramm auf PC, wobei dort eine Datenauswertung mit Excel bzw. vergleichbarer Software möglich ist. Es bestehen Anschlussmöglichkeiten für verschiedene Sensoren parallel (Single Wire, analog, I²C, GPIO, Komparator). Der Aufbau des Datenloggers AS505 in einem sehr kleinen und leichten Gehäuse erfolgt in SMD und ist deshalb anspruchsvoll.

Wegen der herkömmlichen Bauteile ist dagegen der Aufbau des Infrarot-/Funk-Universalschalter AS325 eher entspannend. Schalt-, Timer- und Blinkfunktionen können mittels DIP-Schalter übersichtlich programmiert werden, wobei die Ausgänge potentialfrei sind. Es können acht Tasten von Infrarotfernbedienungen nach dem NEC-Protokoll sowie acht Tasten einer 433MHz-Funkfernbedienung mit PT2262 Chipsatz angelernt werden. Außerdem ist ein Eingang für einen Taster vorhanden. Die Versorgungsspannung der Schaltung sollte zwischen 9 und 15 Volt liegen.
Mögliche Schaltmodi sind: Umschalten mittels einer Taste "Toggle", Ein- und Ausschalten mit separaten Tasten (dann je vier Tasten) oder Halten des Ausgangs, solange ein gültiger Code empfangen wird. Bei Verwendung der Timerfunktionen wird dieser durch einen Tastendruck gestartet und ist in 15 Stufen zwischen zwei Sekunden und 240 Minuten einstellbar. Alternativ ist eine Blink-Timerfunktion mit drei Geschwindigkeitsstufen für 5, 10, 30 oder 60 Sekunden wählbar. Dieser Bausatz ist wirklich universell einsetzbar!
 

Für ein Drehleuchtfeuer, wie es in den Leuchttürmen der See- und Luftfahrt anzutreffen ist, werden selbst bei Leuchttürmen der Modelleisenbahnen und in Vorgärten der maritimen Freunde immer noch Motoren und optische Lösungen mit Hohlspiegel oder Linsen genutzt oder solche mit „springenden Leuchtdioden“, was unnatürlich wirkt. Der Bausatz AS135 bietet dazu eine vollelektronische Lösung mit faszinierendem Lichteffekt, der sicherlich viele Freunde finden wird, zumal die Schaltung durch bedrahtete Bauteile leicht aufzubauen ist. Hier wurden an- und abschwellende Lichtblitze in 360°-Drehung mit digitalen Mitteln realisiert. Zur Stromersparnis enthält die Platine einen Dämmerungssensor, der die Schaltung nur bei Dunkelheit aktiviert. Die Platine hat einen Durchmesser von 40mm und kann deshalb leicht in vorhandene Modell-Leuchttürme eingesetzt werden, stellt aber auch so einen faszinierenden Leuchteffekt dar.

Die „Lichttelefonie“ ist nicht neu, aber seit der Schaltungsveröffentlichung des Bausatzes Licht-Sende-Empfänger „ELiSE“ AS802 im Praxisheft 22 ist dieses Thema aktueller denn je, zumal zahlreiche ergänzende Ideen von Anwendern beigetragen wurden. Genannt seien die elektronischen Lichtbaken oder das „Abhören“ von Lichtquellen wie Energiesparlampen und Beleuchtungs-LEDs im Physikunterricht. Die überbrückte Entfernung mit ergänzter Optik betrug in Experimenten 14km bei Tageslicht. An konkreten Beispielen wird auf die Vorbereitung, Planung und Durchführung von Verbindungstests eingegangen, gefolgt von einer technischen Analyse kommerzieller Lichtsprechgeräte. Im Ergebnis wird gezeigt, wie der preisgünstige Bausatz ELiSE AS802 unter Verwendung handelsüblicher optischer Komponenten zur Kommunikation über große Entfernungen eingesetzt werden kann. Die Elektronik kann mit geringem Aufwand auch von Schülern zusammengebaut werden. AS802 dient bei Schüler- und Jugendgruppen bevorzugt als Einstiegsprojekt in den Amateurfunk und für Experimente zur Telekommunikation mithilfe des Lichts!

In einem weiteren Artikel wird gezeigt, wie man mit geringem Aufwand das Sonnenlicht mit Hilfe von Spiegeln so lenken kann, dass eine Nachrichtenübertragung über viele Kilometer möglich ist. Der mechanische Aufwand dafür ist gering, der finanzielle ebenso: Für den Bau eines solchen Heliografen sind nur ein paar Holzbrettchen und zwei einfache Spiegel aus dem Drogeriemarkt erforderlich. Bereits damit sind Aufbau und Anwendung in jedem Ferienlager und der Schule realisierbar.

Radarsensoren strahlen eine elektromagnetische Welle ab und empfangen die reflektierte. Diese Technik wird vor allem in den ISM-Frequenzbereichen 2,4 GHz, 5,8 GHz und 24 GHz angewendet. Module und Geräte, die den Dopplereffekt nutzen, sind einfach aufgebaut und dienen vorrangig als Bewegungsmelder. Die direkte Proportionalität zur Dopplerfrequenz gestattet darüber hinaus präzise Geschwindigkeitsmessungen. Zur Entfernungsmessung im Meterbereich müssen infolge der Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen spezielle Verfahren angewendet werden, die einen komplizierteren Aufbau und eine umfangreichere Signalverarbeitung erfordern. Moderne SMD-Bauteile und flache Antennenbauformen ermöglichen miniaturisierte Sensoren, die von der Industrie in verschiedenen Ausführungen angeboten werden. Der Artikel gibt einen Überblick über den Aufbau und die Funktionsweise von Radarsensoren und zeigt diverse Messmöglichkeiten auf, einige zum Selbstbauen.

Das programmierbare Laufschriftmodul AS115 besteht aus zwei 10 x 7 orangefarbenen Leuchtdioden großer Helligkeit, so dass es auch bei Tageslicht gut abgelesen werden kann. Die Leiterplatte ist 100mm x 60mm groß, durchkontaktiert, mit Lötstopplack beschichtet und mit Bestückungsdruck versehen. Zum Aufbau des Gerätes werden ausschließlich bedrahtete Bauelemente verwendet. Die vom Anwender gewünschten Texte können über eine Windows-Software bearbeitet und selbst in den Controller übertragen werden. Da die Texte im EEPROM gespeichert werden, bleiben sie auch bei Stromausfall erhalten. Der Controller kann bis zu vier Nachrichten mit jeweils maximal 120 Zeichen speichern. Im Windows-Programm kann man auch die Geschwindigkeit einstellen. Das Modul besitzt eine Mini-USB-Buchse, über die es mit Strom versorgt und auch programmiert wird. Wenn das Modul programmiert ist, kann es auch über ein USB-Handyladegerät mit Strom versorgt werden. Programmiersoftware und Firmware des Controllers sind Open Source Software.

Auf der Basis des ARDUINO werden mehrere Applikationen zum Nachbau vorgestellt. Auf der Basis eines Arduino Uno lassen sich diverse Schaltungen ergänzen und so ein Low-Cost-Messsystem für Vitalparameter schaffen. Der Schaltungsaufwand ist gering, zumal die AATiS-Platine BB62 als kostengünstiges Shield genutzt werden kann. Exemplarisch vorgestellt werden Shields für Puls, Atemfrequenz, Temperatur und EKG – weitere sind möglich. Wie man eine Analoguhr mit DCF77-Empfänger mittels Arduino um eine LC-Anzeige erweitern, wird auf besonderes Interesse stoßen. Die universelle Lichteffekt-Steuerung auf der Basis des Arduino dürfte viele Anwender interessieren, nicht nur Modelleisenbahner. Wer für seine Anwendungen eine kostengünstige Lösung sucht, der kann auf den Universal-Arduino AS225 ausweichen. Diese Lösung bietet sich an, wenn die experimentelle Phase abgeschlossen ist und eine stationäre Lösung gesucht wird. Freunde der PIC-Mikrocontroller dürften sich über die Ausführungen zum System Pinguino freuen, die ein Praktiker geschrieben hat.

Beim Pb-Vitalisierer AS905 handelt es sich um eine Schaltung mit geringem Aufwand, die „müde“ Bleibatterien wieder zum Leben erwecken kann. Bei längerem Stillstand, wie z.B. im Wohnwagen oder dem Schrebergarten nach der Winterpause treten Probleme auf, wenn die Batterie längere Zeit ungenutzt herumstand, denn ohne Entlade-/Ladebetrieb lagert sich eine Schicht aus Bleisulfat an den Platten ab, die zu einer Verringerung der Akkukapazität bis hin zur Zerstörung führt. Die vorgestellte Schaltung beugt durch zyklische Hochstromimpulse von 30 bis 40A für die Dauer von jeweils 1ms der Sulfatbildung vor. Selbst eine bereits vorhandene Sulfatschicht kann dadurch aufgelöst werden. Der Akku dankt dies mit einer längeren Einsatzdauer. Mitunter gelingt es sogar, einen scheinbar defekten Akku wieder einsatzfähig zu machen.

Das Präzisionsnetzgerät AS915 zeichnet sich durch eine besonders saubere Gleichspannung aus. Es verfügt über eine ungewöhnlich präzise Stromregelung bis 2 Ampère und eine ebensolche Spannungsregelung bis 24 Volt, wobei ein herkömmlicher Trafo zum Einsatz kommt. Der Schaltungsaufwand bleibt mit drei Festspannungsreglern und zwei Operationsverstärkern überschaubar.

Es folgt eine Auswahl an weiteren Themen im Praxisheft 25: Experimente mit Power-MOSFETs, Anwendungen der Terahertz-Technologie, die Nutzlast der PICO-Ballons, Grundlagen der troposphärischen Überreichweiten, Funktion der Radarsensoren, Empfangsbeobachtungen durch Baken im neuen 60m-Amateurfunkband, Peilung und Ortung von Funkstellen, Vergleich der Geiger-Müller-Zählrohre SI39-G, SBM-20 und STS-6, Streifenschieber als Chiffriergerät, der Function Realizer sowie dem 2. Teil des Artikels „Mit der Spitzhacke in die Welt der Mikrocontroller“ als experimenteller Beitrag zu dem Mikrocontrollersystem PICAXE.

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